Multivibratori. Si suddividono in: Bistabili Astabili (oscillatori a rilassamento) Monostabili

Transcript

1 Elttronica - anzoni Multiibratori Si dfiniscono multiibratori i circuiti in grado di gnrar transizioni di alcun grandzz tnsioni o corrnti con tmpi di commutazion di durata br risptto al priodo. Pr qusta ragion ngono anch dnominati circuiti a scatto. Si suddiidono in: Bistabili Astabili oscillatori a rilassamnto Monostabili

2 Elttronica - anzoni Multiibratori Bistabili O D / O I / I I D O I D Analizziamo il circuito di figura. In sso, la rtroazion è portata all ingrsso non inrtnt dll oprazional. Ottniamo ch ipotizzando ch la FD dll oprazional ad anllo aprto sia una funzion a singolo polo, la FD dl circuito in rtroazion è ancora a singolo polo ma ral positio. Quando l oprazional si troa a laorar nlla zona ad alto guadagno si ha quindi un innsco sponnzial ch prdura finchè l uscita non raggiung la saturazion positia o ngatia. Qusto significa ch, s sist intrszion tra la rtta corrispondnt alla rt di rtroazion la carattristica dll oprazional nl tratto ad alto guadagno, il punto di laoro è instabil. A sconda dl alor di I sistono altr una o du intrszioni fra qust cur, ch risultano stabili in quanto l intrszioni angono nl tratto dlla carattristica dll oprazional a guadagno nullo.

3 Elttronica - anzoni Multiibratori Bistabili a O O b I I c V H V - E chiaro quindi ch il circuito laorrà smpr con l uscita dll oprazional satura a alor positio ngatio. Vdiamo com cambia il alor dll uscita al ariar di I. ipotizziamo ch I sia comprsa fra -. In qusto caso, l uscita non sappiamo s sia a o -, ma possiamo crto dir ch il sgnal in ingrsso è ininflunt sullo stato dl circuito. Infatti ariando I ntro qusti limiti, la tnsion diffrnzial di ingrsso D risulta comunqu dllo stsso sgno dll uscita O quindi il circuito riman nllo stato in cui si troa. ipotizziamo ora ch I aumnti supri il alor : in qusto caso ci sono du possibilità a sconda dl alor di O prima di tal nto: a il circuito si troaa a O -. In qusto caso un aumnto di I non fa altro ch diminuir ultriormnt D quindi l uscita riman al alor -. b Il circuito si troaa a O. in qusto caso inc, una olta suprato il alor, la tnsion D passa da positia a ngatia quindi l uscita scatta a O - i prman anch s la I continua a crscr o s diminuisc al di sotto di rimanndo > -. 3 Il mccanismo risulta simmtrico pr i ngati infriori a - In pratica qusto circuito si comporta com un comparator con istrsi, con intrallo di istrsi pari a [ -, ]. N.B. o stato di un multiibrator bistabil dipnd dalla storia passata dl sgnal in ingrsso. Il bistabil può quindi ssr isto anch com un lmnto di mmoria. 3

4 Elttronica - anzoni Multiibratori Bistabili i O V V H i O - V V H Un circuito con funzionamnto dl tutto simil al prcdnt ma con carattristica non inrtnt è qullo riportato in figura. In qusto caso il confronto fra l tnsioni d ssr fatto confrontando la tnsion al morstto non inrtnt la massa. a prima risulta: Com nl caso prcdnt, pr ottnr l sogli di scatto dobbiamo imporr D 0 in qusto caso quial a 0 in corrispondnza dll situazioni O - O. Pr smpio nl primo caso ottniamo: O I I V VH VH 0 H In qusto caso, s l uscita è bassa, lo scatto arrà quando la tnsion di ingrsso supra il alor / - positio. o scatto portrà l uscita a. 4

5 Elttronica - anzoni Comparator con istrsi riggr di Schmitt V IN _ V outc V th V th- V IN V outc V outci _ V outci V IN Un circuito com qullo appna dscritto è molto util quando si dbbano contar l transizioni pr un soglia di un sgnal con sorapposto dl rumor. In qusti casi, rilando l transizioni con un normal comparator, c è la possibilità di contar più olt la stssa transizion. Una soluzion a qusto problma consist appunto in un bistabil con istrsi pari ad almno il alor picco-picco dl rumor sorapposto. DI solito i comparatori con istrsi sono dnominati riggr di Schmitt. 5

6 Elttronica - anzoni Multiibratori astabili Sono circuiti a scatto ch in assnza di qualsiasi ingrsso producono oscillazioni di rilassamnto Bistabil inrtnt A diffrnza dl multiibrator bistabl, l astabil non ha nssun punto di riposo stabil. Pr ottnr un multiibrator astabil si rtroaziona un bistabil inrtnt con una rt C. Il funzionamnto dl circuito risulta intuitio sgundo l form d onda al morstto inrtnt ingrsso dl bistabil inrtnt dll uscita. Supponiamo inizialmnt - 0V O. In qusta situazion, il nodo - si carica sgundo una cura sponnzial di carica dlla capacità C attrarso la rsistnza. la carica prdura finchè la tnsion su - non supra. A qusto punto la tnsion diffrnzial diin ngatia quindi il bistabil scatta a O -. Il condnsator comincia a scaricarsi con un transitorio ch ha pr alor asintotico -. Il transitorio dura finchè - non raggiung -. Quando - diin minor di -, tnsion diffrnzial ritorna ad ssr positia, l uscita scatta a d il ciclo ricomincia. Il priodo dl sgnal di uscita può ssr calcolato com somma dll du durat di transitori di carica scarica. la 6

