A multivibrátor egy olyan áramkör, amely MAGAS és LOW között vált, hogy impulzusokat, időzítő jeleket és kapcsoló műveleteket hozzon létre. Folyamatosan működhet, időzített impulzust generálhat, vagy képes fenntartani egy állapotot, amíg egy új bemenet nem változtatja azt. Ez a cikk tartalmazza a típusokat, működését, időzítését, áramkörformáit, 555 időzítő tervezését és alkalmazásait.
Multivibrátor áttekintése
A multivibrátor egy elektronikus áramkör, amely két kimeneti állapot, az úgynevezett HIGH és LOW között vált. Ezt kontrollált módon végzi, hogy időzítő jeleket, impulzusokat vagy állandó állapotú kapcsolási műveleteket generáljon. A kialakításától függően egy multivibrátor önállóan válthat előre-vissza, egy egyidejű impulzust adhat elő, amikor aktiválódik, vagy egy állapotban maradhat, amíg egy új bemenet nem változtatja azt.
A multivibrátorok sok elektronikus áramkörben gyakoriak, mert segítenek szabályozni az időzítést és a jeláramlást. Impulzusgenerátorokban, időkésleltetéses áramkörökben, villogó fényáramkörökben, riasztó- és hangáramkörökben, egyszerű memóriaáramkörökben és számolóáramkörökben használják. Ezek az áramkörök logikai kapuval, tranzisztorokkal, műveleti erősítőkkel vagy időzítő IC-kkel, például az 555-ös időzítővel is készíthetők.
A multivibrátorok típusai
Stabil multivibrátorok
Egy stabil multivibrátornak nincs stabil kimeneti állapota. Amint áramot kapcsolnak, folyamatosan vált MAGAS és LOW között anélkül, hogy trigger bemenetre lenne szüksége. Ez szabadon működő oszcillátorsá teszi.
Működését egy kondenzátor-ellenállás hálózat irányítja. A kondenzátor idővel töltődik és kiürül. Amikor a feszültsége eléri egy bizonyos szintet, a kimenet állapota változik. Ez a ciklus ismétlődik, folyamatos négyzet vagy téglalap alakú hullámot hozva létre. A kapcsolási sebesség az RC értékektől függ, a munkafolyamat pedig a töltési és kiürítési útvonalaktól.
Monostabil multivibrátorok
A monostabil multivibrátornak van egy stabil állapota és egy ideiglenes állapota. Normál állapotában marad, amíg nem kap trigger jelet. Ezután egy adott időn át állapotot vált, majd visszatér a stabil állapotába.
Ezt az időzítési akciót egy ellenállás és egy kondenzátor irányítja. A kondenzátor aktiválása után elkezd tölteni vagy kiürülni. Amikor a feszültség eléri a meghatározott küszöböt, az áramkör visszavált eredeti állapotára. Mivel minden ravasz egyetlen kimeneti impulzust ad elő, ezt a típust egylövéses áramkörnek is nevezik.
Bistabil Multivibrátorok
Egy bistabil multivibrátornak két stabil kimeneti állapota van. Nem kapcsol be vagy tér vissza önállóan alapértelmezett állapotba. Egy állapotban marad, amíg egy bemeneti jel nem mondja, hogy változzon.
Ez a típus pozitív visszacsatolást használ a jelenlegi állapotának fenntartásához. Olyan bemenetek, mint a Beállítás, Reset vagy Toggle vezérlés a kimenet változásakor. Mivel nincs automatikus időzítési művelet, a kimenet jelenlegi állapotában marad, amíg egy másik bemenet nem érkezik.
Multivibrátor működés és időzítés
Minden multivibrátor két alapelv szerint működik: pozitív visszacsatolás és időzítő hálózat. A pozitív visszacsatolás segít abban, hogy az áramkör erősen mozogjon két kimeneti állapot egyikébe. Az időzítő hálózat, amelyet gyakran ellenállással és kondenzátorral készítenek, segít eldönteni, mikor kell a kimenet egyik állapotból a másikba váltani.
Sok multivibrátor áramkörben a kondenzátor idővel töltést vagy kiürítést tesz az ellenállásokon keresztül. Ahogy a feszültsége emelkedik vagy csökken, exponenciális görbét követ, nem pedig egyenes vonalban változik. Amikor ez a feszültség eléri a meghatározott küszöböt, az áramkör állapotát kapcsolja. A pozitív visszacsatolás ezután megerősíti az új állapotot, és előkészíti az áramkört a következő változásra.
