Multivibratorius yra grandinė, kuri perjungia HIGH ir LOW, kad sukurtų impulsus, laiko signalus ir perjungimo veiksmus. Jis gali veikti nuolat, sukurti laiko impulsą arba išlaikyti būseną, kol nauja įvestis ją pakeis. Šiame straipsnyje aprašomi jo tipai, veikimas, laikas, grandinės formos, 555 laikmačio dizainas ir pritaikymas.
Multivibratoriaus apžvalga
Multivibratorius yra elektroninė grandinė, perjungianti dvi išvesties būsenas, vadinamas HIGH ir LOW. Tai daroma kontroliuojamu būdu, kad generuotų laiko signalus, impulsus ar pastovios būsenos perjungimo veiksmus. Priklausomai nuo konstrukcijos, multivibratorius gali pats persijungti pirmyn ir atgal, suveikus sukurti vieną vienkartinį impulsą arba likti vienoje būsenoje, kol jį pakeis nauja įvestis.
Multivibratoriai yra paplitę daugelyje elektroninių grandinių, nes jie padeda kontroliuoti laiką ir signalo srautą. Jie naudojami impulsų generatoriuose, laiko uždelsimo grandinėse, mirksinčios šviesos grandinėse, aliarmo ir tono grandinėse, paprastose atminties grandinėse ir skaičiavimo grandinėse. Šios grandinės gali būti pagamintos su loginiais vartais, tranzistoriais, operaciniais stiprintuvais arba laikmačio IC, tokiais kaip 555 laikmatis.
Multivibratorių tipai
Stabilūs multivibratoriai
Stabilus multivibratorius neturi stabilios išėjimo būsenos. Kai tik įjungiamas maitinimas, jis nuolat persijungia tarp HIGH ir LOW be jokios trigerio įvesties. Dėl to jis yra laisvai veikiantis osciliatorius.
Jo veikimą kontroliuoja kondensatoriaus-rezistoriaus tinklas. Laikui bėgant kondensatorius įkraunamas ir išsikrauna. Kai jo įtampa pasiekia tam tikrą lygį, išėjimas keičia būseną. Šis ciklas kartojasi, sukurdamas ištisinę kvadratinę arba stačiakampę bangą. Perjungimo greitis priklauso nuo RC verčių, o darbo ciklas priklauso nuo įkrovimo ir iškrovimo kelių.
Monostabilūs multivibratoriai
Monostabilus multivibratorius turi vieną stabilią būseną ir vieną laikiną būseną. Jis išlieka normalioje būsenoje, kol gauna trigerio signalą. Po to jis tam tikrą laiką keičia būseną, tada grįžta į stabilią būseną.
Šį laiko veiksmą valdo rezistorius ir kondensatorius. Suveikęs kondensatorius pradeda krautis arba išsikrauti. Kai jo įtampa pasiekia nustatytą ribą, grandinė grįžta į pradinę būseną. Kadangi kiekvienas gaidukas sukuria vieną išėjimo impulsą, šis tipas taip pat vadinamas vieno šūvio grandine.
Bistabilūs multivibratoriai
Bistabilus multivibratorius turi dvi stabilias išėjimo būsenas. Jis pats neįsijungia ir negrįžta į numatytąją būseną. Jis išlieka vienoje būsenoje, kol įvesties signalas liepia pasikeisti.
Šis tipas naudoja teigiamus atsiliepimus, kad išlaikytų dabartinę būseną. Įvestis, pvz., Nustatyti, Nustatyti iš naujo arba Perjungti valdymą, kai pasikeičia išvestis. Kadangi nėra automatinio laiko veiksmo, išvestis išlieka dabartinėje būsenoje, kol gaunama kita įvestis.
Multivibratoriaus veikimas ir laikas
Visi multivibratoriai veikia dviem pagrindiniais principais: teigiamu grįžtamuoju ryšiu ir laiko nustatymo tinklu. Teigiamas grįžtamasis ryšys padeda grandinei stipriai pereiti į vieną iš dviejų išvesties būsenų. Laiko tinklas, dažnai pagamintas su rezistoriumi ir kondensatoriumi, padeda nuspręsti, kada išėjimas turėtų pasikeisti iš vienos būsenos į kitą.
Daugelyje multivibratorių grandinių kondensatorius laikui bėgant įkraunamas arba išsikrauna per rezistorius. Kai jo įtampa kyla arba krenta, ji eina eksponentine kreive, o ne keičiasi tiesia linija. Kai ši įtampa pasiekia nustatytą ribą, grandinė perjungia būseną. Teigiamas grįžtamasis ryšys sustiprina naują būseną ir paruošia grandinę kitiems pokyčiams.
