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Monostabiler Multivibrator - Der One-Shot-Monostabil

Wellenformgeneratoren

Multivibratoren erzeugen eine AusgangswellenformEs ähnelt dem einer symmetrischen oder asymmetrischen Rechteckwelle und wird daher von allen Rechteckgeneratoren am häufigsten verwendet. Multivibratoren gehören zu einer Familie von Oszillatoren, die üblicherweise alsRelaxationsoszillatoren“.

Im Allgemeinen diskrete MultivibratorenSie bestehen aus einer zwei Transistorschaltung gekoppelten Schaltschaltung, die so ausgelegt ist, dass einer oder mehrere ihrer Ausgänge als Eingang zu dem anderen Transistor rückgekoppelt werden, wobei ein Widerstand und ein Kondensator (RC) -Netzwerk miteinander verbunden sind, um die Rückkopplungsschaltung zu erzeugen.

Multivibratoren haben zwei unterschiedliche elektrischeZustände, einen Ausgangszustand "HIGH" und einen Ausgangszustand "LOW", wodurch sie je nach Multivibratortyp entweder einen stabilen oder einen quasi stabilen Zustand erhalten. Eine solche Art einer Zwei-Zustands-Impulsgenerator-Konfiguration wird genannt Monostabile Multivibratoren.

Mosfet Monostabiler Multivibrator
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MOSFET Monostabil

Monostabile Multivibratoren habe nur EIN stabiler Zustand (daher ihr Name: “Mono”) und erzeugen einen einzigen Ausgangsimpuls, wenn er extern ausgelöst wird. Monostabile Multivibratoren kehren erst nach einer durch die Zeitkonstante der RC-gekoppelten Schaltung bestimmten Zeit in ihren ersten ursprünglichen und stabilen Zustand zurück.

Betrachten Sie die MOSFET-Schaltung auf der linken Seite. Der Widerstand R und der Kondensator C bilden eine RC-Zeitgeberschaltung. Der N-Kanal-Anreicherungs-MOSFET wird aufgrund der Spannung am Kondensator "EIN" geschaltet, wobei die Drain-LED ebenfalls "EIN" ist.

Wenn der Schalter geschlossen ist, ist der Kondensator kurzgeschaltet und entlädt sich daher, während gleichzeitig das Gate des MOSFET mit Masse kurzgeschlossen ist. Der MOSFET und damit die LED sind beide ausgeschaltet. Wenn der Schalter geschlossen ist, ist der Stromkreis immer „AUS“ und befindet sich im „instabilen Zustand“.

Wenn der Schalter geöffnet ist, ist der vollständig entladender Kondensator beginnt sich über den Widerstand R aufzuladen, mit einer Rate, die durch die RC-Zeitkonstante des Widerstands-Kondensator-Netzwerks bestimmt wird. Sobald die Ladespannung der Kondensatoren den unteren Schwellenspannungspegel des MOSFET-Gates erreicht, schaltet der MOSFET auf "EIN" und leuchtet die LED auf, wodurch die Schaltung in ihren stabilen Zustand zurückkehrt.

Dann bewirkt die Anwendung des Schalters dasum in den instabilen Zustand zu gelangen, während die Zeitkonstante des RC-Netzwerks es nach einer voreingestellten Zeitspanne wieder in den stabilen Zustand zurückführt, wodurch ein sehr einfacher "One-Shot" -Prozess erzeugt wird Monostabiler Multivibrator MOSFET-Schaltung.

Monostabile Multivibratoren oder "One-Shot-Multivibratoren" wie sie auch sindaufgerufen, werden zum Erzeugen eines einzelnen Ausgangsimpulses einer bestimmten Breite verwendet, entweder "HIGH" oder "LOW", wenn ein geeignetes externes Triggersignal oder ein Impuls T angelegt wird. Dieses Triggersignal löst einen Taktzyklus aus, der bewirkt, dass der Ausgang des Monostabilisators zu Beginn des Taktzyklus seinen Zustand ändert und in diesem zweiten Zustand verbleibt.

Der Taktzyklus des Monoflops wird durch die Zeitkonstante des Taktkondensators C bestimmtT und der Widerstand, RT bis es sich zurücksetzt oder zu seinem zurückkehrtursprünglicher (stabiler) Zustand. Der monostabile Multivibrator bleibt dann unbestimmt in diesem ursprünglichen stabilen Zustand, bis ein anderer Eingangsimpuls oder ein anderes Triggersignal empfangen wird. Dann, Monostabile Multivibratoren habe nur EIN stabiler Zustand und durchlaufen einen vollen Zyklus als Antwort auf einen einzelnen auslösenden Eingangsimpuls.

