Een multivibrator is een schakeling die schakelt tussen HOOG en LAAG om pulsen te creëren, signalen te timen en schakelacties te doen. Het kan continu draaien, een getimede puls produceren of een toestand vasthouden totdat een nieuwe invoer deze verandert. Dit artikel behandelt de typen, werking, timing, schakelvormen, 555-timerontwerp en toepassingen.
Overzicht van multivibrator
Een multivibrator is een elektronisch circuit dat schakelt tussen twee uitgangstoestanden, genaamd HOOG en LAAG. Dit doet het op een gecontroleerde manier om timingsignalen, pulsen of stationaire schakelacties te genereren. Afhankelijk van het ontwerp kan een multivibrator zelfstandig schakelen, één eenmalige puls produceren wanneer geactiveerd, of in één toestand blijven totdat een nieuwe ingang deze verandert.
Multivibrators komen vaak voor in veel elektronische schakelingen omdat ze helpen bij het regelen van timing en signaalstroom. Ze worden gebruikt in pulsgeneratoren, tijdvertragingscircuits, knipperlichtcircuits, alarm- en tooncircuits, eenvoudige geheugencircuits en telcircuits. Deze schakelingen kunnen worden gemaakt met logische poorten, transistors, operationele versterkers of timer-IC's zoals de 555-timer.
Soorten multivibratoren
Astabiele Multivibrators
Een astabiele multivibrator heeft geen stabiele uitgangstoestand. Zodra er stroom wordt aangelegd, blijft hij schakelen tussen HOOG en LAAG zonder dat er een trigger nodig is. Dit maakt het een vrijlopende oscillator.
De werking ervan wordt geregeld door een condensator-weerstandnetwerk. De condensator laadt en ontlaadt in de loop van de tijd. Wanneer de spanning een bepaald niveau bereikt, verandert de uitgang van toestand. Deze cyclus herhaalt zich en produceert een continue vierkante of rechthoekige golf. De schakelsnelheid hangt af van de RC-waarden, en de duty cycle is afhankelijk van de laad- en ontlaadpaden.
Monostabiele multivibrators
Een monostabiele multivibrator heeft één stabiele toestand en één tijdelijke toestand. Hij blijft in zijn normale staat totdat hij een triggersignaal ontvangt. Daarna verandert hij van toestand voor een bepaalde periode en keert daarna terug naar zijn stabiele toestand.
Deze timing wordt geregeld door een weerstand en een condensator. Zodra deze is geactiveerd, begint de condensator op te laden of te ontladen. Wanneer de spanning een bepaalde drempel bereikt, schakelt het circuit terug naar de oorspronkelijke toestand. Omdat elke trigger één enkele uitgangspuls produceert, wordt dit type ook een eenmalige schakeling genoemd.
Bistabiele multivibrators
Een bistabiele multivibrator heeft twee stabiele uitgangstoestanden. Het schakelt niet vanzelf aan of keert niet terug naar een standaardtoestand. Hij blijft in één toestand totdat een ingangssignaal hem aangeeft te veranderen.
Dit type gebruikt positieve feedback om zijn huidige toestand te behouden. Invoer zoals Set, Reset, of Toggle regelt wanneer de output verandert. Omdat er geen automatische timingactie is, blijft de uitgang in zijn huidige toestand totdat er een andere invoer arriveert.
Multivibratorwerking en timing
Alle multivibrators werken volgens twee basisprincipes: positieve feedback en een timingnetwerk. Positieve terugkoppeling helpt het circuit sterk in een van twee uitgangstoestanden te bewegen. Het timingnetwerk, vaak gemaakt met een weerstand en een condensator, helpt bepalen wanneer de uitgang van de ene naar de andere toestand moet veranderen.
In veel multivibratorcircuits laadt of ontlaadt de condensator door weerstanden in de loop van de tijd. Naarmate de spanning stijgt of daalt, volgt het een exponentiële kromme in plaats van in een rechte lijn te veranderen. Wanneer die spanning een bepaalde drempel bereikt, schakelt het circuit van toestand. Positieve feedback versterkt vervolgens de nieuwe toestand en bereidt het circuit voor op de volgende verandering.
