Multivibraator on skeem, mis vahetab kõrge ja madala vahel, et tekitada impulsse, ajastussignaale ja lülitustoiminguid. See võib töötada pidevalt, tekitada ajastatud impulsi või hoida olekut, kuni uus sisend selle muudab. See artikkel käsitleb selle tüüpe, tööd, ajastust, vooluahela vorme, 555 taimeri disaini ja rakendusi.
Multivibraatori ülevaade
Multivibraator on elektrooniline skeem, mis lülitub kahe väljundoleku vahel, mida nimetatakse HIGH ja LOW. See teeb seda kontrollitud viisil, et genereerida ajastussignaale, impulsse või püsiseisundi lülitustoiminguid. Sõltuvalt disainist võib multivibraator iseseisvalt edasi-tagasi lülituda, käivitamisel tekitada ühe ühekordse impulsi või püsida ühes olekus kuni uue sisend selle muutmiseni.
Multivibraatorid on levinud paljudes elektroonilistes ahelates, kuna need aitavad kontrollida ajastust ja signaali voogu. Neid kasutatakse impulssgeneraatorites, ajaviiteahelates, vilkuvates valgusahelates, alarmi- ja tooniahelates, lihtsates mäluahelates ning loendusahelates. Neid ahelaid saab ehitada loogikaväravate, transistorite, operatiivvõimendite või taimer-IC-dega, näiteks 555 taimeriga.
Multivibraatorite tüübid
Stabiilsed multivibraatorid
Astabiilsel multivibraatoril puudub stabiilne väljundseisund. Niipea kui toide sisse lülitatakse, lülitub see pidevalt kõrge ja madala vahel ilma päästiku sisendita. See teeb sellest vabalt töötava oskillaatori.
Selle tegevust juhib kondensaatori-takisti võrk. Kondensaator laeb ja tühjeneb aja jooksul. Kui pinge jõuab teatud tasemeni, muutub väljund olekuks. See tsükkel kordub, tekitades pideva ruudukujulise või ristkülikukujulise laine. Lülituskiirus sõltub RC väärtustest ja töötsükkel laadimis- ja tühjendusteedest.
Monostabiilsed multivibraatorid
Monostabiilsel multivibraatoril on üks stabiilne ja üks ajutine olek. See püsib normaalses olekus kuni saab päästikusignaali. Pärast seda muutub seisund kindlaks ajaks ja naaseb stabiilsesse olekusse.
Seda ajastustegevust juhivad takisti ja kondensaator. Kui kondensaator aktiveerub, hakkab see laadima või tühjenema. Kui pinge jõuab määratud läveni, lülitub ahel tagasi algsesse olekusse. Kuna iga päästik tekitab ühe väljundimpulsi, nimetatakse seda tüüpi ka ühekordseks vooluringiks.
Bistabiilsed multivibraatorid
Bistabiilsel multivibraatoril on kaks stabiilset väljundolekut. See ei lülitu iseenesest sisse ega naase vaikimisi olekusse. See jääb ühte olekusse, kuni sisendsignaal käsib selle vahetada.
See tüüp kasutab positiivset tagasisidet, et säilitada oma praegune seisund. Sisendid nagu Set, Reset või Toggle kontrollivad, kui väljund muutub. Kuna automaatset ajastust ei ole, jääb väljund praegusesse olekusse kuni uue sisendi saabumiseni.
Multivibraatori töö ja ajastus
Kõik multivibraatorid töötavad kahe põhiprintsiibi alusel: positiivne tagasiside ja ajastusvõrk. Positiivne tagasiside aitab ahelal tugevalt liikuda ühte kahest väljundolekust. Ajastusvõrk, mis on sageli tehtud takisti ja kondensaatoriga, aitab otsustada, millal väljund peaks ühest olekust teise muutuma.
Paljudes multivibraatori ahelates laeb või tühjendab kondensaator aja jooksul takistite kaudu. Kui selle pinge tõuseb või langeb, järgib see eksponentsiaalset kõverat, mitte ei muutu sirgjooneliselt. Kui see pinge jõuab määratud läveni, lülitub vooluring olekusse. Positiivne tagasiside tugevdab uut olekut ja valmistab vooluringi ette järgmise muudatuse jaoks.
