Bộ đa rung là một mạch chuyển đổi giữa CAO và THẤP để tạo xung, tín hiệu thời gian và hành động chuyển mạch. Nó có thể chạy liên tục, tạo ra xung hẹn giờ hoặc giữ trạng thái cho đến khi đầu vào mới thay đổi nó. Bài viết này bao gồm các loại, hoạt động, thời gian, dạng mạch, thiết kế bộ hẹn giờ 555 và các ứng dụng của nó.
Tổng quan về Multivibrator
Bộ đa rung là một mạch điện tử chuyển đổi giữa hai trạng thái đầu ra, được gọi là CAO và THẤP. Nó thực hiện điều này một cách có kiểm soát để tạo ra tín hiệu thời gian, xung hoặc các hành động chuyển mạch trạng thái ổn định. Tùy thuộc vào thiết kế của nó, một bộ đa rung có thể tự chuyển đổi qua lại, tạo ra một xung một lần khi được kích hoạt hoặc ở một trạng thái cho đến khi đầu vào mới thay đổi nó.
Máy đa rung phổ biến trong nhiều mạch điện tử vì chúng giúp kiểm soát thời gian và luồng tín hiệu. Chúng được sử dụng trong máy phát xung, mạch trễ thời gian, mạch đèn nhấp nháy, mạch báo động và âm báo, mạch bộ nhớ đơn giản và mạch đếm. Các mạch này có thể được tạo bằng cổng logic, bóng bán dẫn, bộ khuếch đại hoạt động hoặc IC hẹn giờ như bộ hẹn giờ 555.
Các loại máy rung đa năng
Máy đa rung không ổn định
Một bộ đa rung không ổn định không có trạng thái đầu ra ổn định. Ngay sau khi cấp nguồn, nó sẽ tiếp tục chuyển đổi giữa CAO và THẤP mà không cần bất kỳ đầu vào kích hoạt nào. Điều này làm cho nó trở thành một bộ dao động chạy tự do.
Hoạt động của nó được điều khiển bởi một mạng điện trở-tụ điện. Tụ điện sạc và xả theo thời gian. Khi điện áp của nó đạt đến một mức nhất định, đầu ra sẽ thay đổi trạng thái. Chu kỳ này lặp lại, tạo ra một sóng hình vuông hoặc hình chữ nhật liên tục. Tốc độ chuyển mạch phụ thuộc vào các giá trị RC và chu kỳ làm việc phụ thuộc vào đường sạc và xả.
Máy rung đa năng đơn ổn định
Một bộ đa rung đơn ổn định có một trạng thái ổn định và một trạng thái tạm thời. Nó vẫn ở trạng thái bình thường cho đến khi nhận được tín hiệu kích hoạt. Sau đó, nó thay đổi trạng thái trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó trở lại trạng thái ổn định.
Hành động thời gian này được điều khiển bởi một điện trở và một tụ điện. Sau khi được kích hoạt, tụ điện bắt đầu sạc hoặc xả. Khi điện áp của nó đạt đến ngưỡng cài đặt, mạch sẽ chuyển trở lại trạng thái ban đầu. Bởi vì mỗi bộ kích hoạt tạo ra một xung đầu ra duy nhất, loại này còn được gọi là mạch một lần.
Bộ đa rung lưỡng tính
Một bộ đa rung lưỡng ổn định có hai trạng thái đầu ra ổn định. Nó không tự bật hoặc trở về trạng thái mặc định. Nó ở một trạng thái cho đến khi tín hiệu đầu vào yêu cầu nó thay đổi.
Loại này sử dụng phản hồi tích cực để duy trì trạng thái hiện tại của nó. Các đầu vào như Đặt, Đặt lại hoặc Chuyển đổi điều khiển khi đầu ra thay đổi. Vì không có hành động hẹn giờ tự động, đầu ra vẫn ở trạng thái hiện tại cho đến khi một đầu vào khác đến.
Hoạt động và thời gian đa rung
Tất cả các máy rung đa năng hoạt động dựa trên hai nguyên tắc cơ bản: phản hồi tích cực và mạng lưới thời gian. Phản hồi tích cực giúp mạch di chuyển mạnh mẽ vào một trong hai trạng thái đầu ra. Mạng thời gian, thường được tạo bằng điện trở và tụ điện, giúp quyết định khi nào đầu ra nên thay đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác.
Trong nhiều mạch đa rung, tụ điện sạc hoặc phóng điện qua điện trở theo thời gian. Khi điện áp của nó tăng hoặc giảm, nó đi theo một đường cong theo cấp số nhân thay vì thay đổi theo đường thẳng. Khi điện áp đó đạt đến ngưỡng cài đặt, mạch sẽ chuyển trạng thái. Phản hồi tích cực sau đó củng cố trạng thái mới và chuẩn bị mạch cho sự thay đổi tiếp theo.
