Импульсные схемы - бистабильный мультивибратор

Бистабильный мультивибратор имеет two stable states. Схема остается в одном из двух стабильных состояний. Он продолжается в этом состоянии, если не подан внешний пусковой импульс. Этот мультивибратор также известен какFlip-flop. Эта схема просто называетсяBinary.

Есть несколько типов бистабильных мультивибраторов. Они показаны на следующем рисунке.

Конструкция бистабильного мультивибратора

Два подобных транзистора Q 1 и Q 2 с нагрузочными резисторами R L1 и R L2 соединены по обратной связи друг с другом. Базовые резисторы R 3 и R 4 подключены к общему истоку –V BB . Резисторы обратной связи R 1 и R 2 шунтируются конденсаторами C 1 и C 2, известными какCommutating Capacitors. На транзистор Q 1 подается триггерный вход на базе через конденсатор C 3, а на транзистор Q 2 подается триггерный вход на его базе через конденсатор C 4 .

Конденсаторы C 1 и C 2 также известны какSpeed-up Capacitors, поскольку они уменьшают transition time, что означает время, необходимое для передачи проводимости от одного транзистора к другому.

На следующем рисунке показана принципиальная схема бистабильного мультивибратора с самосмещением.

Работа бистабильного мультивибратора

Когда схема включена, из-за некоторого дисбаланса схемы, как в Astable, один из транзисторов, скажем, Q 1 включается, а транзистор Q 2 выключается. Это стабильное состояние бистабильного мультивибратора.

За счет применения отрицательного триггера на базе транзистора Q 1 или за счет применения положительного триггерного импульса на базе транзистора Q 2 это стабильное состояние не изменяется. Итак, давайте разберемся в этом, рассмотрев отрицательный импульс на базе транзистора Q 1 . В результате напряжение коллектора увеличивается, что смещает транзистор Q 2 в прямом направлении . Коллекторный ток Q 2, приложенный к базе Q 1 , смещает Q 1 в обратном направлении, и это совокупное действие делает транзистор Q 1 выключенным, а транзистор Q 2 включенным. Это еще одно стабильное состояние Мультивибратора.

Теперь, если это стабильное состояние необходимо снова изменить, то применяется либо отрицательный импульс запуска на транзисторе Q 2, либо положительный импульс запуска на транзисторе Q 1 .

Формы выходных сигналов

Формы выходных сигналов на коллекторах Q 1 и Q 2 вместе с триггерными входами, заданными на основаниях Q W и Q 2 , показаны на следующих рисунках.

Преимущества

Преимущества использования бистабильного мультивибратора следующие:

  • Сохраняет предыдущий вывод, если его не беспокоить.
  • Схемотехника проста

Недостатки

Недостатки бистабильного мультивибратора следующие:

  • Требуются два вида запускающих импульсов.
  • Немного дороже, чем другие мультивибраторы.

Приложения

Бистабильные мультивибраторы используются в таких приложениях, как генерация импульсов и цифровые операции, такие как подсчет и хранение двоичной информации.

Двоичный с фиксированным смещением

Двоичная схема с фиксированным смещением похожа на нестабильный мультивибратор, но с простым переключателем SPDT. Два транзистора соединены обратной связью с двумя резисторами, причем один коллектор соединен с базой другого. На рисунке ниже показана принципиальная схема двоичной системы с фиксированным смещением.

Чтобы понять принцип работы, давайте предположим, что переключатель находится в положении 1. Теперь транзистор Q 1 будет выключен, поскольку база заземлена. Напряжение коллектора на выходе V O1 будет равно V CC, который включает транзистор Q 2 . Выход на клемме V O2 становится НИЗКИМ. Это стабильное состояние, которое можно изменить только с помощью внешнего триггера. Перевод переключателя в положение 2 работает как спусковой крючок.

При изменении переключателя база транзистора Q 2 заземляется, переводя его в состояние ВЫКЛ. Напряжение коллектора на V O2 будет равно V CC, которое прикладывается к транзистору Q 1 для его включения. Это другое стабильное состояние. Запуск осуществляется в этой схеме с помощью переключателя SPDT.