Kuidas RC ajastus töötab?
• Kondensaator laeb või tühjendab ühe või mitme takisti kaudu.
• Kondensaatori pinge muutub eksponentsiaalselt.
• Kui pinge jõuab lävetasemeni, lülitub väljund.
• Positiivne tagasiside aitab ahela uude olekusse lukustada.
• Tsükkel jätkub vastavalt vooluringi tüübile.
Peamine ajastus ja lainekuju terminid
• Impulsi laius (TON või TOFF) – aeg, mil väljund püsib ühes olekus
• Menstruatsioon (T) – aeg, mis on vajalik ühe täistsükli jaoks
• Sagedus (f) – tsüklite arv sekundis
• Töötsükkel (D) – protsent ühest tsüklist, mil väljund püsib KÕRGE
• Tõusev serv – üleminek madalalt kõrgele
• Langev serv – üleminek kõrgest madalaks
Põhivalemid
• Sagedus:
f = 1 / T
• Töötsükkel:
D = (T_HIGH / T) × 100%
Multivibraatori skeemide rakendused
Loogikavärava multivibraatorid
• Ehitatud NAND, NOR või inverterväravatega
• Kasutada RC-ajastuse osi lülitamise juhtimiseks
• Toota väljundeid, mis vastavad digitaalse loogika tasemetele
• Sobituda hästi ahelatesse, mis juba kasutavad loogika-IC-sid
Transistor-multivibraatorid
• Ehitatud transistorite, takistite ja kondensaatoritega
• Näita iga lülitusetappi otsesemalt
• Võimaldada paindlikku skeemidisaini
• Saab korraldada erinevate pinge- või voolutingimuste jaoks
Op-võimendid ja võrdlevad multivibraatorid
• Kasutada operaatorvõimendeid või võrdlejaid positiivse tagasisidega
• Lisada RC-võrgud ajastuse kontrollimiseks
• Võib tekitada tugevaid väljundpinge muutusi
• Töötab hästi analoogsignaali ahelatega
555 taimeriga multivibraatorid
• Kasuta 555 taimeri IC-d stabiilses või monostabiilses režiimis
• Vaja on vaid väikest arvu väliseid komponente
• Pakkuda lihtsat ja stabiilset ajastuse kontrolli
• Toetada laia impulsslaiuste ja sageduste vahemikku.
555 taimeri multivibraatori disain
Sisemised lävetasemed
• Alumine lävi: 1/3 VCC
• Ülemine lävi: 2/3 VCC
• Kondensaatori pinge liigub nende kahe taseme vahel, et juhtida lülitust
555 astabiilne konfiguratsioon
Astabiilses režiimis vaheldub 555 HIGH ja LOW vahel ilma välise päästikuta. Selle mehhanismi määravad kaks takistit, R1 ja R2, ning üks kondensaatorit, C. Kondensaator laeb mõlema takisti kaudu ja tühjendab ühe kaudu, luues korduva väljundlainekuju.
Stabiilsed ajastusvalemid
• KÕRGE aeg: t1 = 0,693 (R1 + R2) C
• MADAL aeg: t2 = 0,693 (R2) C
• Periood: T = t1 + t2 = 0,693 (R1 + 2R2) C
• Sagedus: f = 1 / T
555 monostabiilne konfiguratsioon
Monostabiilses režiimis püsib 555 ühte stabiilsesse olekusse kuni selle käivitamisimpulsi saamiseni. Kui päästikpinge langeb alla kolmandiku VCC-st, tõuseb väljund KÕRGELE ja ajastuskondensator hakkab laadima takisti R kaudu. Kui kondensaatori pinge jõuab kahe kolmandikuni VCC-st, naaseb väljund madalaks.
See tekitab iga päästikusignaali jaoks ühe impulsi. Impulsi laius sõltub ajastusvõrgu takisti ja kondensaatori väärtustest.