Monostabile Multivibratorschaltung

monostabile Multivibratorschaltung

Der grundlegende kollektorgekoppelte Transistor Monostabiler Multivibrator Schaltung und die zugehörigen Wellenformen sind oben gezeigt. Wenn zuerst Energie angelegt wird, ist die Basis des Transistors TR2 über den Vorspannungswiderstand R mit Vcc verbundenT Dadurch schalten Sie den Transistor vollständig ein undin Sättigung und gleichzeitig TR1 auf "OFF" stellen. Dies stellt dann die Schaltkreise "Stable State" mit Nullausgang dar. Der in den gesättigten Basisanschluß von TR2 fließende Strom ist daher gleich Ib = (Vcc - 0,7) / RT.

Wenn jetzt ein negativer Triggerimpuls anliegtwird die schnell abklingende Flanke des Impulses direkt durch den Kondensator C1 zur Basis des Transistors TR1 über die Sperrdiode geleitet, die sie "EIN" schaltet. Der Kollektor von TR1, der zuvor bei Vcc war, fällt schnell auf unter null Volt ab, was den Kondensator C ergibtT eine umgekehrte Ladung von -0,7 V über den Platten. Diese Aktion führt dazu, dass der Transistor TR2 jetzt am Punkt X eine Minus-Basisspannung aufweist, die den Transistor vollständig "AUS" hält. Dies stellt dann den zweiten Zustand der Schaltungen dar, den "instabilen Zustand" mit einer Ausgangsspannung gleich Vcc.

Zeitkondensator, CT beginnt, diese -0,7 V über den Zeitsteuerungswiderstand R zu entladenTversucht, sich auf die Versorgungsspannung Vcc aufzuladen. Diese negative Spannung an der Basis des Transistors TR2 beginnt allmählich mit einer Rate abzunehmen, die durch die Zeitkonstante von R bestimmt wirdT CT Kombination. Wenn die Basisspannung von TR2 wieder auf Vcc steigt, beginnt der Transistor zu leiten und schaltet dadurch den Transistor TR1 wieder auf "AUS", wodurch der monostabile Multivibrator automatisch in seinen ursprünglichen stabilen Zustand zurückkehrt und auf einen zweiten negativen Auslöseimpuls wartet, um den Neustart zu starten noch einmal verarbeiten.

Monostabile Multivibratoren kann einen sehr kurzen oder einen längeren Impuls erzeugenrechteckförmige Wellenform, deren Vorderflanke mit dem von außen angelegten Triggerimpuls zeitlich ansteigt und deren Hinterflanke von der RC-Zeitkonstante der verwendeten Rückkopplungskomponenten abhängt. Diese RC-Zeitkonstante kann mit der Zeit variiert werden, um eine Reihe von Impulsen zu erzeugen, die eine gesteuerte feste Zeitverzögerung in Bezug auf den ursprünglichen Auslöseimpuls haben, wie unten gezeigt.

Monostabile Multivibrator-Wellenformen

monostabile Wellenform

Die Zeitkonstante von Monostabile Multivibratoren kann geändert werden, indem die Werte des Kondensators C geändert werdenT der Widerstand, RT oder beides. Monostabile Multivibratoren werden im Allgemeinen verwendet, um die Breite eines Impulses zu vergrößern oder um eine Zeitverzögerung innerhalb einer Schaltung zu erzeugen, da die Frequenz des Ausgangssignals immer dieselbe ist wie für den Triggerimpulseingang.

TTL / CMOS-Monostabile Multivibratoren

Neben der Herstellung von Monostabilen MultivibratorenAus einzelnen diskreten Komponenten, wie z. B. Transistoren, können auch monostabile Schaltungen mit allgemein verfügbaren integrierten Schaltungen hergestellt werden. Die folgende Schaltung zeigt, wie eine monostabile Multivibratorschaltung mit nur zwei 2-Eingangs-Logik-NOR-Gattern aufgebaut werden kann.

NOR Gate monostabil

noch monostabile Schaltung

Es sei zunächst angenommen, dass der Triggereingang auf einem logischen Pegel "0" LOW ist, so dass der Ausgang des ersten NOR-Gatters U1 auf einem logischen Pegel "1" HIGH ist (NOR-Gatterprinzipien). Der Widerstand, RT ist an die Versorgungsspannung angeschlossen, ist also gleich dem logischen Pegel "1", was bedeutet, dass der Kondensator CT hat auf beiden Platten die gleiche Ladung. Die Verbindungsstelle V1 ist daher gleich dieser Spannung, so dass der Ausgang des zweiten NOR-Gatters U2 auf dem logischen Pegel "0" LOW ist. Dies stellt dann die Schaltkreise "Stable State" mit Nullausgang dar.

