Un multivibrator este un circuit care comută între HIGH și LOW pentru a crea impulsuri, semnale de temporizare și acțiuni de comutare. Poate funcționa continuu, poate produce un impuls temporizat sau poate menține o stare până când o nouă intrare o schimbă. Acest articol acoperă tipurile, funcționarea, sincronizarea, formele circuitelor, proiectarea temporizatorului 555 și aplicațiile.
Prezentare generală a multivibratorului
Un multivibrator este un circuit electronic care comută între două stări de ieșire, numite HIGH și LOW. Face acest lucru într-un mod controlat pentru a genera semnale de temporizare, impulsuri sau acțiuni de comutare în regime staționar. În funcție de designul său, un multivibrator poate comuta singur înainte și înapoi, poate produce un impuls de o singură dată când este declanșat sau poate rămâne într-o stare până când o nouă intrare îl schimbă.
Multivibratoarele sunt comune în multe circuite electronice deoarece ajută la controlul temporizării și fluxului de semnal. Ele sunt folosite în generatoare de impulsuri, circuite cu întârziere de timp, circuite cu lumini intermitente, circuite de alarmă și ton, circuite simple de memorie și circuite de numărare. Aceste circuite pot fi realizate cu porți logice, tranzistori, amplificatoare operaționale sau circuite integrate cu timer precum timerul 555.
Tipuri de multivibratoare
Multivibratoare stabile
Un multivibrator astabil nu are o stare stabilă de ieșire. De îndată ce se aplică curentul, tot comută între HIGH și LOW fără să fie nevoie să intre pe trigger. Acest lucru îl face un oscilator care funcționează liber.
Acțiunea sa este controlată de o rețea condensator-rezistență. Condensatorul se încarcă și se descarcă în timp. Când tensiunea atinge un anumit nivel, ieșirea își schimbă starea. Acest ciclu se repetă, producând o undă pătrată sau dreptunghiulară continuă. Viteza de comutare depinde de valorile RC, iar ciclul de lucru depinde de traiectoriile de încărcare și descărcare.
Multivibratoare monostabile
Un multivibrator monostabil are o stare stabilă și una temporară. Rămâne în starea normală până când primește un semnal de declanșare. După aceea, își schimbă starea pentru o perioadă determinată de timp, apoi revine la starea stabilă.
Această acțiune de sincronizare este controlată de o rezistență și un condensator. Odată declanșat, condensatorul începe să se încarce sau să se descarce. Când tensiunea sa atinge un prag stabilit, circuitul revine la starea sa inițială. Deoarece fiecare declanșator produce un singur impuls de ieșire, acest tip este numit și circuit one-shot.
Multivibratoare bistabile
Un multivibrator bistabil are două stări stabile de ieșire. Nu se pornește și nu revine singur la starea implicită. Rămâne într-o stare până când un semnal de intrare îi spune să se schimbe.
Acest tip folosește feedback pozitiv pentru a-și menține starea actuală. Intrări precum Set, Reset, sau Toggle controlează atunci când se schimbă ieșirea de pe piață. Deoarece nu există o acțiune automată de temporizare, ieșirea rămâne în starea sa curentă până când sosește o altă intrare.
Operare și sincronizare a multivibratorului
Toate multivibratoarele funcționează pe baza a două principii de bază: feedback pozitiv și o rețea de sincronizare. Feedback-ul pozitiv ajută circuitul să se deplaseze puternic într-una din cele două stări de ieșire. Rețeaua de sincronizare, adesea realizată cu un rezistor și un condensator, ajută la decizia momentului în care ieșirea trebuie să se schimbe dintr-o stare în alta.
În multe circuite multivibratoare, condensatorul se încarcă sau se descarcă prin rezistențe în timp. Pe măsură ce tensiunea sa crește sau scade, urmează o curbă exponențială în loc să se schimbe în linie dreaptă. Când acea tensiune atinge un prag stabilit, circuitul comută starea. Feedback-ul pozitiv întărește apoi noua stare și pregătește circuitul pentru următoarea schimbare.
