En multivibrator er et kredsløb, der skifter mellem HØJ og LAV for at skabe pulser, timingsignaler og skiftehandlinger. Den kan køre kontinuerligt, producere en tidsbestemt puls eller holde en tilstand, indtil en ny input ændrer den. Denne artikel dækker dens typer, drift, timing, kredsløbsformer, 555-timers design og anvendelser.
Multivibrator Oversigt
En multivibrator er et elektronisk kredsløb, der skifter mellem to udgangstilstande, kaldet HØJ og LAV. Det gør dette på en kontrolleret måde for at generere timingsignaler, pulser eller stationære skifteaktioner. Afhængigt af sit design kan en multivibrator skifte frem og tilbage af sig selv, producere en engangspuls, når den aktiveres, eller forblive i én tilstand, indtil en ny indgang ændrer den.
Multivibratorer er almindelige i mange elektroniske kredsløb, fordi de hjælper med at styre timing og signalstrøm. De bruges i pulsgeneratorer, tidsforsinkelseskredsløb, blinkende lyskredsløb, alarm- og tonekredsløb, simple hukommelseskredsløb og tællekredsløb. Disse kredsløb kan laves med logikporte, transistorer, operationsforstærkere eller timer-IC'er som 555-timeren.
Typer af multivibratorer
Astabile multivibratorer
En astabil multivibrator har ingen stabil udgangstilstand. Så snart strømmen tilføres, skifter den mellem HØJ og LAV uden at skulle bruge nogen trigger-input. Det gør den til en fritløbende oscillator.
Dens virkning styres af et kondensator-modstandsnetværk. Kondensatoren lader op og aflades over tid. Når dens spænding når et vist niveau, skifter udgangen tilstand. Denne cyklus gentages og producerer en kontinuerlig firkantet eller rektangulær bølge. Koblingshastigheden afhænger af RC-værdierne, og driftscyklussen afhænger af opladnings- og afladningsvejene.
Monostabile multivibratorer
En monostabil multivibrator har én stabil tilstand og én midlertidig tilstand. Den forbliver i sin normale tilstand, indtil den modtager et triggersignal. Derefter skifter den tilstand i en fastsat periode og vender derefter tilbage til sin stabile tilstand.
Denne timing styres af en modstand og en kondensator. Når den er udløst, begynder kondensatoren at oplade eller aflades. Når dens spænding når en fastsat tærskel, skifter kredsløbet tilbage til sin oprindelige tilstand. Fordi hver trigger producerer en enkelt udgangspuls, kaldes denne type også et one-shot kredsløb.
Bistabile multivibratorer
En bistabil multivibrator har to stabile udgangstilstande. Den tænder ikke eller vender ikke tilbage til en standardtilstand. Den forbliver i én tilstand, indtil et indgangssignal fortæller den at skifte.
Denne type bruger positiv feedback til at opretholde sin nuværende tilstand. Input som Set, Reset eller Toggle-kontrol, når outputtet ændres. Da der ikke er nogen automatisk timing-handling, forbliver outputtet i sin nuværende tilstand, indtil et andet input ankommer.
Multivibratordrift og timing
Alle multivibratorer fungerer efter to grundlæggende principper: positiv feedback og et timing-netværk. Positiv feedback hjælper kredsløbet med at bevæge sig stærkt ind i en af to udgangstilstande. Tidsnetværket, ofte lavet med en modstand og en kondensator, hjælper med at afgøre, hvornår udgangen skal skifte fra én tilstand til en anden.
I mange multivibratorkredsløb lader eller aflader kondensatoren modstande over tid. Når dens spænding stiger eller falder, følger den en eksponentiel kurve i stedet for at ændre sig i en lige linje. Når denne spænding når en fastsat tærskel, skifter kredsløbet tilstand. Positiv feedback forstærker derefter den nye tilstand og forbereder kredsløbet til næste ændring.
Hvordan fungerer RC-timing?
• En kondensator oplader eller aflader gennem en eller flere modstande.
• Kondensatorspændingen ændrer sig eksponentielt.
• Når spændingen når et tærskelniveau, skifter udgangen.
• Positiv feedback hjælper med at låse kredsløbet i sin nye tilstand.
• Cyklussen fortsætter derefter baseret på kredsløbstypen.
Hovedtiming og bølgeformstermer
• Pulsbredde (TON eller TOFF) - den tid, outputtet forbliver i én tilstand
• Periode (T) - den tid, der kræves for en fuld cyklus
• Frekvens (f) - antallet af cyklusser hvert sekund
• Duty cycle (D) - procentdelen af én cyklus, hvor outputtet forbliver HØJT
• Stigende kant - overgangen fra LAV til HØJ
• Faldende kant - overgangen fra HØJ til LAV
Grundlæggende formler
• Frekvens:
f = 1 / T
• Duty cycle:
D = (T_HIGH / T) × 100%
Multivibrator-kredsløbsimplementeringer
Logikgate-multivibratorer
• Bygget med NAND-, NOR- eller inverterporte
• Brug RC-timingdele til at styre omskiftning
• Producere output, der matcher digitale logikniveauer
• Passer godt i kredsløb, der allerede bruger logiske IC'er
Transistor-multivibratorer
• Bygget med transistorer, modstande og kondensatorer
• Vis hvert omskiftningstrin mere direkte
• Tillader fleksibelt kredsløbsdesign
• Kan arrangeres til forskellige spændings- eller strømforhold
Op-forstærker og komparator-multivibratorer
• Brug operationsforstærkere eller komparatorer med positiv feedback
• Inkluder RC-netværk til styring af timing
• Kan give stærke ændringer i udgangsspændingen
• Fungerer godt med analoge signalkredsløb
555 timer-multivibratorer
• Brug 555 timer-IC'en i astabil eller monostabil tilstand
• Behøver kun et lille antal eksterne komponenter
• Tilbyder enkel og stabil timingkontrol
• Understøtter et bredt udvalg af pulsbredder og frekvenser
555 timer multivibratordesign
Interne tærskelniveauer
• Nedre tærskel: 1/3 VCC
• Øvre tærskel: 2/3 VCC
• Kondensatorspændingen bevæger sig mellem disse to niveauer for at styre omkobling
555 astabil konfiguration
I astabil tilstand skifter 555 mellem HØJ og LAV uden en ekstern trigger-indgang. Denne handling sættes af to modstande, R1 og R2, og én kondensator, C. Kondensatoren oplader gennem begge modstande og aflader gennem én, hvilket skaber en gentagende udgangsbølgeform.