Wenn zum Zeitpunkt t ein positiver Triggerimpuls an den Eingang angelegt wird0geht der Ausgang des ersten NOR-Gatters U1 auf LOW und nimmt dabei die linke Platte des Kondensators C mitT dadurch wird der Kondensator entladen. Da sich beide Platten des Kondensators jetzt auf dem logischen Pegel "0" befinden, ist auch der Eingang des zweiten NOR-Gatters U2 ein Ausgang, der dem logischen Pegel "1" entspricht. Dies stellt dann den zweiten Zustand der Schaltungen dar, den "instabilen Zustand" mit einer Ausgangsspannung gleich + Vcc.

Das zweite NOR-Gatter U2 wird diesen zweiten instabilen Zustand beibehalten, bis der Zeitsteuerungskondensator jetzt über den Widerstand R aufgeladen wirdT erreicht die minimale Eingangsschwellenspannung von U2(ca. 2,0 V) Die Zustandsänderung als logischer Pegel "1" erscheint jetzt an den Eingängen. Dadurch wird der Ausgang auf logisch "0" zurückgesetzt, der wiederum auf einen Eingang von U2 zurückgeführt wird (Rückkopplungsschleife). Diese Aktion bringt das Monoflop automatisch in den ursprünglichen stabilen Zustand zurück und wartet auf einen zweiten Triggerimpuls, um den Zeitablauf erneut zu starten.

NOR-Gate-Monostabile Wellenformen

noch monostabiles Gate-Signal

Dies gibt uns eine Gleichung für den Zeitraum der Schaltung als:

Zeitkonstante Formel

Wo ist R in Ω und C in Farad.

Wir können auch monostabile Impulsgeneratoren herstellenEs gibt bereits spezielle Schaltkreise, wie zum Beispiel den monostabilen Monostab-Multivibrator 74LS121 oder den reigelösbaren Monostabil-Multivibrator 4538B Nur zwei externe RC-Zeitsteuerungskomponenten mit der angegebenen Impulsbreite: T = 0,69RC in Sekunden.

74LS121 Monostabiler Generator

Monostabiler Multivibrator 74/112

Dieser monostabile Impulsgenerator IC kann seinkonfiguriert zum Erzeugen eines Ausgangsimpulses entweder an einem Triggerimpuls mit steigender Flanke oder einem Triggerimpuls mit fallender Flanke. Der 74LS121 kann Impulsbreiten von etwa 10 ns bis etwa 10 ms erzeugen, einen maximalen Zeitsteuerwiderstand von 40 kΩ und einen maximalen Zeitsteuerungskondensator von 1000 uF.

Monostabile Multivibratoren - Zusammenfassung

Dann zusammenfassen, das Monostabiler Multivibrator Schaltung hat nur EIN stabiler Zustand, dadurch ein „One-Shot“ -Pulsgenerator. Bei Auslösung durch einen kurzen externen Triggerimpuls entweder positiv oder negativ.

Einmal ausgelöst, ändert sich der Zustand der monostabilen undbleibt in diesem zweiten Zustand für eine Zeitdauer, die durch die voreingestellte Zeitdauer der verwendeten RC-Rückkopplungszeitkomponenten bestimmt wird. Nach Ablauf dieser Zeit kehrt das Monoflop automatisch wieder in den ursprünglichen niedrigen Zustand zurück und wartet auf einen zweiten Triggerimpuls.

Monostabile Multivibratoren können daher seinwerden als Triggerimpulsgeneratoren betrachtet und werden im Allgemeinen verwendet, um eine Zeitverzögerung innerhalb einer Schaltung zu erzeugen, da die Frequenz des Ausgangssignals dieselbe wie die für den Triggerimpulseingang ist, wobei der einzige Unterschied die Impulsbreite ist.

Ein Hauptnachteil von „monostabilMultivibratoren “ist, dass die Zeit zwischen dem Anlegen des nächsten Triggerimpulses größer sein muss als die voreingestellte RC-Zeitkonstante der Schaltung, damit sich der Kondensator aufladen und entladen kann.

Im nächsten Tutorial über Multivibratoren werden wir einen betrachten, der dies getan hat ZWEI stabile Zustände, für die zwei Triggerimpulse erforderlich sindvon einem stabilen Zustand in den anderen umgeschaltet. Diese Art von Multivibratorschaltung wird als Bistabiler Multivibrator bezeichnet, der auch unter dem allgemeineren Namen "Flip-Flops" bekannt ist.

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