CIRCUITO MONOSTABILE
Un multivibratore monostabile può essere utilizzato come circuito di ritardo. Tale circuito può ricevere in ingresso un segnale velocissimo e produrre in uscita un segnale avente un tempo attivo ben determinato. Si pensi alle luci delle scale di un condominio. Dopo l’innesco tramite un interruttore le luci rimangono accese proprio per un periodo di tempo imposto dal timer. E’ possibile realizzare un monostabile sia in logica positiva che negativa, cioè che risponda con un livello logico 0 o 1 in uscita e attivato dalla stessa logica in ingresso. Un multivibratore monostabile, chiamato anche one shot o monoflop, è un circuito elettronico a logica sequenziale che genera un impulso di uscita. Quando viene attivato, viene prodotto un impulso di durata predefinita. Il circuito ritorna quindi al suo stato stabile e non produce più output fino a quando non viene nuovamente riattivato. I monostabili possono essere considerati come una forma distorta di multivibratore in cui lo stato è stabile in seguito all’attivazione di un impulso, quindi ritornerà nello stato instabile spontaneamente. Se l’applicazione ripetuta dell’impulso di ingresso mantiene il circuito in uno stato instabile, si parla di monostabile riattivabile. Se ulteriori impulsi di trigger non influiscono sul periodo, il circuito è un monostabile non riattivabile.
MULTIVIBRATORE MONOSTABILE, IL CIRCUITO DEL TIMER
Nel circuito monostabile la costante di tempo T è fissata sempre da un circuito RC. In questo caso non interessa la frequenza ma soltanto il ritardo generato in quanto il circuito non è come un multivibratore astabile in grado di auto-oscillare.
T=0,693xR2XC2
Supponiamo di voler generare un ritardo di 10 secondi, fissando la resistenza a 150KΩ si ha:
C2=10/0,693X150X103 = 100ɲF
MULTIVIBRATORE MONOSTABILE FUNZIONAMENTO
Ipotizziamo quanto segue: All’istante t=0 quando viene fornita la tensione di alimentazione, gli ingressi della prima porta NOR sono entrambi a livello logico 0, presentando in uscita un livello logico 1. Tale livello mediante la tensione di alimentazione si presenta anche all’ingresso della seconda porta NOR configurata come inverter. Con la sua uscita a livello logico 0 interdice il transistor spegnendo così il LED. In tali condizioni il potenziale sulle armature del condensatore C1 fornito dalla resistenza R2 e dal livello logico 1 in uscita dal primo NOR è identico. Questo fa si che il condensatore rimanga scarico. In questa condizione il circuito è nel suo stato stabile.
LA PRESSIONE DEL PULSANTE P
Premendo il pulsante P, quindi fornendo un impulso positivo la prima porta NOR presenterà un livello logico 0. Poiché C1 è scarico l’ingresso della seconda porta NOR riceverà per un breve istante lo stesso livello 0 mentre l’uscita sarà a livello logico alto (1 logico). L’uscita della porta NOR numero due è ricondotta e per un breve istante all’ingresso della NOR 1, mantenendo così l’uscita della prima porta NOR ad 1 anche se il pulsante non è più premuto. A questo punto la differenza di potenziale presente sulle armature del condensatore (0 all’uscita della prima porta NOR ed 1 tramite la resistenza R2), fa iniziare la fase di carica del condensatore come un circuito RC.
LA CARICA DEL CONDENSATORE
Non appena la tensione sul condensatore raggiunge la soglia per far commutare l’ingresso della seconda porta NOR (Inverter) la sua uscita si porta a livello logico 0. A questo punto il transistor viene interdetto, spegnendo il LED e riportando il livello logico 0 all’ingresso della prima porta NOR (Retroazione). La retroazione simula la pressione del pulsante anche se non è più premuto, lo stato logico 1 permane sull’uscita della seconda porta NOR finché il condensatore non si carica. Ulteriori pressioni del pulsante in questa fase non hanno effetto.
