Multivibratore: differenze tra le versioni
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I '''multivibratori''' sono una categoria di [[circuiti elettronici]] con in comune la caratteristica di poter generare delle transizioni in corrente o in tensione con tempi di commutazione brevi rispetto al periodo, ovvero che producano degli "scatti" tra gli stati stabili possibili del circuito.
== Categorie ==
I multivibratori si suddividono in tre categorie:<ref name=":0">{{Cita web|url=https://www.treccani.it/enciclopedia/multivibratore/,%20https://www.treccani.it/enciclopedia/multivibratore/|titolo=multivibratore - Treccani|sito=Treccani|lingua=it|accesso=2023-12-12}}</ref>
=== Astabili ===
[[File:Astable multivibrator.png|thumb|
Nessuno dei due stati è stabile
Si supponga che nel circuito in figura inizialmente il transistor T1 conduca. La tensione sul collettore è praticamente zero e si ha la carica di C1 attraverso R2. Quando il potenziale nel punto tra C1, R2 e la base di T2 raggiunge 0,6 [[Volt|V]], T2 entra in conduzione, portando il potenziale sul suo collettore a zero. C2 inizia a
Il circuito può anche essere visto composto da due stadi amplificatori a emettitore comune reazionati positivamente.
I resistori possono avere, ad esempio, i seguenti valori:
R2 = R3 = 22
R1 = R4 = 470
I condensatori, in funzione della frequenza richiesta, possono avere capacità da centinaia di pF a centinaia di uF.
=== Bistabili ===
[[File:Transistor Bistable interactive animated-en.svg|thumb|upright=1.1|Schema di multivibratore bistabile (''R1, R2'' = 1 kΩ, ''R3, R4'' = 10 kΩ).]]I multivibratori bistabili hanno due stati di stabilità.
In questi circuiti il livello cambia solo quando il sistema è sollecitato dall'esterno e mantiene tale livello per tempo indefinito. Si realizza così un semplice dispositivo di memoria, chiamato [[flip-flop]], in grado di immagazzinare un [[bit]].
I multivibratori bistabili sono usati in particolare nei [[registro (informatica)|registri]] di accumulazione dei [[microprocessore|microprocessori]] e in alcuni tipi di [[Memoria|memorie]] per computer
Un multivibratore bi-stabile può essere realizzato con un [[amplificatore operazionale]] in retroazione positiva a se stesso.
=== Monostabili ===
Il circuito ha uno stato stabile (A), se viene sollecitato a passare all'altro stato (B) allora lo mantiene per un ben determinato periodo di tempo
La particolarità di questo circuito sta nel fatto che è in grado di produrre un impulso di durata prefissata
Il circuito può essere usato come formatore di impulsi o come [[temporizzatore]].
Per esempio nell'[[elettrocardiogramma]] si ha la produzione di un suono: il tipico "beep". La frequenza di questo (numero di beep al secondo) indica la [[frequenza cardiaca]], ma la durata del singolo beep è costante. Infatti la durata del beep è regolata con un circuito monostabile.
==== Monostabile ad OPAMP con circuito di Trigger ====
La sollecitazione che induce un circuito monostabile a passare, da uno stato stabile (A) ad uno stato "metastabile" (B) per una durata, preimpostata, di tempo '''T''', è detto segnale di ''Trigger''. È bene specificare che l'evento di trigger può essere di durata variabile, ma sussistono importanti condizioni, per cui tale segnale riesca a innescare un effetto di reazione da parte del sistema monostabile.
Al fine di comprendere al meglio un'implementazione circuitale che garantisca il funzionamento preventivato, si riprendono i concetti fondamentali di un [[Trigger di Schmitt]] invertente. In un circuito di questo tipo avremo che, qualora : <math>Vo=V_{OH} </math>(limite superiore di tensione dell'oscillatore) , sul morsetto "+" dell'op-amp si instaura un valore di tensione positivo (una soglia) <math>V^+=V_{TH}=\beta V_{OH}</math>.
Se la tensione in ingresso <math>Vi</math>, addotta al morsetto "-" dell'op-amp, eguaglia la tensione sul morsetto <math>V^+</math>, il [[Trigger di Schmitt]] invertente commuta, portando <math>Vo\mapsto V_{OL} </math> . In questo caso sul morsetto <math>V^+</math>, otterremo una soglia negativa <math>V^+=V_{TL}=\beta V_{OL}</math>. Se eguagliata da <math>Vi</math>, il sistema tornerà a commutare su <math>Vo\mapsto V_{OH} </math> .