Для двоичных цепей используются два основных типа запуска. Они есть

  • Симметричный запуск
  • Асимметричный запуск

Триггер Шмитта

Другой тип двоичной схемы, который следует обсудить, - это Emitter Coupled BinaryСхема. Эта схема также называетсяSchmitt Triggerцепь. Эта схема считается особой в своем роде для своих приложений.

Основное отличие в конструкции этой схемы состоит в том, что связь между выходом C 2 второго транзистора и базой B1 первого транзистора отсутствует, и теперь обратная связь получается через резистор R e . Эта схема называетсяRegenerative circuit для этого есть positive feedback и no Phase inversion. Схема триггера Шмитта с использованием BJT показана ниже.

Первоначально у нас Q 1 OFF и Q 2 ON. Напряжение, приложенное к базе Q 2, составляет V CC через R C1 и R 1 . Таким образом, выходное напряжение будет

$$ V_0 = V_ {CC} - (I_ {C2} R_ {c2}) $$

Как Q 2 включена, то будет падение напряжения на R E , который будет (я С2 + I , В2 ) Р Е . Теперь это напряжение подается на эмиттер Q 1 . Входное напряжение увеличивается, и до тех пор, пока Q 1 не достигнет напряжения включения для включения, выходное значение останется НИЗКИМ. Если Q 1 включен, выход будет увеличиваться, поскольку Q 2 также включен. Когда входное напряжение продолжает расти, напряжение в точках C 1 и B 2 продолжает падать, а E 2 продолжает расти. При определенном значении входного напряжения Q 2 выключается. Выходное напряжение в этот момент будет равно V CC и останется постоянным, хотя входное напряжение будет увеличиваться.

Когда входное напряжение растет, выход остается НИЗКИМ, пока входное напряжение не достигнет V 1, где

$$ V_1 = [V_ {CC} - (I_ {C2} R_ {C2})] $$

Значение, при котором входное напряжение равно V 1 , позволяет транзистору Q 1 войти в насыщение, называетсяUTP(Верхняя точка срабатывания). Если напряжение уже превышает V 1 , оно остается там до тех пор, пока входное напряжение не достигнет V 2 , что является переходом низкого уровня. Следовательно, значение, при котором входное напряжение будет V 2, при котором Q 2 перейдет в состояние ВКЛ, называетсяLTP (Нижняя точка срабатывания).

Формы выходных сигналов

Формы выходных сигналов получены, как показано ниже.

Схема триггера Шмитта работает как Comparator и, следовательно, сравнивает входное напряжение с двумя разными уровнями напряжения, называемыми UTP (Верхняя точка запуска) и LTP(Нижняя точка срабатывания). Если вход пересекает этот UTP, он рассматривается как ВЫСОКИЙ, а если он становится ниже этого LTP, он принимается как НИЗКИЙ. На выходе будет двоичный сигнал, показывающий 1 для HIGH и 0 для LOW. Следовательно, аналоговый сигнал преобразуется в цифровой. Если вход находится на промежуточном значении (между HIGH и LOW), то предыдущее значение будет выходом.

Эта концепция зависит от явления, называемого Hysteresis. Передаточные характеристики электронных схем демонстрируютloop называется как Hysteresis. Он объясняет, что выходные значения зависят как от настоящих, так и от прошлых значений входных данных. Это предотвращает нежелательное переключение частоты в цепях триггера Шмитта.

Преимущества

Преимущества схемы триггера Шмитта:

  • Поддерживаются идеальные логические уровни.
  • Это помогает избежать мета-стабильности.
  • Предпочитается обычным компараторам из-за импульсного согласования.

Недостатки

Основные недостатки триггера Шмитта:

  • Если ввод медленный, вывод будет медленнее.
  • Если на входе шум, на выходе будет больше шума.

Применение триггера Шмитта

Цепи триггера Шмитта используются в качестве компаратора амплитуды и схемы возведения в квадрат. Они также используются в схемах формирования импульсов и повышения резкости.

Это схемы мультивибратора на транзисторах. Те же мультивибраторы созданы с использованием операционных усилителей, а также схем таймера IC 555, которые обсуждаются в следующих руководствах.