KC Don Bosco epeTehniko-obrtnika kolaepe, Stjepana Radia bb

Zavrni rad iz elektronikih sklopovaMultivibratori

Mentor: Uenik:Dubravka Juki, dipl. ing. Irena Mostarac, IV.m

epe, svibanj, 2014.

Sadraj1. Uvod.....22. Bistabilni multivibrator.........3 2.1. SR-bistabil......4 2.2. Upravljani SR-Bistabil...5 2.3. D-bistabil6 2.4. JK-bistabil...63. Monostabilni multivibrator...8 3.1. Primjena integriranih monostabila za generiranje impulsa9

4. Astabilni multivibrator...10 4.1. Integrirani astabil..11 4.2. Generiranje impulsa pomou logikih sklopova..125. Kljuni pojmovi..136. Prilozi i dodatci..147. Zakljuak168. Popis literature....17

1. Uvod Multivibratori su sekvencijski sklopovi s dva razliita stanja. Sastoje se od dva tranzistora, otpornika, te mogu sadravati kondenzatore. Budui da su multivibratori sekvencijski sklopovi, vrijednost izlaza ovisi o prethodnom stanju i o kombinaciji ulaza. Kao takvi moraju imati povratu vezu. Povratna veza je nainjena povezivanjem izlaza jednog tranzistora na ulaz drugog. Za multivibratore je karakteristino to mogu biti u dva razliita stanja. Dok jedan tranzistor na izlazu daj vrlo mali napon(napon zasienja, 0), drugi e davati vrlo visok napon(napon napajanja, 1). Drugo stanje je obrnutno. Promjena tih stanja se dogaa vrlo brzo te se zbog toga nazivaju impulsnim sklopovima. U povratnoj vezi se moe nai otpornik ili kondenzator. Ovisno to je u povratnoj vezi stanje multivibratora e biti stabilno ili kvazistabilno. Stabilno je ono stanje koje je mogue promijeniti samo djelovanjem odgovarajueg signala na pripadni ulaz. Kvazistabilno stanje je stanje koje multivibrator naputa bez djelovanja vanjskog signala.

Na temelju moguih stanja razlikujemo 3 vrste multivibratora: bistabil-ima oba stanja stabilna,monostabil-ima jedno stabilno i jedno kvazistabilno stanje,astabil-ima oba kvazistabilna stanja.

Svi navedeni multivibratori se mogu izvesti preko logikih sklopova. Meutim, u praksi se najvie koriste integrirane izvedbe. Integrirani sklopovi se mogu jo koristiti i kao monostabilni i kao astabilni, te se takvi sklopovi zovu vremenski sklopovi.

Slika 1.0. Naelna shema multivibratora

2. Bistabilni multivibrator Bistabilni multivibrator, krae bistabil, je multivibrator s oba stabilna stanja izlaza. Veza izmeu ulaza i izlaza tranzistora je nainjena preko otpora. Dva stanja koja bistabil moe dati se oznaavaju binarno 0 i 1. Kada je na izlazu Q1 napon koji odgovara logikoj jedinici, tada je na izlazu 1. Dok je na izlazu Q2 logika nula, te je na izlazu 0. Kada je na izlazu Q1 logika 0, onda je na Q2 logika 1. Kako je Q2 izlaz suprotan od Q1, Q2 se naziva komplementiranim izlazom bistabila. Svaki bistabil ima vie izlaza preko kojih se moe djelovati na eljeno stanje. Djelovanje ulaza prikazuje se u tablicama stanja. Staro stanje bistabila oznaava se sa Qn, a novo stanje sa Qn+1. Kako bi dolo do promjene stanja mora doi vanjski signal. Bistabili se upotrebljavaju kada je poteban sklop sa dva stabilna stanja koji odreuju dva razliita nain rada ureaja. Najveu primjenu imaju u digitalnoj elektornici gdje u obliku raznih integriranih izvedbi skue kao memorije, brojila

Slika 2.0. Bistabilni multivibrator

2.1. SR-bistabil Kako bi se dogodila promjena izlaza na bistabilu potrebno je dovesti impuls. Najjednostavnije je djelovati na bazu tranzistora u kojem nema protoka struje. Promjena se vri istosmjenim pozitivnim naponom, te se ti ulazi nazivaju statikim ili izravnim. Najee se oznaavaju sa S i R (kao na slici 2.10.).