555 kasutamise eelised
• Kasutab vaid väikest hulka väliseid osi
• Tagab stabiilse ja ennustatava ajastuse
• Toetab laia spektrit impulsslaiusi ja sagedusi
• Töötab nii astabiilses kui monostabiilses režiimis
• Muudab ajastuse disaini lihtsamaks fikseeritud sisemiste lävede abil
Multivibraatori rakendused
Kella- ja ajastusahelad
Multivibraatoreid kasutatakse sageli korduvate ajastussignaalide ja kontrollitud viivituste loomiseks. Need signaalid aitavad ahelatel regulaarselt lülituda või oodata kindla aja enne oleku vahetust.
Visuaalsignaali ahelad
Neid kasutatakse ka visuaalsignaalide ahelates, kus väljund peab vilkuma, vilkuma või lülituma korduvas mustris. See teeb neist kasulikud valguse ajastuse ja oleku näitamiseks.
Heli- ja teavitusahelad
Multivibraatorid suudavad tekitada korduvaid impulsse, mida kasutatakse helitootmisahelates. Lülituskiiruse kontrollimise kaudu aitavad nad luua stabiilseid häire- või toonisignaale.
Signaali konditsioneerimise ahelad
Signaali tingimisel aitavad multivibraatorid sisendsignaale kujundada ja juhtida. Need suudavad puhastada ebastabiilseid muutusi, pikendada lühikesi impulsse või luua ühtlasema väljundsignaali.
Loogika ja olekukontroll
Mõned multivibraatorid hoiavad üht kahest väljundolekust kuni uue sisend selle muutmiseni. See teeb neist kasulikud ahelates, mis vajavad lihtsat olekukontrolli, salvestamist või korduvat lugemist.
Multivibraatori eelised ja piirangud
| Eelised | Piirangud |
|---|---|
| Lihtne vooluringi struktuur väikese komponendiga | RC-põhine ajastus võib nihkuda osade tolerantside, temperatuuri või toite muutuste tõttu |
| Paindlik töö võnkumiseks, impulsside genereerimiseks või oleku salvestamiseks | Mürarikkad päästikusignaalid võivad põhjustada valesid lülitusi või ebastabiilseid väljundmuutusi |
| Saab ehitada transistorite, loogikaväravate, operatsioonvõimendite, võrdlejate või 555 taimeriga | Väga täpne ajastus võib vajada täpseid osi või spetsiaalset ajastusahelat |
| Töötab hästi ajastuse, lülitus- ja impulssjuhtimisahelate jaoks | Väljundkoormus võib mõjutada lainekuju või ajastust mõnes vooluringis |
Kokkuvõte
Multivibraatorid on lihtsad skeemid, mida kasutatakse ajastuse, impulsside genereerimise ja olekukontrolli jaoks. Astable, monostabiilsed ja bistabiilsed tüübid töötavad igaüks erinevalt, kuid kõik sõltuvad kahe väljundoleku vahetamisest. Nende käitumist kujundab positiivne tagasiside ja RC ajastus. Erinevate vooluahelate vormide, 555 taimeri disainide, rakenduste ja disainipunktidega on multivibraatorid endiselt kasulikud elektroonikaskeemide osa.
Korduma kippuvad küsimused [KKK]
Kas ruutlaine on sama mis ristkülikukujuline laine?
Ei. Ruutlainel on võrdsed kõrged ja madalad ajad. Ristkülikukujulisel lainel on ebavõrdsed kõrged ja madalad ajad.
Miks kasutatakse multivibraatoris positiivset tagasisidet?
Positiivne tagasiside aitab vooluringil kiiresti lülituda ja püsida stabiilsena kas KÕRGE või MADALA olekus.
Mida teeb kondensaatori vahetamine multivibraatori ahelas?
See muudab ajastust. Suurem kondensaator muudab vooluringi lülituse aeglasemaks. Väiksem kondensaator kiirendab lülitumist.
Kas multivibraator suudab tekitada rohkem kui ühe lainekuju?
Jah. Peamine väljund on lülituslainekuju, kuid kondensaatori pinge võib näidata tõusvat ja langevat lainekuju.
Miks on toitepinge multivibraatoris oluline?
Toitepinge mõjutab lülitustasemeid ja ajastust. Kui see muutub, võib muutuda ka väljundi ajastus.
Kas iga multivibraator on ostsillaator?
Ei. Ainult astabiilne multivibraator töötab ostsillaatorina, sest lülitub pidevalt iseseisvalt.