Un circuito monostabile è fisicamente realizzabile, facendo quindi uso di un [[Trigger di Schmitt]] invertente, inserito in una configurazione tale da realizzare un oscillatore non lineare [[Generatore ad onda quadra|generatore di onda quadra]], del tipo riportato in figura (a meno del diodo D1).
[[File:Circuito Monostabile.png|sinistra|miniatura|272x272px|Circuito ad op-amp per realizzazione di monostabile]]
Escludendo l'utilizzo del diodo D1, tale circuito ha la peculiarità di oscillare autonomamente generando su <math>Vo </math> una [[forma d'onda]] quadra. Tale fenomeno è reso possibile dalla ciclicità degli eventi sopra descritti, nel contesto di descrizione del funzionamento dello Schmitt invertente.
In breve:
<math>Vo=V_{OH} </math> fa in modo che la capacità C1 si carichi attraverso R3. La <math>V_{C}(t) </math>, in tale contesto, fa le veci della <math>Vi </math>essendo addotta al morsetto "-" dell'op-amp. <math>V_{C}(t)\uparrow </math>cresce sino a che non eguaglia <math>V^+=V_{TH}=\beta V_{OH}</math>con <math>\beta=\frac{R1}{R1+R2} </math>.
Il circuito, commuta <math>Vo\mapsto V_{OL} </math>, quindi <math>V^+=V_{TL}=\beta V_{OL}</math>.
La capacità C1 si scarica attraverso R3. <math>V_{C}(t)\downarrow </math>decresce sino ad eguagliare <math>V_{TL}</math>e dunque si ottiene nuovamente <math>Vo=V_{OH} </math>. L'onda quadra è così stata generata.
L'inserimento di D1 fa in modo di impedire alla <math>V_{C}(t) </math>di raggiungere <math>V^+=V_{TH}=\beta V_{OH}</math>, qualora <math>Vo=V_{OH} </math>.
Infatti , una volta entrato in conduzione <math>V_{C}(t)=V^-=V_{DON}=cost. </math> In questa configurazione il circuito mantiene ''stabilmente'' <math>Vo=V_{OH} </math>.
Basterà invertire la polarizzazione di D1 per ottenere un monostabile a stato stabile <math>Vo=V_{OL} </math>.
Per sua stessa natura un circuito monostabile deve essere sensibile alle variazioni di segnale in ingresso, ragion per cui è necessario completare il sistema sopra riportato, mediante l'inserimento di un circuito, detto '''circuito di trigger''', che isoli le sole transizioni positive (o negative) del segnale in ingresso.
[[File:Monostabile.png|sinistra|miniatura|316x316px|Monostabile con circuito di trigger]]
Tale circuito è implementabile, come da figura, mediante la cascata di un filtro R<sub>4</sub>C<sub>2</sub> ''passa alto'', e di un diodo D2 con [[anodo]] posto a <math>V^+</math>. In questa configurazione il circuito è in grado di rilevare rapide transizioni '''negative''' di <math>Vi </math>.
Se il diodo D2 è a polarità invertita, saremo in grado di rilevare transizioni '''positive''' di <math>Vi </math>.
Se <math>Vo=V_{OH} </math>, indipendentemente dall'andamento stabile di <math>Vi </math>(filtrato dall'RC) , <math>V^+=V_{TH}</math>e quindi D2 sarà ON. Al fine di non modificare <math>\beta </math>, ora proporzionale anche a R4, si sceglie <math>R4>>R1 </math> .
Quando sopraggiunge una transizione brusca <math>\Delta Vi </math>, tale da coprire in ampiezza la differenza <math>V_{TH}-V_{DON}</math>, la tensione su <math>V^+</math>tenderà a scendere bruscamente sino ad "incrociare" il livello di tensione su <math>V^-=V_{DON}</math>.
Per il principio di funzionamento di un generatore ad onda quadra, il sistema commuterà <math>Vo\mapsto V_{OL} </math>e la capacità C1 tenderà a scaricarsi <math>V_{C}(t)\downarrow </math> tendendo a <math>V_{OL} </math>con costante di tempo <math>\tau = R3C1 </math>.