Hogyan működik az RC időzítés?
• Egy kondenzátor egy vagy több ellenálláson keresztül tölt vagy kitölt.
• A kondenzátor feszültsége exponenciálisan változik.
• Amikor a feszültség eléri a küszöbértéket, a kimenet vált.
• A pozitív visszacsatolás segít a kör új állapotába zárni.
• A ciklus ezután folytatódik az áramkör típusától függően.
Fő időzítés és hullámalak kifejezések
• Impulzusszélesség (TON vagy TOFF) – az időtartam, amíg a kimenet egy állapotban marad
• Period (T) – az egy teljes ciklushoz szükséges idő
• Frekvencia (f) – a másodpercenkénti ciklusok száma
• Munkaciklus (D) – az a százalék, amikor egy ciklusban a kimenet MAGAS marad
• Emelkedő él – a LOW-ról HIGH-ra való váltás
• Leeső él – a MAGASRÓL ALACSONYRA való váltás
Alapképletek
• Gyakoriság:
f = 1 / T
• Munkakör:
D = (T_HIGH / T) × 100%
Többrezgésző áramkör megvalósításai
Logika-kapu-multivibrátorok
• NAND, NOR vagy inverter kapukat használva
• RC időzítő alkatrészek használata a kapcsolás vezérlésére
• Olyan kimeneteket állítsanak elő, amelyek megfelelnek a digitális logikai szinteknek
• Jól illeszkednek olyan áramkörökbe, amelyek már logikai IC-ket használnak
Tranzisztoros multivibrátorok
• Tranzisztorokkal, ellenállásokkal és kondenzátorokkal épült
• Minden kapcsoló szakaszt közvetlenebbül mutassuk
• Rugalmas áramkörtervezés lehetővé tétele
• Különböző feszültség- vagy áramkörülményekhez rendezhetők
Operátor erősítő és összehasonlító multivibrátorok
• Használj operátorokat vagy összehasonlító eszközöket pozitív visszajelzéssel
• RC hálózatok beépítése az időzítés szabályozásához
• Erős kimeneti feszültségváltozásokat eredményezhet
• Jól működnek analóg jeláramkörökkel
555 időzítős multivibrátorok
• Használd az 555-ös időzítő IC-t astabil vagy monostable módban
• Csak kevés külső alkatrészre van szükség.
• Egyszerű és egyenletes időzítési vezérlést kínál
• Széles impulzusszélességi és frekvenciástartományt támogat
555 időzítő multivibrátor tervezés
Belső küszöbértékek
• Alsó küszöbérték: 1/3 VCC
• Felső küszöbérték: 2/3 VCC
• A kondenzátor feszültsége e két szint között mozog, hogy szabályozza a kapcsolást
555 asstabil konfiguráció
Astabil módban az 555 váltogatja a HIGH és LOW között külső trigger bemenet nélkül. Ezt a hatást két ellenállás, R1 és R2, valamint egy kondenzátor, C állítja be. A kondenzátor mindkét ellenálláson keresztül tölt fel, és az egyiken keresztül sül ki, ismétlődő kimeneti hullámformát hozva létre.
Asstabil időzítési képletek
• MAGAS idő: t1 = 0,693 (R1 + R2) C
• ALACSONY idő: t2 = 0,693 (R2) C
• Periódus: T = t1 + t2 = 0,693 (R1 + 2R2) C
• Gyakoriság: f = 1 / T
555 monostabil konfiguráció
Monostabil módban az 555 egy stabil állapotban marad, amíg nem kap egy trigger impulzust. Amikor a ravaszfeszültség a VCC egyharmad alá esik, a kimenet MAGASRA megy, és az időzítő kondenzátor elkezd töltődni az R ellenálláson keresztül. Amikor a kondenzátor feszültsége eléri a VCC kétharmadát, a kimenet visszatér LOW-ra.
Ez minden trigger jelhez egy impulzust hoz létre. Az impulzus szélessége az időzítő hálózathoz kiválasztott ellenállás és kondenzátor értékektől függ.
Az 555 használatának előnyei
• Csak kevés külső alkatrészt használ
• Egyenletes és kiszámítható időzítést biztosít
• Széles impulzusszélességi és frekvenciatartományt támogat
• Mind asstabil, mind monostabil módban működik
• Egyszerűsíti az időzítési tervezést rögzített belső küszöbértékek révén
Multivibrátoros alkalmazások
Órajel- és időzítő áramkörök
A multivibrátorokat gyakran használnak ismétlődő időzítő jelek és szabályozott késleltetések létrehozására. Ezek a jelek segítenek az áramköröknek rendszeres időközönként kapcsolódni, vagy egy meghatározott időt várni, mielőtt állapotot váltanak.