Kaip veikia RC laikas?
• Kondensatorius įkraunamas arba išsikrauna per vieną ar kelis rezistorius.
• Kondensatoriaus įtampa keičiasi eksponentiškai.
• Kai įtampa pasiekia slenkstinį lygį, išėjimas persijungia.
• Teigiamas grįžtamasis ryšys padeda užfiksuoti grandinę į naują būseną.
• Tada ciklas tęsiamas atsižvelgiant į grandinės tipą.
Pagrindiniai laiko ir bangos formos terminai
• Impulso plotis (TON arba TOFF) - laikas, per kurį išėjimas išlieka vienoje būsenoje
• Laikotarpis (T) – laikas, reikalingas vienam pilnam ciklui
• Dažnis (f) - ciklų skaičius per sekundę
• Darbo ciklas (D) – vieno ciklo procentas, kai galia išlieka AUKŠTA
• Kylantis kraštas - perėjimas iš LOW į HIGH
• Krintantis kraštas - perėjimas iš AUKŠTO į ŽEMĄ
Pagrindinės formulės
• Dažnis:
f = 1 / T
• Darbo ciklas:
D = (T_HIGH / T) × 100%
Multivibratoriaus grandinės įgyvendinimas
Loginių vartų multivibratoriai
• Pastatytas su NAND, NOR arba inverteriniais vartais
• Naudokite RC paskirstymo dalis perjungimui valdyti
• Sukurkite rezultatus, atitinkančius skaitmeninės logikos lygius
• Gerai tinka grandinėms, kuriose jau naudojami loginiai IC
Tranzistorių multivibratoriai
• Pastatytas su tranzistoriais, rezistoriais ir kondensatoriais
• Parodykite kiekvieną perjungimo etapą tiesiogiai
• Leidžia lanksčiai suprojektuoti grandinę
• Galima pritaikyti skirtingoms įtampos ar srovės sąlygoms
Op-amp ir komparatoriaus multivibratoriai
• Naudokite op-amps arba komparatorius su teigiamais atsiliepimais
• Įtraukite RC tinklus, kad galėtumėte valdyti laiką
• Gali sukelti stiprius išėjimo įtampos pokyčius
• Gerai veikia su analoginėmis signalo grandinėmis
555 laikmačio multivibratoriai
• Naudokite 555 laikmačio IC stabiliu arba monostabiliu režimu
• Reikia tik nedidelio skaičiaus išorinių komponentų
• Paprastas ir stabilus laiko valdymas
• Palaiko platų impulsų pločio ir dažnio diapazoną
555 laikmačio multivibratoriaus dizainas
Vidiniai ribiniai lygiai
• Apatinė riba: 1/3 VCC
• Viršutinė riba: 2/3 VCC
• Kondensatoriaus įtampa juda tarp šių dviejų lygių, kad būtų galima valdyti perjungimą
555 stabili konfigūracija
Stabiliu režimu 555 kaitaliojasi tarp HIGH ir LOW be išorinio trigerio įvesties. Šį veiksmą nustato du rezistoriai, R1 ir R2, ir vienas kondensatorius, C. Kondensatorius įkraunamas per abu rezistorius ir išsikrauna per vieną, sukurdamas pasikartojančią išėjimo bangos formą.
Stabilios laiko formulės
• AUKŠTAS laikas: t1 = 0,693 (R1 + R2) C
• ŽEMAS laikas: t2 = 0,693 (R2) C
• Laikotarpis: T = t1 + t2 = 0,693 (R1 + 2R2) C
• Dažnis: f = 1 / T
555 monostabili konfigūracija
Monostabiliu režimu 555 išlieka vienoje stabilioje būsenoje, kol gauna trigerio impulsą. Kai trigerio įtampa nukrenta žemiau trečdalio VCC, išėjimas tampa AUKŠTAS ir laiko kondensatorius pradeda krautis per rezistorių R. Kai kondensatoriaus įtampa pasiekia du trečdalius VCC, išėjimas grįžta į LOW.
Tai sukuria vieną impulsą kiekvienam trigerio signalui. Impulso plotis priklauso nuo laiko tinklui pasirinktų rezistoriaus ir kondensatoriaus verčių.