Cum funcționează sincronizarea RC?
• Un condensator se încarcă sau se descarcă prin una sau mai multe rezistențe.
• Tensiunea condensatorului se schimbă exponențial.
• Când tensiunea atinge un nivel prag, ieșirea se comută.
• Feedback-ul pozitiv ajută la blocarea circuitului în noua sa stare.
• Ciclul continuă apoi în funcție de tipul circuitului.
Termeni principali de sincronizare și formă de undă
• Lățimea impulsului (TON sau TOFF) - durata în care ieșirea rămâne într-o stare
• Menstruație (T) - timpul necesar pentru un ciclu complet
• Frecvența (f) - numărul de cicluri pe secundă
• Ciclu de lucru (D) - procentul dintr-un ciclu în care ieșirea rămâne RIDICAT
• Marginea ascendentă - trecerea de la LOW la HIGH
• Marginea descendentă - schimbarea de la SUS la JOS
Formule de bază
• Frecvență:
f = 1 / T
• Ciclu de lucru:
D = (T_HIGH / T) × 100%
Implementări ale circuitelor multivibratoare
Multivibratoare cu poartă logică
• Construit cu porți NAND, NOR sau inverter
• Utilizarea pieselor de sincronizare RC pentru a controla comutarea
• Să producă ieșiri care să corespundă nivelurilor logice digitale
• Se potrivesc bine în circuite care deja folosesc circuite integrate logice
Multivibratoare cu tranzistor
• Construit cu tranzistori, rezistențe și condensatori
• Să arate fiecare etapă de comutare mai direct
• Permite proiectarea circuitelor flexibile
• Poate fi aranjat pentru diferite condiții de tensiune sau curent
Amplificatoare operaționale și multivibratoare comparatoare
• Folosește amplificatoare operaționale sau comparatoare cu feedback pozitiv
• Include rețele RC pentru a controla temporizarea
• Poate produce schimbări puternice de tensiune la ieșire
• Funcționează bine cu circuite de semnal analogice
Multivibratoare cu timer 555
• Folosește circuitul integrat cu timer 555 în modul instabil sau monostabil
• Necesită doar un număr mic de componente exterioare
• Oferă un control simplu și constant al timpului
• Suportă o gamă largă de lățimi și frecvențe ale impulsurilor
555 Proiectarea Multivibratorului cu Temporizator
Niveluri de prag interne
• Prag inferior: 1/3 VCC
• Prag superior: 2/3 VCC
• Tensiunea condensatorului se deplasează între aceste două niveluri pentru a controla comutarea
Configurație 555 stabilă
În modul instabil, 555 alternează între HIGH și LOW fără un declanșator extern. Această acțiune este setată de două rezistențe, R1 și R2, și un condensator, C. Condensatorul se încarcă prin ambele rezistențe și descarcă prin una, creând o formă de undă de ieșire repetitivă.
Formule de temporizare instabile
• TIMP MAXIM: t1 = 0,693 (R1 + R2) C
• TIMPUL MINIM: t2 = 0,693 (R2) C
• Perioadă: T = t1 + t2 = 0,693 (R1 + 2R2) C
• Frecvență: f = 1 / T
Configurație monostabilă 555
În modul monostabil, 555 rămâne într-o stare stabilă până când primește un impuls de declanșare. Când tensiunea de declanșare scade sub o treime din VCC, ieșirea devine FOARTE mare și condensatorul de temporizare începe să se încarce prin rezistența R. Când tensiunea condensatorului ajunge la două treimi din VCC, ieșirea revine la nivel SCĂZUT.
Aceasta creează un impuls pentru fiecare semnal de declanșare. Lățimea impulsului depinde de valorile rezistorului și condensatorului alese pentru rețeaua de temporizare.
