Multivibratörler

Bireysel sıralı mantık devreleri, Multivibratörler, sayaçlar, vardiya kayıtları, mandallar ve anılar gibi daha karmaşık devreler oluşturmak için kullanılabilir.
Ancak bu tür devrelerin “sıralı” bir şekilde çalışması için, durumlarını değiştirmelerine neden olmak için bir çeşit saat darbesi veya zamanlama sinyalinin eklenmesini gerektirirler. Saat darbeleri genellikle bir Multivibratör gibi tek bir atım jeneratörü devresi tarafından üretilen sürekli kare veya dikdörtgen şekilli dalga şeklidir.

Bir multivibratör devresi, “yüksek” bir durum ile “düşük” bir durum arasında salınır ve sürekli bir çıkış üretir. Astable (kararsız) multivibratörler genellikle %50’lik bir görev döngüsüne sahiptir, yani döngü süresinin %50’si çıkış “yüksek” ve döngü süresinin kalan %50’si çıkış “kapalı”dır. Başka bir deyişle, astable zamanlama darbesi için görev döngüsü 1:1’dir.

Senkronizasyon için bir saat sinyali kullanan sıralı mantık devreleri, anahtarlama eylemlerini etkinleştirmek için frekansa ve dolayısıyla saat darbe genişliğine bağlıdır. Sıralı devreler, daha önce temel flip-flop devrelerinde gördüğümüz gibi, yükselen kenarı, düşen kenarı veya saat sinyalinin her iki kenarını kullanarak anahtarlama durumlarını da değiştirebilir. Aşağıdaki liste genellikle bir zamanlama darbesi veya dalga formu ile ilişkili terimlerdir.

Aktif yüksek (Active HIGH)– durum değişikliği, saatin nabzının yükselen kenarında veya saat genişliği boyunca “düşük” den “yüksek” e gerçekleşirse.
Aktif düşük (Active LOW)– durum değişikliği, saatin darbelerinin düşen kenarında “yüksek” den “düşük” e gerçekleşirse.
Saat Darbe genişliği (Clcok Width) – bu, saat sinyalinin değerinin “1” veya yüksek bir mantığa eşit olduğu zamandır.
Saat periyodu (Clock Period) – bu, aynı yönde ardışık geçişler arasındaki, yani iki yükselen veya iki düşen kenar arasındaki zamandır.
Görev döngüsü (Duty Cycle) – bu, saat genişliğinin saat periyoduna oranıdır.
Saat frekansı (Clock Frequency) – saat frekansı, saat periyodunun tersidir, frekans = 1 / saat periyodu. (ƒ = 1 / T )

Saat darbesi üretim devreleri, sürekli bir dizi darbe (bunlara Astable (kararsız) multivibratörler denir) veya belirli bir süredeki bir darbe (bunlara Monostable (tek kararlı) multivibratörler denir) üreten analog ve dijital devrelerin bir kombinasyonu olabilir. İki veya daha fazla multivibratör devresinin birleştirilmesi, istenen bir darbe deseninin oluşturulmasını sağlar (darbe genişliği, darbeler arasındaki süre ve darbelerin frekansı dahil).

Temel olarak üç tip saat darbesi üretim devresi vardır:

• Astable, kararlı durumları olmayan ancak iki durum arasında sürekli geçiş yapmakta olan serbest çalışan bir multivibratör devresidir. Bu eylem, bilinen sabit bir frekansta bir kare dalga darbesi treni üretir.
• Monostable, harici olarak tetiklendiğinde ilk kararlı durumuna geri döndüğü için sadece bir kararlı duruma sahip tek seferlik bir multivibratördür.
• Bistable, değeri yüksek veya düşük tek bir darbe üreten iki kararlı duruma sahip bir flip-flop’tur.

Çok basit bir saat sinyali (veya darbe) üretmenin bir yolu, dijital mantık kapılarının birbirine bağlanmasıdır. NAND kapıları akım amplifikasyonu içerdiğinden, gerekli geri besleme ve zamanlama işlevlerini sağlamak için tek bir kapasitör ve direnç yardımıyla uygun bir saat sinyali veya zamanlama darbesi sağlamak için de kullanılabilirler.