555 naudojimo pranašumai
• Naudojamas tik nedidelis išorinių dalių skaičius
• Užtikrina pastovų ir nuspėjamą laiką
• Palaiko platų impulsų pločio ir dažnio diapazoną
• Veikia tiek stabiliu, tiek monostabiliu režimu
• Supaprastina laiko planavimą dėl fiksuotų vidinių slenksčių
Multivibratorių programos
Laikrodžio ir laiko grandinės
Multivibratoriai dažnai naudojami pasikartojantiems laiko signalams ir kontroliuojamiems vėlavimams sukurti. Šie signalai padeda grandinėms reguliariai perjungti arba palaukti nustatytą laiką prieš keičiant būseną.
Vaizdinės signalizacijos grandinės
Jie taip pat naudojami vaizdinėse signalizacijos grandinėse, kur išvestis turi mirksėti, mirksėti arba persijungti pakartotinai. Dėl to jie naudingi šviesos laiko ir būsenos indikacijai.
Garso ir įspėjimo grandinės
Multivibratoriai gali generuoti pasikartojančius impulsus, kurie naudojami garsą skleidžiančiose grandinėse. Valdydami perjungimo greitį, jie padeda sukurti pastovius įspėjimo ar toninius signalus.
Signalo kondicionavimo grandinės
Signalų kondicionavimo metu multivibratoriai padeda formuoti ir valdyti įvesties signalus. Jie gali išvalyti nestabilius pokyčius, pratęsti trumpus impulsus arba sukurti vienodesnį išėjimo signalą.
Logika ir būsenos valdymas
Kai kurie multivibratoriai naudojami išlaikyti vieną iš dviejų išėjimo būsenų, kol ją pakeičia nauja įvestis. Dėl to jie naudingi grandinėse, kurioms reikalingas paprastas būsenos valdymas, saugojimas arba pakartotinis skaičiavimas.
Multivibratoriaus privalumai ir apribojimai
| Privalumai | Apribojimai |
|---|---|
| Paprasta grandinės struktūra su nedideliu komponentų skaičiumi | RC pagrįstas laikas gali nukrypti dėl dalių nuokrypių, temperatūros ar tiekimo pokyčių |
| Lankstus virpesių, impulsų generavimo ar būsenos saugojimo veikimas | Triukšmingi paleidimo signalai gali sukelti klaidingą perjungimą arba nestabilius išvesties pokyčius |
| Galima konstruoti su tranzistoriais, loginiais vartais, operaciniais stiprintuvais, komparatoriais arba 555 laikmačiu | Labai tiksliam laiko nustatymui gali prireikti tikslių dalių arba specialios laiko matavimo grandinės |
| Puikiai tinka laiko nustatymui, perjungimui ir impulsų valdymo grandinėms | Išėjimo apkrova gali turėti įtakos bangos formos formai arba laikui kai kuriose grandinėse |
Išvada
Multivibratoriai yra paprastos grandinės, naudojamos laikui, impulsų generavimui ir būsenos valdymui. Stabilūs, monostabilūs ir bistabilūs tipai veikia skirtingai, tačiau visi priklauso nuo dviejų išvesties būsenų perjungimo. Jų elgesį formuoja teigiami atsiliepimai ir RC laikas. Su skirtingomis grandinių formomis, 555 laikmačio dizainu, pritaikymu ir projektavimo taškais, multivibratoriai išlieka naudinga elektroninių grandinių dalis.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Ar kvadratinė banga yra tas pats, kas stačiakampė banga?
Ne. Kvadratinė banga turi vienodą HIGH ir LOW laiką. Stačiakampė banga turi nevienodą HIGH ir LOW laiką.
Kodėl multivibratoriuje naudojami teigiami atsiliepimai?
Teigiami atsiliepimai padeda greitai perjungti grandinę ir išlikti stabiliai HIGH arba LOW būsenoje.
Ką veikia kondensatoriaus keitimas multivibratoriaus grandinėje?
Tai keičia laiką. Didesnis kondensatorius priverčia grandinę perjungti lėčiau. Mažesnis kondensatorius leidžia greičiau persijungti.
Ar multivibratorius gali sukurti daugiau nei vieną bangos formą?
Taip. Pagrindinis išėjimas yra perjungimo bangos forma, tačiau kondensatoriaus įtampa gali rodyti kylančią ir krinčiančią bangos formą.
Kodėl multivibratoriuje svarbi maitinimo įtampa?
Maitinimo įtampa turi įtakos perjungimo lygiams ir laikui. Jei jis pasikeičia, gali pasikeisti ir išvesties laikas.
Ar kiekvienas multivibratorius yra osciliatorius?
Ne. Tik stabilus multivibratorius veikia kaip osciliatorius, nes jis nuolat persijungia pats.
