Monostabile Multivibratoren

Wir haben bereits ein Beispiel für einen monostabilen Multivibrator im Einsatz gesehen:den Impulsdetektor, der in der Schaltung von Flip-Flops verwendet wird, um den Latch-Teil für eine kurze Zeit zu aktivieren, wenn das Takteingangssignal von entweder niedrig auf hoch oder hoch auf niedrig übergeht .

Der Pulsdetektor wird als monostabiler Multivibrator klassifiziert, da er nur einen hat stabiler Zustand. Von stabil , ich meine einen Ausgabezustand, in dem das Gerät in der Lage ist, ohne externes Anstoßen für immer zu verriegeln oder zu halten.

Ein Latch oder Flip-Flop kann als bistabiles Gerät für eine unbestimmte Zeit entweder im "Set"- oder "Reset"-Zustand gehalten werden. Sobald es gesetzt oder zurückgesetzt wurde, wird es weiterhin in diesem Zustand verriegelt, es sei denn, es wird durch eine externe Eingabe zur Änderung aufgefordert.

Ein monostabiles Gerät hingegen kann nur einen bestimmten Zustand auf unbestimmte Zeit halten. Sein anderer Zustand kann nur kurzzeitig gehalten werden, wenn er durch einen externen Eingang ausgelöst wird.

Eine mechanische Analogie zu einem monostabilen Gerät wäre ein Druckknopfschalter, der mit einer Feder in seine normale (stabile) Position zurückkehrt, wenn der Druck von seinem Tastenbetätiger entfernt wird.

Ebenso ist ein Standard-Wandschalter (Kippschalter), wie er zum Ein- und Ausschalten von Lichtern in einem Haus verwendet wird, ein bistabiles Gerät. Es kann in einem von zwei Modi einrasten:Ein oder Aus.

Alle monostabilen Multivibratoren sind zeitgesteuert Geräte. Das heißt, ihr instabiler Ausgangszustand wird nur für eine bestimmte Mindestzeit anhalten, bevor er in seinen stabilen Zustand zurückkehrt.

Bei monostabilen Halbleiterschaltungen wird diese Timing-Funktion typischerweise durch die Verwendung von Widerständen und Kondensatoren erreicht, die die exponentiellen Laderaten von RC-Schaltungen nutzen.

Ein Komparator wird oft verwendet, um die Spannung am Lade- (oder Entlade-) Kondensator mit einer konstanten Referenzspannung zu vergleichen, und der Ein/Aus-Ausgang des Komparators wird für ein Logiksignal verwendet.

Mit Ladder Logic werden Zeitverzögerungen mit Zeitverzögerungsrelais erreicht, die mit Halbleiter-/RC-Schaltungen wie den gerade erwähnten gebaut werden können, oder mechanischen Verzögerungsvorrichtungen, die die sofortige Bewegung des Relaisankers verhindern.

Beachten Sie den Aufbau und die Funktionsweise der Impulsdetektorschaltung in Leiterlogik:

Egal wie lange das Eingangssignal hoch bleibt (1), der Ausgang bleibt nur 1 Sekunde lang hoch und kehrt dann in seinen normalen (stabilen) niedrigen Zustand zurück.

Für einige Anwendungen ist ein monostabiles Gerät erforderlich, das einen längeren Impuls ausgibt als der Eingangsimpuls, der ihn auslöst.

Betrachten Sie die folgende Ladder-Logic-Schaltung:

Wenn der Eingangskontakt schließt, TD₁ Der Kontakt schließt sofort und bleibt nach dem Öffnen des Eingangskontakts 10 Sekunden lang geschlossen. Egal wie kurz der Eingangsimpuls ist, der Ausgang bleibt genau 10 Sekunden lang auf High (1), nachdem der Eingang wieder auf Low fällt.

Diese Art von monostabilem Multivibrator wird als One-Shot bezeichnet . Genauer gesagt ist es ein retriggerbares One-Shot, da das Timing beginnt, nachdem der Eingang auf einen niedrigen Zustand abgefallen ist, was bedeutet, dass mehrere Eingangsimpulse innerhalb von 10 Sekunden einen kontinuierlichen hohen Ausgang aufrechterhalten:

Eine Anwendung für einen nachtriggerbaren One-Shot ist die eines einzelnen mechanischen Kontakt-Entprellers. Wie Sie aus dem obigen Timing-Diagramm sehen können, bleibt der Ausgang hoch, obwohl das Eingangssignal von einem mechanischen Schalter „prellt“.

Natürlich möchten Sie in einer echten Schalter-Entprellschaltung wahrscheinlich eine Zeitverzögerung von viel kürzerer Dauer als 10 Sekunden verwenden, da Sie nur Impulse im Millisekundenbereich „entprellen“ müssen.

Was wäre, wenn wir nur einen 10-sekündigen zeitgesteuerten Impulsausgang von einer Relaislogikschaltung wollten, egal wie viele Eingangsimpulse haben wir erhalten oder wie langlebig können sie sein? In diesem Fall müssten wir eine Impulsdetektorschaltung wie folgt an die retriggerbare One-Shot-Zeitverzögerungsschaltung koppeln:

Zeitverzögerungsrelais TD₁ liefert einen „Ein“-Impuls an die Verzögerungsrelaisspule TD₂ für einen beliebig kurzen Moment (in dieser Schaltung für mindestens 0,5 Sekunden bei jeder Betätigung des Eingangskontakts). Sobald TD₂ wird erregt, der normalerweise geschlossene, zeitgesteuerte TD₂ Kontakt in Reihe damit verhindert Spule TD₂ bis zur Zeitüberschreitung (10 Sekunden).

Dadurch reagiert es effektiv nicht mehr auf weitere Betätigungen des Eingangsschalters während dieser 10-Sekunden-Periode.

Erst nach TD₂ Timeout funktioniert der normalerweise geschlossene, zeitlich geschlossene TD₂ Kontakt in Reihe damit ermöglichen Spule TD₂ wieder energetisiert werden. Diese Art von One-Shot wird als nicht retriggerbar bezeichnet One-Shot.

One-Shot-Multivibratoren sowohl der retriggerbaren als auch der nicht retriggerbaren Variante finden breite Anwendung in der Industrie zur Sirenenbetätigung und Maschinensequenzierung, wo ein intermittierendes Eingangssignal ein Ausgangssignal mit einer eingestellten Zeit erzeugt.

RÜCKBLICK:

• Ein monostabiler Multivibrator hat nur einen stabilen Ausgangszustand. Der andere Ausgangszustand kann nur vorübergehend aufrechterhalten werden.
• Monostabile Multivibratoren, manchmal auch als One-Shots bezeichnet , gibt es in zwei Grundvarianten:retriggerbar und nicht retriggerbar .
• One-Shot-Schaltungen mit sehr kurzen Zeiteinstellungen können zum Entprellen verwendet werden die „schmutzigen“ Signale, die von mechanischen Schaltkontakten erzeugt werden.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Zeitschaltkreis - Arbeitsblatt für monostabile Multivibratoren