عملکرد مدار مولتی ویبراتور بای استابل

مدار مولتی ویبراتور بای استابل:
مولتی ویبراتورهای بای استابل گسسته، نوعی از مدارات دو حالته غیر احیاگر (Non-Regenerative) هستند که از دو ترانزیستور کوپل متقاطع تشکیل شده اند.

این دو ترانزیستور به عنوان کلیدهای ترانزیستوری خاموش روشن (ON-OFF) عمل می کنند. در هر یک از دو حالت، یکی از ترانزیستورها در وضعیت قطع (Cut-Off) قرار می گیرد، در حالی که ترانزیستور دیگر در ناحیه اشباع (Saturation) است.

این وضعیت بدین معنی است که مدار مولتی ویبراتور بای استابل می تواند تا زمان نامحدود در هر یک از حالت ها قرار گیرد.

برای این که حالت مولتی ویبراتور بای استابل از یکی وضعیت به وضعیت دیگری تغییر کند، به یک پالس تریگر مناسب نیاز است و برای طی کردن یک چرخه کامل، به 2 پالس تریگر نیاز دارد.

در واقع هر پالس تریگر، برای تغییر از یک حالت مورد استفاده قرار می گیرد. فلیپ فلاپ نام عمومی تری است که برای توصیف عملکرد این مدارات نیز مناسبت تر به نظر می رسد؛ زیرا زمانی که مدار به صورت آنی به یک حالت منطقی می رود (Flip)، در آن حالت باقی می ماند و سپس تغییر وضعیت داده و به حالت اصلی خود برمی گردد (Flop). در شکل زیر نمایی از مدار یک مولتی ویبراتور بای استابل دیده می شود.

مدار مولتی ویبراتور بای استابل شکل بالا، در هر دو حالت پایدار است، چه در حالتی که ترانزیستور اول خاموش و ترانزیستور دوم روشن باشد و چه در حالتی که ترانزیستور دوم روشن و اولی خاموش باشد.

فرض کنیم که کلید در موقعیت سمت چپ، یعنی موقعیت A قرار داشته باشد. در این حالت بیس ترانزیستور TR1 به زمین متصل می شود و در ناحیه قطع خود، یک سیگنال خروجی در Q تولید می کند.

حال ترانزیستور TR2 روشن است و از طریق مقاومت های سریR1وR2 به منبع تغذیهVCC متصل می شود. چون ترانزیستور TR2 روشن است، یک خروجی سطح صفر منطقی در خروجی¯¯¯¯Qتولید می شود که معکوس خروجی Q است.

حال کلید را به موقعیت سمت راست، یعنی نقطه B حرکت می دهیم. در نتیجه ترانزیستور TR2 خاموش می شود و این بار ترانزیستور TR1 از طریق مقاومت های سریR3وR4روشن می شود و باعث می شود که ولتاژ سطح یک منطقی در خروجی¯¯¯¯Q و ولتاژ صفر منطقی در خروجی Q ایجاد شود.

به همین دلیل می توان گفت که یک حالت پایدار در این مدار متعلق به زمانی است که ترانزیستور TR1 روشن و TR2 خاموش باشد. مدار زمانی در حالت پایدار دوم قرار می گیرد که TR1 خاموش و TR2 روشن باشد و کلید به موقعیت B حرکت کرده باشد.

بنابراین، برخلاف مولتی ویبراتور مونواستابل که خروجی آن وابسته به ثابت زمانی شبکه RC در مدار فیدبک مورد استفاده است، خروجی مولتی ویبراتور بای استابل وابسته به اعمال دو پالس تریگر خارجی یا تغییر وضعیت کلید از موقعیت A به موقعیت B است.

با توجه به نکاتی که در مورد نحوه عملکرد مدار مولتی ویبراتور بای استابل بیان شد، می توان به این نکته پی برد که این مدار قادر است هم پالس های خروجی بسیار کوتاهی را تولید کند و هم پالس های خروجی مستطیلی شکل بسیار طولانی تر را ایجاد کند که در این پالس ها، لبه بالا رونده در زمان، با اعمال پالس تریگر خارجی اول اتفاق می افتد و لبه پایین رونده، وابسته به اعمال پالس تریگر دوم است.

شکل موج خروجی مولتی ویبراتور بای استابل در تصویر زیر دیده می شود.

کلیدزنی دستی (Manually Switching) بین دو حالت پایدار ممکن است باعث ایجاد یک مدار مولتی ویبراتور بای استابل شود، اما در عمل کاربرد زیادی ندارد. یک راه برای تغییر وضعیت (Toggling) بین دو حالت با استفاده از فقط یک پالس تریگر تکی، در مدار زیر نشان داده شده است.

کلیدزنی بین دو حالت در مدار بالا، فقط با یک پالس تریگر تکی قابل تحقق است. پالس تریگر، به صورت متوالی ترانزیستور روشن را خاموش و ترانزیستور خاموش را در نیمه منفی پالس تریگر روشن می کند.

در نتیجه مدار به صورت پیوسته از طریق اعمال یک پالس به ترتیب به هر یک از بیس های ترانزیستورها، تغییر حالت می دهد. در واقع این عمل با استفاده از اعمال یک پالس تریگر، از طریق ورودی دیودهای بایاس شده به عنوان مدار فرمان (Steering) انجام می گیرد.

بنابراین با استفاده از اولین پالس منفی، وضعیت هر ترانزیستور تغییر می یابد و با اعمال پالس منفی دوم، ترانزیستورها به حالت اولیه خود ریست می شوند و مانند یک شمارنده مقسم بر دو عمل می کنند.

همچنین می توانیم دیودها، خازن ها و مقاومت های فیدبک را حذف کنیم و هر پالس تریگر منفی تکی را مستقیما به بیس ترانزیستورها اعمال کنیم.

مولتی ویبراتور بای استابل دارای کاربردهای بسیار زیادی، مثلا در ساخت فلیپ فلاپ های ست-ریست یا SR در مدارات شمارنده (Counting Circuits) است.

همچنین این ادوات در تولید حافظه های یک بیتی در کامپیوترها مورد استفاده قرار می گیرند.

کاربرد دیگر فلیپ فلاپ های بای استابل در مقسم های فرکانسی (Frequency Dividers) است؛ زیرا پالس خروجی دارای فرکانسی برابر با دقیقا نصف فرکانس پالس تریگر ورودی تکی است که با استفاده از آن حالت تغییر می کند. به عبارت دیگر، مدار یک مقسم فرکانسی است، چون فرکانس ورودی را بر فاکتور 2 تقسیم می کند.