Astabile tidsformler
• HØJ tid: t1 = 0,693 (R1 + R2) C
• LAV tid: t2 = 0,693 (R2) C
• Punktum: T = t1 + t2 = 0,693 (R1 + 2R2) C
• Frekvens: f = 1 / T
555 monostabil konfiguration
I monostabil tilstand forbliver 555 i én stabil tilstand, indtil den modtager en triggerpuls. Når triggerspændingen falder under en tredjedel af VCC, går udgangen HØJT, og timingkondensatoren begynder at oplade gennem modstand R. Når kondensatorspændingen når to tredjedele af VCC, vender udgangen tilbage til LAV.
Dette skaber én puls for hvert triggersignal. Pulsbredden afhænger af modstands- og kondensatorværdierne, der vælges til timingnetværket.
Fordele ved at bruge 555
• Bruger kun et lille antal eksterne dele
• Giver stabil og forudsigelig timing
• Understøtter et bredt udvalg af pulsbredder og frekvenser
• Fungerer både i astabil og monostabil tilstand
• Gør timing-design enklere gennem faste interne tærskler
Multivibrator-anvendelser
Ur- og tidskredsløb
Multivibratorer bruges ofte til at skabe gentagende timingsignaler og kontrollerede forsinkelser. Disse signaler hjælper kredsløb med at skifte med regelmæssige intervaller eller vente en fastsat tid, før de skifter tilstand.
Visuelle signaleringskredsløb
De bruges også i visuelle signaleringskredsløb, hvor en udgang skal blinke, blinke eller skifte i gentagne mønstre. Dette gør dem nyttige til lysbaseret timing og statusindikation.
Lyd- og alarmkredsløb
Multivibratorer kan generere gentagne pulser, som bruges i lydproducerende kredsløb. Ved at kontrollere omskiftningshastigheden hjælper de med at skabe stabile alarm- eller tonesignaler.
Signalbehandlingskredsløb
I signalbehandling hjælper multivibratorer med at forme og kontrollere indgangssignaler. De kan rense ustabile ændringer, forlænge korte pulser eller skabe et mere ensartet udgangssignal.
Logik og Tilstandskontrol
Nogle multivibratorer bruges til at holde en af to udgangstilstande, indtil en ny indgang ændrer den. Dette gør dem nyttige i kredsløb, der kræver simpel tilstandskontrol, opbevaring eller gentagen optælling.
Multivibratorers fordele og begrænsninger
| Fordele | Begrænsninger |
|---|---|
| Simpel kredsløbsstruktur med et lille antal komponenter | RC-baseret timing kan drive på grund af komponenttolerancer, temperatur eller forsyningsændringer |
| Fleksibel drift til oscillation, pulsgenerering eller tilstandslagring | Støjende triggersignaler kan forårsage falsk omskiftning eller ustabile udgangsændringer |
| Kan bygges med transistorer, logikporte, operationsforstærkere, komparatorer eller en 555-timer | Meget præcis timing kan kræve præcisionsdele eller et dedikeret timingkredsløb |
| Fungerer godt til timing, omkobling og pulskontrolkredsløb | Udgangsbelastning kan påvirke bølgeformens form eller timing i nogle kredsløb |
Konklusion
Multivibratorer er simple kredsløb, der bruges til timing, pulsgenerering og tilstandskontrol. Astable, monostabil og bistabil type fungerer hver på en forskellig måde, men alle afhænger af at skifte mellem to outputtilstande. Deres adfærd formes af positiv feedback og timing af RC. Med forskellige kredsløbsformer, 555-timers designs, anvendelser og designpunkter forbliver multivibratorer en nyttig del af elektroniske kredsløb.
Ofte stillede spørgsmål [FAQ]
Er en firkantbølge det samme som en rektangulær bølge?
Nej. En firkantbølge har lige høje og lave tider. En rektangulær bølge har ulige høje og lave tider.
Hvorfor bruges positiv feedback i en multivibrator?
Positiv feedback hjælper kredsløbsskiftet med hurtigt at skifte og forblive stabilt enten i HØJ eller LAV tilstand.
Hvad gør det at skifte kondensatoren i et multivibrator-kredsløb?
Det ændrer timingen. En større kondensator får kredsløbet til at skifte langsommere. En mindre kondensator gør det hurtigere.
Kan en multivibrator producere mere end én bølgeform?
Ja. Hovedudgangen er en switchende bølgeform, men kondensatorspændingen kan vise en stigende og faldende bølgeform.
9,5 Hvorfor betyder forsyningsspændingen noget i en multivibrator?
Forsyningsspændingen påvirker skifteniveauer og timing. Hvis den ændrer sig, kan output-timingen også ændres.
9,6 Er enhver multivibrator en oscillator?
Nej. Kun en astabil multivibrator fungerer som en oscillator, fordi den konstant skifter af sig selv.