Slika 2.10. SR-bistabil Dovoenjem impulsa na bazu tranzistora koji ne vodi, tranzistor e prei u zasienje. To e preko otpornika (R2 ili R4) djelovati na bazu susjednog tranzistora i dovesti ga u podruje zapiranja. Nova promjena e se dogoditi samo ako se dovede impuls na drugi tranzistor. Ako se istovremeno dovede impuls na oba tranzistora, jedan e uvijek prije povesti i blokirati drugi. Budui da se ne moe znati koji e prvi doi u stanje vodstva, vrijednosti 1 na oba ulaza su zabranjene.

Bistabilni sklop se moe prikazati i preko logikih sklopova, tj. Preko NILI sklopova (kao na slici 2.11. a)). Ulazi bistabila su oznaeni sa S i R, te se promjena vri prema tablici na slici 2.11. c).UlaziIzlazi

RSQ1Q2

00Q1n-1Q2n-1

0110

1001

11**

a) b) c)Slika 2.11. SR-bistabil izveden preko NILI sklopova: a) logika shema, b) simbol, c) tablica stanja

2.2. Upravljani SR-bistabil Kako bi se mogao sinkronizirati rad bistabila potrebno je imati, osim ulaza S i R, jo i ulaz na koji e se dovoditi impulsi za upravljanje. Takvi impulsi se nazivaju upravljakim impulsima, a oznaavaju se sa CP(eng. clock pulse). Bistabili koji imaju ulaz za upravljake signale se nazivaju upravljani bistabili. Upravljaki sklop upravljanog bistabila je izraen preko logikih I-sklopova(slika 2.20.). Takav sklop vri dozvolu ili zabranu pristupa S i R ulazima. Bez obzira to je na ulazim S i R, ako je na ulazu CP 0, nee se dogoditi promjena. Do promjene moe doi samo kada je prisutan signal CP, te e se rad odvijati prema tablici na slici 2.21.

UlaziIzlazi

CPSRQ1Q2

0Q1n-1Q2n-1

100Q1n-1Q2n-1

10101

11010

111

Slika 2.20. Upravljani bistabil preko I-skolopova Slika 2.21.Tablica rada upravljanog bistabila

2.3. D-bistabilUlaziIzlazi

DRSQ1Q2

01001

10110

D-bistabil je pojednostavljena verzija RS-bistabila. Za vrijeme djelovanja impulsa CP se dogaaju promjene. Na slici 2.30. se moe vidjeti da na ulaz S dolazi signal, dok na ulaz S dolazi taj isti signal negiran. D-bistabil ne vri logiku funkciju, nego ima ulogu sklopa za kanjenje signala, u tablici(slika 2.31.) se moe vidjeti da su vrijednosti izlaza jednake vrijednostima na ulazu. Koristi se iskljuivo zbog toga to svakom signalu treba odreeno vrijeme za prolazak kroz sklop.

Slika 2.30. D-bistabil Slika 2.31. Tablica rada D-bistabila

2.4. JK-bistabil Kod RS-bistabila se promjena stanja vrila djelovanjem impulsa na bazu tranzistora. Zbog toga je zabranjeno dovoditi istovremeno impulse na oba tranzistora. Kod JK-bistabila se impuls dovodi na izlaz, tj. kolektor tranzistora. To automaski omoguuje pojavu impulsa na oba ulaza.Djelovanje na izlaz se vri preko kondenzatora. JK-bistabil radi drugaije samo za situaciju obje jedinice na ulazu, u svim ostalim sluajevima radi kao RS-bistabil.UlaziIzlazi

JKQ1Q2

00Q1n-1Q2n-1

0101

1010

11Q2n-1Q1n-1

Slika 2.40. JK-bistabil (Izvedba preko logikih sklopova) Slika 2.41. Tablica rada JK-bistabila

Slika 2.42. JK-bistabil

3. Monostabilni multivibrator Monostabilni multivibrator, krae monostabil, ima jedno stabilno i jedno nestabilno stanje. Tu nestabilnost unosi kondenzator koji se nalazi u jednoj povratnoj vezi. Kako bi se dogodil promjena iz stabilnog stanja potrebna je vanjska pobuda, dok se iz kvazistabilnog stanja sklop sam vraa u prvobitno stanje. Monostabil se najee koriti za kanjenje impulsa, tj. od impulsa dugog trajanje je mogue dobiti krai i obrnuto. Integrirani monostabili se prema djelovanju vanjskih impulsa mogu podijeliti u dvije skupine: monostabil bez svojstva ponovnog okidanja monostabil sa svojstvom ponovnog okidanja. Kod monostabila bez svojstva ponovnog okidanja pri dovoenju novog signala, za vrijeme trajanja kvazistabilnog stanja nee se dogoditi nikakva promjena, tj. signal nee djelovati na monostabil. Taj signal e djelovati tek po prestanku kvazistabilnog stanja. Kod monostabila sa svojstvom ponovnog okidanja kada impus doe za vrijeme trajanje kvazistabilnog stanja, to stanje e se produavati.