Thời gian RC hoạt động như thế nào?
• Một tụ điện sạc hoặc phóng điện qua một hoặc nhiều điện trở.
• Điện áp tụ điện thay đổi theo cấp số nhân.
• Khi voltage đạt đến mức ngưỡng, đầu ra sẽ chuyển đổi.
• Phản hồi tích cực giúp khóa mạch về trạng thái mới.
• Sau đó, chu kỳ tiếp tục dựa trên loại mạch.
Các thuật ngữ thời gian và dạng sóng chính
• Độ rộng xung (TON hoặc TOFF) - khoảng thời gian đầu ra ở một trạng thái
• Khoảng thời gian (T) - thời gian cần thiết cho một chu kỳ đầy đủ
• Tần số (f) - số chu kỳ mỗi giây
• Chu kỳ nhiệm vụ (D) - phần trăm của một chu kỳ mà đầu ra vẫn CAO
• Cạnh tăng - sự thay đổi từ THẤP sang CAO
• Cạnh giảm - sự thay đổi từ CAO sang THẤP
Công thức cơ bản
• Tần suất:
f = 1 / T
• Chu kỳ nhiệm vụ:
D = (T_HIGH / T) × 100%
Triển khai mạch đa rung
Máy rung đa năng cổng logic
• Được xây dựng với cổng NAND, NOR hoặc biến tần
• Sử dụng các bộ phận thời gian RC để điều khiển chuyển mạch
• Tạo ra đầu ra phù hợp với mức logic kỹ thuật số
• Phù hợp với các mạch đã sử dụng IC logic
Bộ đa rung bóng bán dẫn
• Được xây dựng với bóng bán dẫn, điện trở và tụ điện
• Hiển thị từng giai đoạn chuyển đổi trực tiếp hơn
• Cho phép thiết kế mạch linh hoạt
• Có thể được sắp xếp cho các điều kiện điện áp hoặc dòng điện khác nhau
Op-amp và bộ đa rung so sánh
• Sử dụng op-amps hoặc bộ so sánh với phản hồi tích cực
• Bao gồm mạng RC để kiểm soát thời gian
• Có thể tạo ra sự thay đổi điện áp đầu ra mạnh
• Hoạt động tốt với các mạch tín hiệu tương tự
Máy rung đa năng hẹn giờ 555
• Sử dụng IC hẹn giờ 555 ở chế độ không ổn định hoặc đơn ổn định
• Chỉ cần một số lượng nhỏ các thành phần bên ngoài
• Cung cấp khả năng kiểm soát thời gian đơn giản và ổn định
• Hỗ trợ nhiều loại độ rộng và tần số xung
Thiết kế đa rung hẹn giờ 555
Mức ngưỡng nội bộ
• Ngưỡng thấp hơn: 1/3 VCC
• Ngưỡng trên: 2/3 VCC
• Điện áp tụ điện di chuyển giữa hai mức này để điều khiển chuyển mạch
555 Cấu hình ổn định
Ở chế độ không ổn định, 555 xen kẽ giữa CAO và THẤP mà không cần đầu vào kích hoạt bên ngoài. Hành động này được thiết lập bởi hai điện trở, R1 và R2, và một tụ điện, C. Tụ điện sạc qua cả hai điện trở và phóng điện qua một, tạo ra dạng sóng đầu ra lặp lại.
Công thức thời gian không ổn định
• Thời gian CAO: t1 = 0,693 (R1 + R2) C
• Thời gian THẤP: t2 = 0,693 (R2) C
• Chu kỳ: T = t1 + t2 = 0,693 (R1 + 2R2) C
• Tần số: f = 1 / T
555 Cấu hình đơn ổn định
Ở chế độ đơn tính, 555 vẫn ở một trạng thái ổn định cho đến khi nó nhận được xung kích hoạt. Khi điện áp kích hoạt giảm xuống dưới một phần ba VCC, đầu ra sẽ CAO và tụ điện thời gian bắt đầu sạc qua điện trở R. Khi điện áp tụ điện đạt hai phần ba VCC, đầu ra trở về THẤP.
Điều này tạo ra một xung cho mỗi tín hiệu kích hoạt. Độ rộng xung phụ thuộc vào giá trị điện trở và tụ điện được chọn cho mạng thời gian.
Lợi ích của việc sử dụng 555
• Chỉ sử dụng một số lượng nhỏ các bộ phận bên ngoài
• Cung cấp thời gian ổn định và có thể dự đoán được
• Hỗ trợ nhiều loại độ rộng và tần số xung
• Hoạt động ở cả chế độ không ổn định và đơn ổn định
• Làm cho thiết kế thời gian đơn giản hơn thông qua các ngưỡng bên trong cố định
Ứng dụng đa rung
Mạch đồng hồ và thời gian
Bộ đa rung thường được sử dụng để tạo ra các tín hiệu thời gian lặp lại và độ trễ có kiểm soát. Những tín hiệu này giúp mạch chuyển đổi đều đặn hoặc đợi một khoảng thời gian nhất định trước khi thay đổi trạng thái.
