Моностабильный мультивибратор

Моностабильный мультивибратор , также одновибратор , монотриггер или одновибратор , является цифровой схемой , которая имеет только одно устойчивого состояния. При срабатывании входящего триггерного сигнала схема меняет свое состояние переключения на определенное время. Затем этап опрокидывания возвращается в исходное положение.

классификация

Различают монофлопы с перезапуском (также: с возможностью перезапуска) и без перезапуска. Возможность повторного запуска означает, что сигнал запуска, который поступает, когда время истекло, снова запускает внутреннее время, и активное состояние переключения соответственно продлевается. В случае монофлопа без перезапуска триггерный сигнал не действует во время активной фазы.

Дискретный монофлоп

Моностабильный мультивибратор на биполярных транзисторах

Показанный здесь пример схемы представляет собой перезапускаемый монофлоп. В основном состоянии биполярный транзистор Q2 является проводящим, а транзистор Q1 блокируется. Резистор R2 обеспечивает необходимый базовый ток транзистора Q2. Для того, чтобы вызвать монотриггер, запускающий сигнал должен быть установлен на уровне L . Это блокирует транзистор Q2. Обратная связь через резистор R4 делает транзистор Q1 проводящим.

С этого момента начинается отсчет времени монофлопа. В этой схеме постоянная времени задается резистором R2 и конденсатором C1. Конденсатор C1 заряжается зарядным током через резистор R2. По прошествии определенного периода времени (время переключения монофлопа) конденсатор заряжается до такой степени, что напряжение на конденсаторе достигает порядка величины напряжения база-эмиттер транзистора Q2. С этого момента транзистор Q2 снова становится проводящим. Резистор R4 связывает управление транзистором Q1 с транзистором Q2. Напряжение коллектор-эмиттер проводящего транзистора Q2 ниже напряжения база-эмиттер транзистора Q1, поэтому он блокируется.

Когда транзистор Q1 снова блокируется, конденсатор C1 разряжается через два резистора R1 и R2.

Дискретный монофлоп имеет недостаток, заключающийся в том, что он имеет определенную зависимость от рабочего напряжения, которая не отражается в приближенной формуле для времени выдержки, при этом кривая для простой и улучшенной версии примерно одинакова.

Пример зависимости времени выдержки от рабочего напряжения

Время удержания (приблизительное / приблизительное)

Выходной сигнал на коллекторе Q1 представляет собой отрицательный импульс длительностью в показанной схеме.

${\ displaystyle t_ {H} \ приблизительно \ ln (2) R_ {2} C_ {1}}$.

Изделие также часто обозначается аббревиатурой size . У него есть измерение времени. ${\ displaystyle R_ {2} C_ {1}}$${\ Displaystyle \ тау}$

Был выбран подход для этого уравнения . Чтобы перейти от этой формулы к приближению, предполагается, что условие завершения, например , применяется. ${\ displaystyle U_ {BE_ {Q_ {2}}} (t) = U_ {B} (1-2e ^ {- {\ frac {t} {\ tau}}})}$${\ displaystyle U_ {BE_ {Q_ {2}}} (t_ {H}) = U_ {BE_ {Q_ {2}} sat}}$${\ displaystyle U_ {BE_ {Q_ {2}} sat} = 0}$

Время удержания

Опять же, с учетом условия прекращения , продолжительность рассчитывается для точного времени удержания. ${\ displaystyle U_ {BE_ {Q_ {2}}} (t_ {H}) = U_ {BE_ {Q_ {2}} sat}}$${\ displaystyle U_ {BE_ {Q_ {2}}} (t) = U_ {B} - (2U_ {B} -U_ {BE_ {Q_ {2}} sat} -U_ {CE_ {Q_ {1}} sat }) e ^ {- {\ frac {t} {\ tau}}}}$

${\ displaystyle t_ {H} = R_ {2} C_ {1} \ ln \ left ({\ frac {2U_ {B} -U_ {BE_ {Q_ {2}} sat} -U_ {CE_ {Q_ {1}) } сб.}} {U_ {B} -U_ {BE_ {Q_ {2}} сб.}}} \ right) \ приблизительно \ ln (2) R_ {2} C_ {1}}$.