[[File:Risposta oscillatore monostabile.png|miniatura|305x305px|Risposta temporale circuito monostabile con trigger]]
Una volta incrociato <math>V^+=V_{TL}=\beta V_{OL}</math>, il sistema ri-commuta a <math>Vo\mapsto V_{OH} </math>, facendo caricare C1 , sino a che <math>V_{C}(t)=V^-=V_{DON}=cost. </math>. Il sistema ritorna nuovamente stabile.
Una schematizzazione delle forme d'onda in uscita è riportata nella miniatura a destra.
Osservando l'andamento delle due forme d'onda è possibile identificare il tempo <math>T </math>che caratterizza un circuito monostabile.
Esso è definito dal tempo di scarica del condensatore C1 che passa da una ''condizione iniziale'' di <math>V_{C}(0)=V_{DON} </math>a <math>V_{C}(T)=V_{TL} </math>, con tendenza a ''stato stazionario'' in <math>V_{C}(\infty)=V_{OL} </math>(tratteggiata rossa).
Noto che <math>V_{C}(T)=V_{C}(0)+(V_{C}(\infty)-V_{C}(0))(1-e^{-\frac{T}{\tau}}) </math>
è possibile ricavare il valore di <math>T </math>, come:
<math>T=\tau *ln(\frac{V_{OL}-V_{DON}}{V_{OL}-V_{TL}}) </math>
e quindi '''regolabile''' mediante un tuning di <math>\beta=\frac{R1}{R1+R2} </math>.
===== Tempo di riposo di un monostabile =====
La miniatura riguardante gli andamenti temporali riporta, oltre al tempo <math>T </math>, un tempo <math>T_{R} </math>, detto '''tempo di riposo''' , in cui il sistema , pur se sollecitato opportunamente, non risulterà ''triggerabile''.
Tale tempo di riposo <math>T_{R} </math>, consiste nel tempo impiegato dal condensatore C1 a ricaricarsi sino a <math>V_{C}(T_{R})=V_{DON} </math>, a partire da una ''condizione iniziale'' di <math>V_{C}(0)=V_{TL} </math>con tendenza a ''stato stazionario'' in <math>V_{C}(\infty)=V_{OH} </math>(tratteggiata rossa).
Noto che <math>V_{C}(T)=V_{C}(0)+(V_{C}(\infty)-V_{C}(0))(1-e^{-\frac{T}{\tau}}) </math>
è possibile ricavare il valore di <math>T </math>, come:
<math>T_{R}=\tau\cdot \ln\left(\frac{V_{OH}-V_{TL}}{V_{OH}-V_{DON}}\right) </math>.
== Circuiti integrati ==
[[File:555-schem.
Nella forma più semplice il circuito multivibratore consiste di due [[transistor]] interconnessi. Utilizzando reti di [[Resistore|resistori]] e [[Condensatore (elettrotecnica)|condensatori]] è possibile definire il periodo di tempo degli stati instabili.
A volte per fare un circuito multivibratore si utilizzano [[porta logica|porte logiche]] soprattutto in tecnologia [[CMOS]] per il loro basso consumo e la loro alta [[impedenza]] di ingresso, quest'ultima caratteristica permette di utilizzare resistori di valore elevato ottenendo grandi costanti di tempo senza dover ricorrere a condensatori con valori di [[capacità elettrica|capacità]] troppo grande.
Spesso i multivibratori sono incorporati in [[Circuito integrato|circuiti integrati]]. In particolare in [[elettronica]] è molto utilizzato un circuito integrato multivibratore per uso generale: il ''[[NE555|555]]''. Oltre al circuito base include funzioni accessorie per ottenere una [[precisione]] superiore a un semplice circuito a transistor. Con l'aggiunta di pochissimi componenti esterni, tra cui la rete RC, il dispositivo può essere configurato come multivibratore astabile, bistabile o monostabile.
==Note==
<references/>
== Bibliografia ==
*{{cita libro|titolo=Circuiti per la microelettronica|editore=Edizioni Ingegneria 2000|autore=[[Adel Sedra]], K.C. Smith|curatore=Aldo Ferrari|edizione=IV edizione|città=Roma|pagine=994-1008|isbn=88-86658-15-X}}
== Altri progetti ==
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[[Categoria:Oscillatori]]
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