7 7 Elttronica - anzoni Astabili:calcolo dl priodo ln / C con t ln / C con t S - - ln Pr il calcolo dl priodo di oscillazion farmo uso dlla bn nota formula ch sprim il transitorio di carica o scarica di una capacità C attrarso una rsistnza da un alor inizial di tnsion V SA ad un alor final V END : Smipriodo Qusto smipriodo si apr con la tnsion - al alor - corrispondnt al alor dlla tnsion sulla capacità C al momnto dllo scatto dll uscita dll oprazional da basso ad alto. Il alor final, s null altro succdss sarbb il alor di V o durant qusta fas oro. a durata di qusto smipriodo si calcola uguagliando - t al alor di scatto dll uscita da alto a basso, oro. Ottniamo quindi : Smipriodo Con procdimnto analogo si troa ch: C con V V V t SA END END C con t t ln ln

8 Elttronica - anzoni Multiibratori Monostabili B t V C3 V C ln D D t C 3 3 I multiibratori monostabili sono circuiti ch prmttono di gnrar un impulso di durata fissa a partir da un nto triggr ch può ssr rapprsntato dal front di discsa salita di un sgnal. Un circuito di qusto tipo è riportato in figura. Pr capirn il funzionamnto crchiamo di analizzarn il punto di riposo prima dll nto di triggr. A qusto scopo, pr il momnto ignoriamo la rt C, 4, D. Il circuito assomiglia molto ad un astabil con la ariant dl diodo D in paralllo a C. Qusto lmnto blocca la carica dl condnsator quando, durant il transitorio di salita, la tnsion sul condnsator supra la soglia dl diodo. Quando il diodo si accnd, tutta la corrnt ch fluisc su 3 circola sul diodo quindi la carica dl condnsator si arrsta a V B V γ. a situazion di riposo d quindi: V O, V B V γ, V C, V E - V γ Applichiamo ora un front di discsa al nodo di triggr. S l impulso è tal da portar il nodo C ad un alor infrior a qullo dl nodo B ch è a tnsion V γ, l oprazional scatta a V O -. Incomincia ora il transitorio di scarica di V B ch prdura fino allo scatto di V O ch torna a quando la tnsion sul nodo B raggiung -. a durata di qusto priodo si calcola in modo analogo a quanto fatto pr il smipriodo dll astabil, con l unica diffrnza ch la tnsion V Start è in qusto caso V γ. N.B. durant il transitorio il diodo D è spnto quindi V C - 8

9 Elttronica - anzoni Il timr NE555 Configurazion monostabil Vth /3 Vcc Vtl /3 Vcc C V CC t C C ln 3.C Il circuito intgrato NE555 prmtt di ralizzar tramit opportun connssioni strn qualch componnt passio, dirs funzioni fra cui la gnrazion di impulsi di durata fissa monostabil la gnrazion di form d onda priodich astabil. Monostabil a configurazion monostabil riportata in figura prmtt di gnrar un impulso usando com triggr una transizion alto-basso sull ingrsso inrtnt dl comparator. Com nl caso prcdnt analizziamo qual è la configurazion di riposo. I nodi V H V sono rispttiamnt a /3 V CC /3 V CC. Ipotizziamo inizialmnt la V O 0V Q. uscita /Q dl flip-flop S è quindi alta, il transistor Q è accso d il nodo V C è circa a massa. uscita dl comparator è quindi bassa, com anch qulla dl comparator il cui ingrsso - triggr è alto. S qust ultimo nodo ha una transizion alto-basso, l uscita dl comparator a alta stta il flop-flop. V O a alta mntr /Q a bassa, il transistor si spgn il condnsator comincia a caricarsi attrarso. a carica si intrromp quando V C supra V H facndo scattar il comparator ch rstta il flip-flop ripristina l condizioni iniziali. a durata dll impulso sull uscita si calcola con l sprssion dl transitorio di carica assumndo V SA 0V, V SOP V CC d imponndo la tnsion di scatto pari a V H. 9

10 Elttronica - anzoni Il timr NE555 Vth /3 Vcc Configurazion Astabil Vtl /3 Vcc H : : C C V V CC H V t C CC B V t C A B H Duty Cycl 0.69 C A A B B A B NE555 può ssr configurato pr gnrar un sgnal onda rttangolar astabil Assumiamo V O V CC d inizialmnt il condnsator scarico. uscita dl comparator è bassa, mntr qulla dl comparator è alta. /Q risulta basso quindi il transistor è spnto la capacità si carica attrarso la sri A B rso il alor asintotico V CC. Durant la carica V C raggiung prima V, snza ch qusto faccia scattar il flip-flop il st a basso poi V H. Quando qusto accad, l uscita dl comparator a alta, il flip-flop scatta rst Q si accnd. Il condnsator comincia ora a scaricarsi rso massa attrarso B. a scarica prdura finchè V C non raggiung V. Quando qusto accad il flip-flop si stta, Q si spgn si torna all condizioni iniziali trann pr il alor di V C ch ora è V. 0