Mạch tín hiệu trực quan
Chúng cũng được sử dụng trong các mạch tín hiệu trực quan trong đó đầu ra cần nhấp nháy, nhấp nháy hoặc chuyển đổi theo kiểu lặp lại. Điều này làm cho chúng hữu ích cho thời gian dựa trên ánh sáng và chỉ báo trạng thái.
Mạch âm thanh và cảnh báo
Máy đa rung có thể tạo ra các xung lặp lại được sử dụng trong các mạch tạo ra âm thanh. Bằng cách kiểm soát tốc độ chuyển đổi, chúng giúp tạo ra tín hiệu cảnh báo hoặc âm báo ổn định.
Mạch điều hòa tín hiệu
Trong điều hòa tín hiệu, bộ đa rung giúp định hình và kiểm soát tín hiệu đầu vào. Chúng có thể dọn dẹp các thay đổi không ổn định, kéo dài các xung ngắn hoặc tạo tín hiệu đầu ra đồng đều hơn.
Logic và kiểm soát trạng thái
Một số bộ đa rung được sử dụng để giữ một trong hai trạng thái đầu ra cho đến khi đầu vào mới thay đổi nó. Điều này làm cho chúng hữu ích trong các mạch yêu cầu kiểm soát trạng thái đơn giản, lưu trữ hoặc đếm lặp lại.
Ưu điểm và hạn chế của Multivibrator
| Ưu điểm | Hạn chế |
|---|---|
| Cấu trúc mạch đơn giản với một số lượng nhỏ các thành phần | Thời gian dựa trên RC có thể bị trôi do dung sai bộ phận, nhiệt độ hoặc thay đổi nguồn cung cấp |
| Hoạt động linh hoạt để dao động, tạo xung hoặc lưu trữ trạng thái | Tín hiệu kích hoạt nhiễu có thể gây ra chuyển mạch sai hoặc thay đổi đầu ra không ổn định |
| Có thể được xây dựng với bóng bán dẫn, cổng logic, op-amps, bộ so sánh hoặc bộ hẹn giờ 555 | Thời gian rất chính xác có thể cần các bộ phận chính xác hoặc mạch thời gian chuyên dụng |
| Hoạt động tốt cho các mạch điều khiển thời gian, chuyển mạch và xung | Tải đầu ra có thể ảnh hưởng đến hình dạng dạng sóng hoặc thời gian trong một số mạch |
Kết luận
Máy đa rung là các mạch đơn giản được sử dụng để định thời gian, tạo xung và điều khiển trạng thái. Các loại Astable, monostable và bistable mỗi loại hoạt động theo một cách khác nhau, nhưng tất cả đều dựa vào việc chuyển đổi giữa hai trạng thái đầu ra. Hành vi của họ được định hình bởi phản hồi tích cực và thời gian RC. Với các dạng mạch khác nhau, 555 thiết kế hẹn giờ, ứng dụng và điểm thiết kế, máy rung đa năng vẫn là một phần hữu ích của mạch điện tử.
Câu hỏi thường gặp [FAQ]
Sóng vuông có giống sóng hình chữ nhật không?
Không. Một sóng vuông có thời gian CAO và THẤP bằng nhau. Sóng hình chữ nhật có thời gian CAO và THẤP không bằng nhau.
Tại sao phản hồi tích cực được sử dụng trong máy đa rung?
Phản hồi tích cực giúp mạch chuyển đổi nhanh chóng và ổn định ở trạng thái CAO hoặc THẤP.
Thay đổi tụ điện làm gì trong mạch đa rung?
Nó thay đổi thời gian. Tụ điện lớn hơn làm cho mạch chuyển đổi chậm hơn. Một tụ điện nhỏ hơn làm cho nó chuyển đổi nhanh hơn.
Một bộ đa rung có thể tạo ra nhiều hơn một dạng sóng không?
Đúng. Đầu ra chính là dạng sóng chuyển mạch, nhưng điện áp tụ điện có thể hiển thị dạng sóng tăng và giảm.
Tại sao điện áp cung cấp lại quan trọng trong máy đa rung?
Cung cấp voltage ảnh hưởng đến mức chuyển mạch và thời gian. Nếu nó thay đổi, thời gian đầu ra cũng có thể thay đổi.
Có phải mọi bộ đa rung đều là bộ dao động?
Không. Chỉ có một bộ đa rung không ổn định hoạt động như một bộ dao động vì nó tự chuyển đổi liên tục.