Время t почти не зависит от рабочего напряжения, но показанная в качестве примера схема может выдерживать только напряжение питания до 5 вольт, в противном случае база Q2 в начале импульса принимает значение ниже -5 вольт - типичное предельное значение для биполярных транзисторов.

Дискретный монофлоп (улучшенный)

Улучшенный моностабильный мультивибратор на биполярных транзисторах

Чтобы избежать вышеупомянутой проблемы, рекомендуется подключать диод перед BE трактом T2, потому что тогда конденсатор как источник не может позволить току течь против направления защитного диода во время процесса разряда. и, таким образом, отрицательное напряжение на BE-Track не падает с T2.

Точное время удержания изменяется в зависимости от дополнительного защитного диода.

${\ displaystyle t_ {H} = R_ {2} C_ {1} \ ln \ left ({\ frac {2U_ {B} -U_ {BE_ {T_ {2}} sat} -U_ {CE_ {T_ {1}) } сб.} -U_ {F}} {U_ {B} -U_ {BE_ {T_ {2}} sat} -U_ {F}}} \ right) \ приблизительно \ ln (2) R_ {2} C_ {1 }}$.

Кроме того, диод имеет то преимущество, что если вы имитируете отрицательный импульс с помощью кнопки, правая сторона не будет немедленно заземлена, и, таким образом, время удержания не будет стохастически отклоняться от приведенных выше формул, поскольку в зависимости от индивидуального рабочего цикла в течение прямой контакт с землей в отличие от предыдущего случая. ${\ displaystyle C_ {1}}$${\ displaystyle C_ {1}}$

Еще одно усовершенствование - подключить между базой и эмиттером резистор , который лучше блокируется, как по формуле ${\ displaystyle R_ {5}}$${\ displaystyle T_ {1}}$

${\ displaystyle U_ {BE_ {T_ {1}}} = U_ {CE_ {T_ {2}} sat} \ cdot {\ frac {R_ {5}} {R_ {4} + R_ {5}}}}$

только часть напряжения насыщения CE падает между базой и эмиттером . ${\ displaystyle T_ {2}}$${\ displaystyle T_ {1}}$

Встроенный монофлоп

Символ монофлоп в соответствии с DIN

Импульсная диаграмма
E: вход
Q: выход

И без перезапуска, и с перезапуском монофлопы доступны в виде интегральных схем (например, стандартный тип 74x121), для которых в качестве внешней схемы требуются только компоненты, определяющие время (резистор и конденсатор). Эти модули имеют значительно меньшее рабочее напряжение и температурную зависимость длительности импульса, чем приведенная выше примерная схема. С их помощью можно достичь времени от 50 нс до 1 с. Для более длительного использования требуются хорошие, большие и, следовательно, дорогие конденсаторы; Вместо этого в течение более длительного времени используются интегральные схемы с внутренним делителем частоты, питаемым от мультивибратора . Как и в случае монофлоп-схем, частота мультивибратора может быть выбрана с помощью внешнего резистора и конденсатора. Если мультивибратор достигает количества импульсов с коэффициентом деления, выходной импульс прекращается. Делитель частоты часто программируется таким образом, чтобы можно было достичь времени от секунд до нескольких часов.

Примеры применения

Функция монофлопа реализована, например, в автоматическом лестничном свете, в котором свет включается на определенный период времени нажатием кнопки. В этом приложении имеет смысл перезапускаемый монофлоп, так как он позволяет увеличить световую фазу путем повторного нажатия.

Другие приложения:

• Генераторы импульсов
• Часть преобразователей частоты-напряжения и тахометров.
• Увеличение короткого импульса до определенной длины
• Реле времени

веб ссылки

• Специальный сбрасываемый монофлоп и практическое применение Схема представляет собой функциональную комбинацию монофлопа и триггера.