Multivibrator Monostabil

Multivibrator adalah rangkaian regeneratif berurutan yang sinkron atau asinkron dan digunakan secara luas dalam aplikasi pengaturan waktu elektronik

Multivibrator menghasilkan bentuk gelombang output yang menyerupai gelombang persegi simetris atau asimetris dan dengan demikian adalah yang paling umum digunakan dari semua generator gelombang persegi. Multivibrator milik keluarga Osilator yang biasa disebut ” Osilator Relaksasi “.

Secara umum, multivibrator diskrit terdiri dari dua transistor lintas ditambah rangkaian yang dirancang sedemikian rupa sehingga satu atau lebih dari outputnya diumpankan kembali sebagai input ke transistor lain dengan jaringan RC (resistor dan kapasitor) yang terhubung di antara mereka untuk menghasilkan tangki umpan balik rangkaian.

Multivibrator memiliki dua status kelistrikan yang berbeda, status “TINGGI” dan status “RENDAH” memberi mereka keadaan stabil atau kurang-stabil tergantung pada jenis multivibrator. Salah satu jenis konfigurasi generator pulsa dua keadaan disebut Multivibrator Monostabil.

Multivibrator Monostabil hanya memiliki SATU keadaan stabil (maka nama mereka: “Mono”), dan menghasilkan pulsa output tunggal ketika dipicu secara eksternal. Multivibrator Monostabil hanya kembali ke keadaan asli dan stabil pertama setelah periode waktu yang ditentukan oleh konstanta waktu dari rangkaian RC coupled.

Pertimbangkan rangkaian MOSFET di sebelah kiri. Resistor R dan Kapasitor C membentuk rangkaian timing RC. Mode N-channel eMOSFET diaktifkan “ON” karena tegangan melintasi kapasitor dengan LED yang terhubung dengan drain juga “ON”.

Ketika sakelar ditutup kapasitor dihubung pendek dan oleh karena itu dilepaskan sementara pada saat yang sama gerbang MOSFET disingkat ke ground. MOSFET dan karenanya LED keduanya dimatikan “OFF”. Ketika sakelar ditutup, rangkaian akan selalu “OFF” dan “tidak stabil”.

Ketika sakelar dibuka, kapasitor yang habis sepenuhnya mulai mengisi melalui resistor, R pada laju yang ditentukan oleh konstanta waktu RC dari jaringan resistor-kapasitor. Setelah kapasitor mengisi tegangan mencapai level tegangan ambang batas bawah dari gerbang MOSFET, MOSFET mengaktifkan “ON” dan menerangi LED yang mengembalikan rangkaian kembali ke keadaan stabil.

Kemudian penerapan sakelar menyebabkan rangkaian memasuki kondisi tidak stabil, sedangkan konstanta waktu dari jaringan RC mengembalikannya ke kondisi stabil setelah periode waktu yang telah ditentukan sehingga menghasilkan rangkaian MOSFET “satu-tembakan” atau MOSFET Multivibrator Monostabil yang sangat sederhana.

Multivibrator Monostabil atau “One-Shot Multivibrator” sebagaimana mereka disebut juga, digunakan untuk menghasilkan pulsa output tunggal dari lebar yang ditentukan, baik “TINGGI” atau “RENDAH” ketika sinyal pemicu eksternal yang sesuai atau pulsa T diterapkan. Sinyal pemicu ini memulai siklus pengaturan waktu yang menyebabkan output monostabil untuk mengubah keadaannya di awal siklus pengaturan waktu dan akan tetap dalam kondisi kedua ini.

Siklus waktu Monostabil ditentukan oleh konstanta waktu dari kapasitor timing, C_T dan resistor, R_T sampai me-reset atau mengembalikan sendiri kembali ke asli (stabil) keadaan. Multivibrator Monostabil kemudian akan tetap dalam kondisi stabil semula tanpa batas hingga pulsa input atau sinyal pemicu lainnya diterima. Kemudian, Multivibrator Monostabil hanya memiliki SATU keadaan stabil dan menjalani siklus penuh sebagai respons terhadap pulsa input pemicu tunggal.