Beneficiile utilizării 555
• Folosește doar un număr mic de părți externe
• Asigură o sincronizare constantă și previzibilă
• Suportă o gamă largă de lățimi și frecvențe ale impulsurilor
• Funcționează atât în moduri astabile, cât și monostabile
• Simplifică proiectarea temporizării prin praguri interne fixe
Aplicații multivibratoare
Circuite de ceas și cronometrare
Multivibratoarele sunt adesea folosite pentru a crea semnale de temporizare repetitive și întârzieri controlate. Aceste semnale ajută circuitele să comute la intervale regulate sau să aștepte o perioadă determinată de timp înainte de a schimba starea.
Circuite de semnalizare vizuală
Sunt folosite și în circuite de semnalizare vizuală unde o ieșire trebuie să clipească, să clipească sau să comute într-un model repetat. Acest lucru le face utile pentru sincronizarea luminii și indicarea statusului.
Circuite audio și de alertă
Multivibratoarele pot genera impulsuri repetitive care sunt folosite în circuitele de producere a sunetului. Prin controlul ratei de comutare, ele ajută la crearea unor semnale de alertă sau tonuri constante.
Circuite de condiționare a semnalului
În condicionarea semnalului, multivibratoarele ajută la modelarea și controlul semnalelor de intrare. Ele pot curăța schimbările instabile, pot extinde impulsuri scurte sau pot crea un semnal de ieșire mai uniform.
Logica și controlul stării
Unele multivibratoare sunt folosite pentru a menține una din cele două stări de ieșire până când o nouă intrare o schimbă. Acest lucru le face utile în circuite care necesită control simplu al stării, stocare sau numărare repetată.
Avantaje și limitări ale multivibratoarelor
| Avantaje | Limitări |
|---|---|
| Structură simplă de circuit cu un număr mic de componente | Distribuția bazată pe RC poate fi deplasată din cauza toleranțelor pieselor, temperaturii sau modificărilor de alimentare |
| Funcționare flexibilă pentru oscilație, generarea impulsurilor sau stocarea stărilor | Semnalele de declanșare zgomotoase pot cauza comutare falsă sau schimbări instabile la ieșire |
| Poate fi construit cu tranzistori, porți logice, amplificatoare operaționale, comparatoare sau un temporizator 555 | O sincronizare foarte precisă poate necesita piese de precizie sau un circuit dedicat de sincronizare |
| Funcționează bine pentru sincronizare, comutare și circuite de control al impulsurilor | Încărcarea la ieșire poate afecta forma formei de undă sau sincronizarea în unele circuite |
Concluzie
Multivibratoarele sunt circuite simple folosite pentru sincronizare, generarea impulsurilor și controlul stării. Tipurile astabile, monostabile și bistabile funcționează fiecare diferit, dar toate se bazează pe comutarea între două stări de ieșire. Comportamentul lor este modelat de feedback-ul pozitiv și de sincronizarea RC. Cu forme diferite de circuite, 555 de designuri de timer, aplicații și puncte de proiectare, multivibratoarele rămân o parte utilă a circuitelor electronice.
Întrebări frecvente [FAQ]
Este un val pătrat același lucru cu un val dreptunghiular?
Nu. O undă pătrată are timpi egali HIGH și LOW. O undă dreptunghiulară are timpi HIGH și LOW inegali.
De ce se folosește feedback-ul pozitiv într-un multivibrator?
Feedback-ul pozitiv ajută circuitul să comute rapid și să rămână stabil fie în starea HIGH, fie LOW.
Ce face schimbarea condensatorului într-un circuit multivibrator?
Schimbă momentul. Un condensator mai mare face ca circuitul să comute mai lent. Un condensator mai mic face comutarea mai rapidă.
Poate un multivibrator să producă mai mult de o formă de undă?
Da. Ieșirea principală este o formă de undă de comutare, dar tensiunea condensatorului poate arăta o formă de undă ascendentă și descendentă.
De ce contează tensiunea de alimentare într-un multivibrator?
Tensiunea de alimentare afectează nivelurile de comutare și sincronizarea. Dacă se schimbă, și timpul de ieșire se poate schimba.
Este fiecare multivibrator un oscilator?
Nu. Doar un multivibrator astabil funcționează ca oscilator deoarece comută continuu de unul singur.