Hoe werkt RC-timing?
• Een condensator laadt of ontlaadt via een of meer weerstanden.
• De condensatorspanning verandert exponentieel.
• Wanneer de spanning een drempelniveau bereikt, schakelt de uitgang om.
• Positieve feedback helpt het circuit in zijn nieuwe staat te vergrendelen.
• De cyclus gaat vervolgens verder op basis van het circuittype.
Belangrijkste timing- en golfvormtermen
• Pulsbreedte (TON of TOFF) - de duur dat de uitgang in één toestand blijft
• Periode (T) - de tijd die nodig is voor één volledige cyclus
• Frequentie (f) - het aantal cycli per seconde
• Duty cycle (D) - het percentage van één cyclus waarin de output HOOG blijft
• Opgaande rand - de overgang van LAAG naar HOOG
• Falling edge - de overgang van HOOG naar LAAG
Basisformules
• Frequentie:
f = 1 / T
• Duty cycle:
D = (T_HIGH / T) × 100%
Multivibratorcircuit-implementaties
Logic-gate multivibrators
• Gebouwd met NAND-, NOR- of inverterpoorten
• Gebruik RC-timingonderdelen om het schakelen te bedienen
• Outputs produceren die overeenkomen met digitale logicaniveaus
• Passen goed in schakelingen die al logische IC's gebruiken
Transistor multivibrators
• Gebouwd met transistors, weerstanden en condensatoren
• Toon elke schakelfase directer
• Flexibel circuitontwerp mogelijk maken
• Kan worden ingericht voor verschillende spannings- of stroomcondities
Op-amp en comparator multivibrators
• Gebruik op-amps of comparators met positieve feedback
• RC-netwerken opnemen om de timing te regelen
• Kan sterke veranderingen in de uitgangsspanning veroorzaken
• Goed werken met analoge signaalcircuits
555 timer multivibrators
• Gebruik de 555 timer IC in astabiele of monostabiele modus
• Slechts een klein aantal externe componenten nodig
• Eenvoudige en stabiele timingregeling bieden
• Ondersteunt een breed scala aan pulsbreedtes en frequenties
555 Timer Multivibratorontwerp
Interne drempelniveaus
• Lagere drempel: 1/3 VCC
• Bovenste drempel: 2/3 VCC
• De condensatorspanning beweegt tussen deze twee niveaus om het schakelen te regelen
555 astabiele configuratie
In astabiele modus wisselt de 555 tussen HOOG en LAAG zonder externe trigger-ingang. Deze actie wordt ingesteld door twee weerstanden, R1 en R2, en één condensator, C. De condensator laadt door beide weerstanden en ontlaadt via één, waardoor een herhalende uitgangsgolf ontstaat.
Astabiele timingformules
• HOGE tijd: t1 = 0,693 (R1 + R2) C
• LAGE tijd: t2 = 0,693 (R2) C
• Punt: T = t1 + t2 = 0,693 (R1 + 2R2) C
• Frequentie: f = 1 / T
555 monostabiele configuratie
In monostabiele modus blijft de 555 in één stabiele toestand totdat hij een triggerpuls ontvangt. Wanneer de triggerspanning onder een derde van VCC daalt, wordt de uitgang HOOG en begint de timingcondensator via weerstand R op te laden. Wanneer de condensatorspanning tweederde van VCC bereikt, keert de uitgang terug naar LAAG.
Dit creëert één puls voor elk triggersignaal. De pulsbreedte hangt af van de waarden van de weerstand en condensator die voor het timingnetwerk zijn gekozen.
Voordelen van het gebruik van de 555
• Gebruikt slechts een klein aantal externe onderdelen
• Biedt een stabiele en voorspelbare timing
• Ondersteunt een breed scala aan pulsbreedtes en frequenties
• Werkt in zowel astabiele als monostabiele modi
• Maakt timingontwerp eenvoudiger door vaste interne drempels
Multivibratortoepassingen
Klok- en tijdscircuits
Multivibrators worden vaak gebruikt om herhalende timingsignalen en gecontroleerde vertragingen te creëren. Deze signalen helpen schakelingen op regelmatige intervallen te schakelen of een bepaalde tijd te wachten voordat ze van toestand veranderen.