Rangkaian Multivibrator Monostabil

Transistor dasar Collector-gabungan Multivibrator Monostabil dan bentuk gelombang yang terkait ditunjukkan di atas. Ketika daya pertama kali diterapkan, base transistor TR2 terhubung ke Vcc melalui resistor biasing, R_T dengan demikian mengubah transistor “sepenuhnya-ON” dan menjadi saturasi dan pada saat yang sama mengubah TR1 “OFF” dalam proses. Ini kemudian mewakili rangkaian “Status Stabil” dengan output nol. Arus yang mengalir ke terminal dasar jenuh dari TR2 karena itu akan sama dengan Ib = (Vcc – 0.7)/R_T.

Baca Juga

Jika pulsa pemicu negatif sekarang diterapkan pada input, tepi pulsa yang cepat luruh akan melewati kapasitor, C1 ke base transistor, TR1 melalui dioda pemblokiran mengubahnya menjadi “ON”. Collector TR1 yang sebelumnya di Vcc turun dengan cepat ke bawah nol volt efektif memberikan kapasitor C_T membalikkan muatan dari -0.7v di plat-nya. Tindakan ini menghasilkan transistor TR2 sekarang memiliki tegangan base minus pada titik X memegang transistor sepenuhnya “OFF”. Ini kemudian mewakili keadaan rangkaian kedua, “Status Tidak Stabil” dengan tegangan output sama dengan Vcc.

Kapasitor timing, C_T mulai melepaskan -0.7v ini melalui resistor timing R_T, mencoba mengisi hingga tegangan supply Vcc. Tegangan negatif ini di dasar transistor TR2 mulai menurun secara bertahap pada tingkat yang ditentukan oleh konstanta waktu dari kombinasi R_T C_T. Ketika tegangan dasar TR2 meningkat kembali ke Vcc, transistor mulai berjalan dan melakukan hal itu “OFF” lagi transistor TR1 yang menghasilkan multivibrator Monostabil secara otomatis kembali ke keadaan stabil semula menunggu pulsa pemicu negatif kedua untuk memulai kembali proses sekali lagi.

Multivibrator Monostabil yang dapat menghasilkan pulsa yang sangat pendek atau bentuk gelombang yang lebih panjang berbentuk segi empat yang ujung depannya naik seiring waktu dengan pulsa pemicu yang diterapkan secara eksternal dan ujung trailing bergantung pada konstanta waktu RC dari komponen umpan balik yang digunakan. Konstanta waktu RC ini dapat divariasikan dengan waktu untuk menghasilkan serangkaian pulsa yang memiliki penundaan waktu tetap yang terkendali sehubungan dengan pulsa pemicu asli seperti ditunjukkan di bawah ini.

Bentuk Gelombang Multivibrator Monostabil

Konstanta waktu dari Multivibrator Monostabil dapat diubah dengan memvariasikan nilai dari kapasitor, C_T resistor, R_T atau keduanya. Multivibrator Monostabil umumnya digunakan untuk menambah lebar pulsa atau untuk menghasilkan waktu tunda dalam suatu rangkaian karena frekuensi sinyal output selalu sama dengan yang untuk input pulsa pemicu, satu-satunya perbedaan adalah lebar pulsa.

TTL/CMOS Multivibrator Monostabil

Selain menghasilkan Multivibrator Monostabil dari masing-masing komponen terpisah seperti Transistor, kami juga dapat membuat rangkaian Monostabil menggunakan rangkaian terintegrasi yang tersedia secara umum. Rangkaian berikut menunjukkan bagaimana rangkaian Multivibrator Monostabil dasar dapat dibangun hanya dengan menggunakan dua 2-input Gerbang Logika “NOR”.

Rangkaian Gerbang NOR Monostabil

Misalkan pada awalnya bahwa input pemicu adalah RENDAH pada tingkat logika “0” sehingga output dari gerbang NOR pertama U1 adalah TINGGI pada tingkat logika “1”, (prinsip gerbang NOR). Resistor, R_Tterhubung ke tegangan supply sehingga juga sama dengan tingkat logika “1”, yang berarti bahwa kapasitor, C_T memiliki muatan yang sama pada kedua plat nya. Junction V1 oleh karena itu sama dengan tegangan ini sehingga output dari gerbang NOR kedua U2 akan RENDAH pada tingkat logika “0”. Ini kemudian mewakili rangkaian “Status Stabil” dengan output nol.