Slika 3.0. Monostabilni multivibrator

3.1. Primjena integriranih monostabila za generiranje impulsa Budui da monostabil ima jedno kvazistabilno stanje, a astabil 2 takva, dolo se na ideju kako je mogue od dva monostabila nainiti astabil. Najpogodnije je da takvi monostabili budu u jednom kuitu. Kada se dva monostabila uveu moe se svako od kvazistabilnih stanja posebno mjenjati. Trajanje tih stanja ovisi o elementima R i C. Preostali ulazi se mogu koristiti za star-stop bitove.

4. Astabilni multivibrrator

Astabilni multivibrator, krae astabil, je sklop kojem su oba stanja kvazi stabilna. To znai da mu se stanja izlaza neprekidno mjenjaju bez da mu je potrebna pobuda. Promjenuje se kao generator pravokutnih impulsa.

Slika 4.0. Astabilni multivibrator Ako astabili dodamo jo jedan tranzistor i nekoliko dodataka, astabil se moe koristiti i za generiranje pilastog napona (slika 3.1.). Pilasti napon ima jako veliku primjenu u elektronici. Koristi se npr. u osciloskopima zadobivanje vremenske baze.

Slika 3.1. Astabil za generiranje pilastog napona

4.1. Integrirani astabil Integrirani astabil je astabil kojemu se izvana dodaje kondenzator(slika 4.11. a)) ili kristal kvarca(slika 4.11. b)). Samim tim se dobivaju naponski upravljani oscilatori. Fino podeavanje frekvencije se moe dobiti promjenom napona od 0V do napona Ucc.

a) b) Slika 4.11. Integrirani astabil (74LS124): a) sa kondenzatorom, b) s kvarcom

Integrirani astabil 74LS124 u kuitu sadri dva identina astabila kojisu meusobno neovisni. Svaki astabil ima dva naponsi osjetljiva ulaza FRQ i RNG, te jedan logiki upravljani ulaz EN. Stanje 0 na ulazu EN, omoguuje rad oscilatora, a stanje 1 zabranjuje rad.

4.2. Generiranje impulsa pomou logikih sklopova Za generiranje impulsa preko logikih sklopova vrlo su pogodni invetorski logiki sklopovi sa Schmittovim okidnim sklopovom na ulazu (slika 4.21.). Rad sklopa je prikazan na dijagramu (slika 4.22.).

Slika 4.21. Invetorski sklopovi sa Slika 4.22. Dijagram rada logikog sklopa za Schmittovim okidnim sklopom generiranje impulsa

Kada se sklop tek ukljui kondenzator je prazan. Zbog negacije u sklopu toka UR e imati vrijednost 1, te samim tim e imati i vii potenijal od toke UC. U povratnoj vezi je otpornik R kroz koji e proi struja usljed razlike potencijala. Ta struja e puniti kondenzator . Kako se vrijednost napona na kondenzatoru poveava, struja e se smanjivati. Nakon odreenog vremena vrijednost na ulazu UC e iz 0 prei u 1, samim tim e se dogoditi promjena i u toki UR iz 1 u 0. Budui da je u tom trenutku pozitivnija toka UR dogodit e se protok struje od toke UR do toke UC. Kondenzator C e se praziti i smanjit e se napon na toki UR. Kada dostigne vrijednost 0 vrijednosti se mijenjaju i poces se tako stalno ponavlja u krug. irana impulsa i sama frekvencija astabila ovise iskljuivo o odabranim elementima R i C te naponskim nivoiam logike 0 i logike 1. Zbog toga je kod integriranih izvedbi ostavljena mogunost vanjskog prikljuenja R i C.