MULTIVIBRATORE MONOSTABILE A TRANSISTOR BJT
Nel multivibratore monostabile, l’unica rete resistivo-capacitiva (C2-R3 nella figura 1 del multivibratore) è sostituita da una rete resistiva (solo un resistore). Il circuito può essere pensato come un multivibratore 1/2 astabile. La tensione del collettore Q2 è l’uscita del circuito (a differenza del circuito astabile, ha una forma d’onda quadra perfetta poiché l’uscita non è caricata dal condensatore). La linea verde mostra la forma d’onda in ingresso al multivibratore monostabile. La linea rossa mostra l’output convertito. Può fungere da divisore di frequenza. Quando attivato da un impulso in ingresso, un multivibratore monostabile passerà alla sua posizione instabile per un periodo di tempo, quindi tornerà al suo stato stabile. Il periodo di tempo in cui il multivibratore monostabile rimane in uno stato instabile è dato da t = 0,693*R2C1. Per il circuito mostrato, nello stato stabile, Q1 è spento e Q2 è acceso. Viene attivato dal segnale di ingresso zero o negativo applicato alla base Q2. Di conseguenza, il circuito va nello stato instabile. Trascorso il tempo, ritorna al suo stato iniziale stabile. Questo comportamento è riattivabile: l’uscita rimarrà alta finché l’ingresso è attivo, quindi rimarrà alta per il periodo di rilassamento che inizia quando l’ingresso viene rilasciato.
CIRCUITO A TRANSISTOR BJT
FORME D’ONDA
APPROFONDIMENTO AI
Il circuito fornito è un esempio di multivibratore monostabile basato su porte logiche NOR. Un circuito monostabile è un tipo di circuito che ha un solo stato stabile e uno stato metastabile; ritorna automaticamente allo stato stabile dopo un certo intervallo di tempo, una volta che è stato attivato. Ecco come funziona il circuito:
Componenti del Circuito
•Porte NOR: Le porte NOR producono un output di livello basso solo quando tutti gli ingressi sono alti; altrimenti, l’output è alto.
•Resistori (R1, R2, R3, R4): Determinano la corrente nei vari rami del circuito.
•Capacitore (C2): Utilizzato per il controllo del tempo di ritardo del circuito.
•Transistor (TR1): Agisce come un interruttore controllato dall’uscita di una porta NOR.
•LED: Indicatore visivo che mostra lo stato del circuito.
•Alimentazione (+5V e GND): Fornisce la tensione necessaria per il funzionamento del circuito.
Funzionamento del Circuito
1. Condizione Iniziale (Stato di Riposo):
•In condizioni normali (nessun input di attivazione), l’uscita della prima porta NOR (indicata come “1”) è alta perché entrambi i suoi ingressi sono bassi (R1 è collegato a terra).
•Questo rende l’uscita della seconda porta NOR (indicata come “2”) bassa, poiché almeno uno degli ingressi (l’uscita della prima porta NOR) è alto.
•Il transistor TR1 rimane spento perché l’uscita bassa della seconda porta NOR non fornisce la tensione di base necessaria.
2. Trigger (Impulso di Attivazione):
•Quando viene fornito un impulso di attivazione alto (presso il punto segnato con “+I p”), l’uscita della prima porta NOR diventa bassa.
•Ciò causa l’alta uscita della seconda porta NOR, che accende il transistor TR1 e il LED.
•Inoltre, il cambio di stato carica il capacitore C2 attraverso R2.
3. Ritorno allo Stato Stabile:
•Il capacitore C2 inizia a scaricarsi lentamente attraverso R2. Quando la tensione attraverso il capacitore scende, l’ingresso della prima porta NOR torna basso.
•Questo rende alta l’uscita della prima porta NOR, facendo ritornare bassa l’uscita della seconda porta NOR, spegnendo così il transistor TR1 e il LED, ritornando al circuito al suo stato stabile.
Conclusioni
Questo circuito è utile per applicazioni in cui è necessario un azionamento temporizzato, come timer o ritardi controllati elettronicamente. La durata dell’impulso attivo (LED acceso) può essere regolata modificando i valori di R2 e C2 per influenzare il tempo di carica del capacitore.
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