Multivibratore: differenze tra le versioni

Versione delle 11:38, 17 mar 2021

Versione delle 00:30, 5 ott 2023

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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> .

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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>.

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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 R₄C₂ ''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>.

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[[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).

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[[File:555-schem.svg|thumb|upright=0.5|Pinout di un integrato NE555]]

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.

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