Bu zamanlama devreleri genellikle basitlik nedeniyle kullanılmaktadır.

Monostable Multivibratör Devreleri

Monostable Multivibratörler veya “tek atımlı” darbe jeneratörleri genellikle kısa keskin darbeleri zamanlama uygulamaları için çok daha geniş olanlara dönüştürmek için kullanılır. Monostable multivibratörler, uygun bir harici tetikleme sinyali veya başlangıç darbesi T uygulandığında “yüksek” veya “düşük” tek bir çıkış darbesi üretmektedir.

Bu tetikleyici darbe sinyali, monostable çıkışının zamanlama döngüsünün başlangıcında durumu değiştirmesine neden olan bir zamanlama döngüsünü başlatır ( t1 ). Çıkış, zamanlama kondansatörü, CT ve direnç, RT’nin zaman sabiti ile belirlenen zamanlama periyodunun ( t2 ) sonuna kadar bu ikinci durumda kalır.

Monostable multivibratör şimdi RC zaman sabitinin sonuna kadar bu ikinci zamanlama durumunda kalır ve otomatik olarak “sıfırlar” veya orijinal (kararlı) durumuna geri döner.

Basit NAND Kapısı Monostable Devresi

Değil Kapısı Monostable Multivibratör

Yukarıdaki NAND kapısı devresinde olduğu gibi, başlangıçta tetik girişi “1” mantık seviyesinde yüksektir, böylece ilk NOT kapısı U1’den gelen çıkış “0”mantık seviyesinde düşüktür. Zamanlama direnci, RT ve kondansatör, CT, ikinci kapı u2’nin girişine paralel olarak birbirine bağlanır. U2’ye giriş düşük olduğundan, Q’daki çıkışı yüksek olacaktır.

bir NAND kapısı Astable Multivibratör için zaman sabiti ƒ = 1/T olarak verilen çıkış frekansı ile saniyede T = 2.2 RC olarak verilir.

Örneğin: direnç R2 = 10kΩ ve kapasitör C = 45nF ise, devrenin salınım frekansı aşağıdaki gibi verilecektir:

Daha sonra Çıkış frekansı 1 kHz olarak hesaplanır, bu da 1 ms’lik bir zaman sabitine eşittir. böylece çıkış dalga formu böyle bir şeye benzeyecektir:

Bistable Multivibratör Devreleri

Bistable Multivibratörler devresi temel olarak, gerekli anahtarlama fonksiyonunu sağlamak için bir invertör veya kapı eklenmesiyle önceki öğreticilerde baktığımız bir SR flip-flop’tur. Flip-Floplarda olduğu gibi, bistable bir multivibratörün her iki durumu da kararlıdır ve devre süresiz olarak kararlı durumda kalmaktadır. Bu tip multivibratör devresi, uygun bir harici tetik darbesi uygulandığında bir durumdan diğerine “sadece” geçer ve bu nedenle tam bir “SET-RESET” döngüsünden geçmek için iki tetikleme darbesi gerekir. Bu tip bir devre aynı zamanda “Bistable mandalı”, “geçiş mandalı” veya sadece “T-mandalı”olarak da bilinmektedir.

NAND Kapısı Bistable Multivibratör

Bistable bir mandal yapmanın en basit yolu, yukarıda gösterildiği gibi bir SR mandalı oluşturmak için bir çift Schmitt NAND kapısını birbirine bağlamaktır. İki NAND kapısı, U2 ve U3, giriş NAND kapısı, U1 tarafından tetiklenen bistable’ı oluşturur. Bu U1 NAND kapısı, daha önce SR Flip-flop öğreticisinde gördüğümüz bir anahtar debounce devresi yapmak için tek bir geçiş anahtarı ile atlanabilir ve değiştirilebilir. Bu konular hakkında yapmış olduğumuz bir yazımızı okumanızı da öneriyoruz. Bu sayede teorikten pratiğe geçişte çok daha rahat etmiş olacaksınız.