Ketika pulsa pemicu positif diterapkan pada input pada waktu t₀, output gerbang NOR pertama U1 menjadi RENDAH dengan membawa plat tangan kiri kapasitor C_T dengan demikian melepaskan kapasitor. Karena kedua plat kapasitor sekarang berada pada level logika “0”, demikian juga input ke gerbang NOR kedua, U2 menghasilkan output yang sama dengan level logika “1”. Ini kemudian mewakili keadaan rangkaian kedua, “Status Tidak Stabil” dengan tegangan output sama dengan +Vcc.

Kedua gerbang NOR, U2 akan mempertahankan keadaan tidak stabil ini kedua sampai waktu kapasitor sekarang pengisian melalui resistor, R_T mencapai tegangan minimum ambang input dari U2 (approx. 2.0V) menyebabkan ia mengubah keadaan sebagai tingkat logika “1” nilai kini telah muncul di inputnya. Ini menyebabkan output diatur ulang ke logika “0” yang pada gilirannya diumpankan kembali (loop umpan balik) ke satu input U2. Tindakan ini secara otomatis mengembalikan Monostabil kembali ke kondisi stabil semula dan menunggu pulsa pemicu kedua untuk memulai kembali proses pengaturan waktu sekali lagi.

Bentuk Gelombang Gerbang NOR Monostabil

Ini kemudian memberi kita persamaan untuk periode waktu rangkaian sebagai:

τ =0.7 RC

Di mana, R berada di Ω dan C di Farad.

Kami juga dapat membuat generator pulsa Monostabil menggunakan IC khusus dan sudah ada rangkaian terintegrasi yang didedikasikan untuk ini seperti 74LS121 standar one-shot Multivibrator Monostabil atau 74LS123 atau 4538B yang dapat dipicu Monostabil multivibrator yang dapat menghasilkan lebar pulsa output dari serendah 40 nanodetik hingga 28 detik dengan hanya menggunakan dua komponen timing RC eksternal dengan lebar pulsa yang diberikan sebagai: T = 0.69RC dalam detik.

IC 74LS121 Generator Multivribator Monostabil

IC pembangkit pulsa Monostabil ini dapat dikonfigurasikan untuk menghasilkan pulsa output baik pada pulsa pemicu rising-edge atau pulsa pemicu falling-edge. The 74LS121 dapat menghasilkan lebar pulsa dari sekitar 10ns hingga sekitar 10ms lebar resistor timing maksimum 40kΩ dan kapasitor timing maksimum 1000uF.

Ringkasan Multivibrator Monostabil

Kemudian untuk meringkas, rangkaian Multivibrator Monostabil hanya memiliki SATU keadaan stabil menjadikannya generator pulsa “satu-shot”. Ketika dipicu oleh pulsa pemicu eksternal pendek baik positif atau negatif.

Setelah memicu status perubahan Monostabil dan tetap dalam kondisi kedua ini untuk sejumlah waktu yang ditentukan oleh periode waktu yang telah ditentukan dari komponen timing umpan balik RC yang digunakan. Satu periode waktu ini telah berlalu, Monostabil secara otomatis mengembalikan dirinya kembali ke keadaan rendah semula sambil menunggu pulsa pemicu kedua.

Oleh karena itu multivibrator yang dapat dimonitor dapat dianggap sebagai generator pulsa yang dipicu dan umumnya digunakan untuk menghasilkan waktu tunda dalam suatu rangkaian karena frekuensi sinyal output sama dengan frekuensi input pulsa pemicu, satu-satunya perbedaan adalah lebar pulsa.

Salah satu kelemahan utama dari “Multivibrator Monostabil” adalah bahwa waktu antara penerapan pulsa pemicu berikutnya harus lebih besar daripada konstanta waktu RC rangkaian yang telah ditentukan untuk memungkinkan waktu kapasitor untuk mengisi dan melepaskan.

Dalam tutorial berikutnya tentang Multivibrator, kita akan melihat salah satu yang memiliki DUA kondisi stabil yang membutuhkan dua pulsa pemicu untuk beralih dari satu kondisi stabil ke yang lain. Jenis rangkaian multivibrator ini disebut Multivibrator Bistabil yang juga dikenal dengan nama yang lebih umum yaitu “Flip-flop“.