5. Kljuni pojmovi 1. Multivibratori su impulsni sklopovi koji mogu biti u dva razliita stanja.Stabilno stanje je stanje multivibratora koje se moe promjeniti samo vanjskom pobudom.Nestabilno (kvazistabilno) stanje je stanje multivibratora koje multivibrator mjenja bez vanjskog djelovanja 2. Bistabilni multivibrator (bistabil) je multivibrator koji ima oba stanja stablna.RS-bistabil je bistabil kojemu su ulazi oznaeni sa R i S, te kod kojeg nije doputeno na oba ulaza dovesti istovremeno 1.Upravljani RS-bistabil je posebna vrsta bistabila koji ima poseban ulaz za impuls ritma koji upravlja s radom bistabila, tj. hoe li signal biti prihvaen ili ne.D-bistabil je upravljani bistabil s jednim sinkonim ulazom ije se stanje s ulaza prenosi na izlaz.JK-bistabil je upravljani bistabil s ulazima J i K na koje istovremeno mogu biti dovedene jedinice, a stanje e se mjenjati u skladu s takt impulsom bez obzira na prethodno stanje. 3. Monostabilni multivibrator (monostabil) je multivibratori sa jednim stabilnim i jednim nestabilnim stanjem.Monostabil bez svojstva ponovnog okidanja je monostabil kod kojeg se promjena ne moe dogoditi djelovanjem na multivibrator u kvazistabilnom stanju.Monostabil sa svojstvom ponovnog okidanja je monostabil kod kojeg se djelovanjem na multivibrator u kvazistabilnom stanju to stanje produava. 4.Astabilni multivibrator (astabil) je multivibrator kod kojeg su oba stanja kvazistabilna.Integrirani astabil je atsabil kojem se s vanjske strane dodaje kondenzator ili kristal kvarca.Schmittov okidni sklop je sklop s dva stabilna stanja do ije promjene dolazi razliitim naponskim razinama.

6. Prilozi i dodatciPromjena stanja JK-bistabila pri istodobnom djelovanju na oba ulaza (pokus)U bistabilnom multivibratoru su sljedee vrijednosti: R1=R3=22k,R2=R4=5,6k,R5=R6=10k,RC1=RC2=1k,Tr1=Tr2=BC107BP,D1=D2=D3=D4=1N4148Ucc=6VPotrebno je izraunati vrijednosti svih struja u sklopu i iznose izlaznih napona.

Slika 6.0 Izgled spajanja sheme UCE1 = UCEzasUCEzas = (0.1-0.3)V za silicijske tranzistoreUBEzas = UCEzas R2 / (R1 + R2) = 0.045V 0VTr2 je u zapiranjuUCE2 = UCC (UCC UBEzas) [RC2 / (RC2 + R3) ]= 5.77VTr1 ima struju zasienjaIB1 = (UCC UBEzas) / (RC2 + R3) UBEzas / R4 = 0.000125A IBzasIC1 = (UCC UCEzas ) / RC1 = 0.00578A = ICzasUz uvjet da je IBzas > ICzas / hFE

U drugom stabilnom stanju je Tr1 u zapiranju, a Tr2 u zasienju pa je:UCE = UCEzasUBE1 = UCEzas R4 / (R3 + R4) = 0.045V 0VUCE1 = UCC (UCC UBEzas) [RC1 / (RC1 + R1)] = 5.77VIB2 = (UCC UBEzas) / (RC1 + R1) UBEzas / R2 = 0.000125A IBEzasIC2 = (UCC UCEzas) / RC2 = 0.00578A

Slika 6.1 Izgled promjene kod JK-bistabil pri istodobnom djelovanju na oba ulaza

7. Zakljuak Ako imamo istodobno djelovanje impulsa na oba ulaza, kod JK-bistabila e se svaki put promijeniti stanje. Ta promjena se vidi ako snimimo izgled ulaza (slika 6.1). Kada se u takav sklop postave komponente koje imaju jednaku vrijednost za svaki svoj odreeni par (npr. R1 i R3 ili RC1 i RC2) vrijednosti izlaznih struja i napona e na oba tranzistora biti jednake. To bi znailo da tranzistor Tr1 u zasienju e imati sve vrijednosti jednake kao i Tr2 u zasienju. Takav odnos je i u stanju zapiranja.

8. Popis literature

Knjige: -Furi, Nediljka, Elektroniki sklopovi, Neodidacta, Zagreb, 2009. -Paunovi, Stanko, Digitalna elektronika, kolska knjiga, Zagreb, 1999.Internet: - www.enciklopedija.hr ( http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=42394 ), 21.04.2014.

Datum predaje rada:________________

Datum obrane rada:________________

Komentar:

Ocjena: ________________

1