Visuele Signaleringscircuits
Ze worden ook gebruikt in visuele signaleringscircuits waarbij een uitgang moet knipperen, knipperen of wisselen in een herhaald patroon. Dit maakt ze nuttig voor lichtgebaseerde timing en statusindicatie.
Audio- en waarschuwingscircuits
Multivibrators kunnen herhalende pulsen genereren die worden gebruikt in geluidsproducerende circuits. Door de schakelsnelheid te regelen, helpen ze om stabiele waarschuwings- of toonsignalen te creëren.
Signaalconditioneringscircuits
Bij signaalverwerking helpen multivibrators om ingangssignalen te vormen en te regelen. Ze kunnen onstabiele veranderingen opschonen, korte pulsen verlengen of een uniformer uitgangssignaal creëren.
Logica en Toestandscontrole
Sommige multivibrators worden gebruikt om een van twee uitgangstoestanden vast te houden totdat een nieuwe ingang deze verandert. Dit maakt ze nuttig in schakelingen die eenvoudige toestandsbesturing, opslag of herhaald tellen vereisen.
Voordelen en beperkingen van multivibrators
| Voordelen | Beperkingen |
|---|---|
| Eenvoudige schakelingstructuur met een klein aantal componenten | RC-gebaseerde timing kan afwijken door componenttoleranties, temperatuur- of toevoerveranderingen |
| Flexibele werking voor oscillatie, pulsgeneratie of toestandsopslag | Geluidsruige triggersignalen kunnen leiden tot valse schakeling of onstabiele uitgangsveranderingen |
| Kan worden gebouwd met transistors, logische poorten, op-amps, comparators of een 555-timer | Zeer nauwkeurige timing kan precisieonderdelen of een speciaal tijdsschakeling vereisen. |
| Werkt goed voor timing-, schakel- en pulsregelcircuits | Uitgangsbelasting kan de golfvormvorm of timing in sommige schakelingen beïnvloeden |
Conclusie
Multivibrators zijn eenvoudige schakelingen die worden gebruikt voor timing, pulsgeneratie en toestandsregeling. Astable, monostable en bistable types werken elk op een andere manier, maar zijn allemaal afhankelijk van het schakelen tussen twee uitgangstoestanden. Hun gedrag wordt gevormd door positieve feedback en RC-timing. Met verschillende schakelingvormen, 555-timerontwerpen, toepassingen en ontwerppunten blijven multivibrators een nuttig onderdeel van elektronische schakelingen.
Veelgestelde Vragen [FAQ]
Is een vierkante golf hetzelfde als een rechthoekige golf?
Nee. Een vierkante golf heeft gelijke HOGE en LAGE tijden. Een rechthoekige golf heeft ongelijke HOGE en LAGE tijden.
Waarom wordt positieve feedback gebruikt in een multivibrator?
Positieve feedback helpt de schakeling snel te schakelen en stabiel te blijven in zowel HOGE als LAGE toestand.
Wat doet het vervangen van de condensator in een multivibratorcircuit?
Het verandert de timing. Een grotere condensator zorgt ervoor dat het circuit langzamer schakelt. Een kleinere condensator zorgt ervoor dat hij sneller schakelt.
Kan een multivibrator meer dan één golfvorm produceren?
Ja. De hoofduitgang is een schakelgolfvorm, maar de condensatorspanning kan een stijgende en dalende golfvorm aangeven.
9,5 Waarom is de voedingsspanning belangrijk in een multivibrator?
De voedingsspanning beïnvloedt schakelniveaus en timing. Als het verandert, kan ook de uitvoertiming veranderen.
Is elke multivibrator een oscillator?
Nee. Alleen een astabiele multivibrator werkt als oscillator omdat hij continu vanzelf schakelt.