Vizuális jelzési áramkörök
Vizuális jelzőáramkörökben is használják, ahol a kimenetnek villognia, villognia vagy ismétlődő mintázatban kell kapcsolódnia. Ez hasznossá teszi őket fényalapú időzítéshez és státuszjelzéshez.
Hang- és riasztó áramkörök
A multivibrátorok ismétlődő impulzusokat tudnak generálni, amelyeket hangtermelő áramkörökben használnak. A kapcsolási sebesség szabályozásával segítenek egyenletes riasztási vagy tónusjeleket létrehozni.
Jelkondicionáló áramkörök
A jelkondicionálásban a multivibrátorok segítenek a bemeneti jelek formálásában és irányításában. Képesek instabil változásokat takarítani, rövid impulzusokat nyújtani, vagy egyenletesebb kimeneti jelet hozni létre.
Logika és állapotvezérlés
Néhány multivibrátort arra használnak, hogy az egyik kimeneti állapot egyikét tartsák, amíg egy új bemenet nem változtatja azt. Ez hasznossá teszi őket olyan áramkörökben, amelyek egyszerű állapotvezérlést, tárolást vagy ismételt számolást igényelnek.
Multivibrátor előnyei és korlátai
| Előnyök | Korlátok |
|---|---|
| Egyszerű áramkörszerkezet kevés komponensszel | Az RC-alapú időzítés elcsúszhat alkatrésztűrés, hőmérséklet vagy vízszint-változások miatt |
| Rugalmas működés oszcillációhoz, impulzusgeneráláshoz vagy állapottároláshoz | A zajos triggerjelek hamis kapcsolást vagy instabil kimeneti változásokat okozhatnak |
| Lehet tranzisztorokkal, logikai kapukkal, műveleti erősítőkkel, összehasonlítókkal vagy 555-ös időzítővel építeni | A nagyon pontos időzítéshez precíz alkatrészeket vagy dedikált időzítő áramkört igényelhet |
| Jól működik időzítés, kapcsolás és impulzusvezérlés áramköröknél | A kimeneti terhelés befolyásolhatja a hullámforma alakját vagy időzítését bizonyos áramkörökben |
Összegzés
A multivibrátorok egyszerű áramkörök, amelyeket időzítésre, impulzusgenerálásra és állapotvezérlésre használnak. Az asztable, monostabil és bistabil típusok mind más-más módon működnek, de mindegyik két kimeneti állapot közötti váltásra épül. Viselkedésüket a pozitív visszacsatolás és az RC időzítés alakítja. A különböző áramkörformákkal, 555 időzítő tervezéssel, alkalmazásokkal és tervezési pontokkal a multivibrátorok továbbra is hasznos részei az elektronikus áramköröknek.
Gyakran Ismételt Kérdések [GYIK]
A négyzet alakú hullám ugyanaz, mint a téglalap alakú hullám?
Nem. Egy négyzethullám egyenlő MAGAS és ALACSONY idővel rendelkezik. Egy téglalap alakú hullám egyenlőtlen MAGAS és ALACSONY idővel rendelkezik.
Miért használnak pozitív visszacsatolást egy multivibrátorban?
A pozitív visszacsatolás segít abban, hogy az áramkör gyorsan váltson, és stabil maradjon MAGAS vagy ALACSONY állapotban.
Mit tesz a kondenzátor cseréje egy multivibrátor áramkörben?
Ez megváltoztatja az időzítést. Egy nagyobb kondenzátor lassabbá teszi az áramkör kapcsolóját. Egy kisebb kondenzátor gyorsabbá teszi a váltást.
Képes egy multivibrátor több hullámformát előállítani?
Igen. A fő kimenet egy kapcsoló hullámforma, de a kondenzátor feszültsége emelkedő és csökkenő hullámformát mutathat.
Miért számít a tápfeszültség egy multivibrátorban?
A tápfeszültség befolyásolja a kapcsolási szinteket és az időzítést. Ha változik, a kimeneti időzítés is változhat.
Minden multivibrátor oszcillátor?
Nem. Csak egy stabil multivibrátor működik oszcillátorként, mert folyamatosan önállóan kapcsolódik.
