Multivibratörler

Multivibratörler
Kare dalga veya dikdörtgen dalga meydana getiren devrelere MULTİVİBRATÖR adı verilir. Bu devreler temel olarak pozitif geri beslemeli iki yükselteç devresinden oluşur. Genelde çalışma prensibi bir yükselteç iletimde iken diğeri kesimdedir.
- Tek kararlı (monostable) multivibratör
- Çift kararlı (bistable) multivibratör
- Kararsız (astable) multivibratör olmak üzere 3 tip multivibratör vardır.

Monastable (Tek Kararlı) Multivibratör
Monostable multivibratör bir transistör iletimde ve diğeri yaltımda olduğundan tek bir sabit konuma sahip olan bir devredir. Devrenin konum değiştirebilmesi için yani kesimde olan transistörün iletime geçebilmesi için bir tetikteme palsinin devreye tatbiki şarttır.

Şekil 3.32 - Monostable Multivibratör
Şekil 3.32 'deki devreye tetikleme palsi CT, RT ve DT elemanları ile Q1 transistörün beyzine tatbik edilir. CT, RT ve DT elemanlarından oluşan devre bir türevleyici devredir. Monostable mültivibratörü tetiklemek için (+) darbeler gerekeceğinden böyle bir bağlantıya ihtiyaç duyulmuştur. Girişten kare dalga uygulanır.


Şekil 3.33 - CT ve RT 'den Oluşan Türevleyici Devre
Şekil 3.33 'de görüldüğü gibi girişe kare dalga uygulanır. Bir R-C devresinden oluşan türevleyici devrede çıkış R üzerinden alınır. Direnç üzerinden alınan çıkış sivriltilmiş dalgaya benzeyen, pozitif ve negatif darbelerden oluşur. Fakat, bu pozitif ve negatif darbelerden oluşan bu sinyali, tetikleme için transistörün beyzine uygulayamayız. Bu sinyalin negatif darbelerinin yokedilmesi gerekir. Bunu yapacak eleman ise diyoddur.


Şekil 3.34 - CT, RT ve DT 'den Oluşan Türevleyici Devre
Şekil 3.34 'te görüldüğü gibi türevleyici devreye DT diyodunun eklenmesiyle tetikleme palsinin negatif darbeleri yokedilmiştir. Bu bilgileri verdikten sonra şekil 3.32 'deki devrenin çalışmasına geçebiliriz.
Şekil 3.32 devrede dışarıdan herhangi bir etkide bulunmadığı sürece yani girişten kare dalga verilmediği sürece Q1 transistörü yalıtımda (kesim), Q2 transistörü ise iletim (doyum) dadır. Çünkü, burada beyz polarmasını alan transistör Q2 'dir. Q1 transistörünü kesimden kurtarmak için beyzine yeterli genlikte bir pozitif darbenin uygulanması gerekir. Buda girişten bir kare dalganın uygulanması demektir. Q1 transistörü iletime geçtiği anda C kapasitesinin (+) kutbu Q1 transistörü vasıtasıyla (C-E eklemi kısa devre) toprağa, (-) kutbu ise Q2 'nin beyzine bağlı durumdadır. Böylece, Q2 transistörünün beyzine (-) sinyal geldiği için Q2 transistörü kesime girecektir. Yani, girişe kare dalga uygulandığında, Q1 kesimde iken iletime, Q2 iletimde iken kesime girecektir. C kapasitesi R direnci üzerinden deşarj olmaya başlayacaktır. Daha sonra Q2 transistörünün beyzine bağlı olan ucu (+) olacak şekilde tekrar şarj olmaya başlayacaktır. C 'nin üzerindeki gerilim Vo gibi bir değere ulaştığında Q2 iletime girecektir. Q2 'nin iletime geçmesiyle beraber Q1 yalıtıma girecektir. C kapasitesi tekrar kaynak gerilimine kadar dolar. Yeni bir tetikleme palsine kadar, devre bu konumunu koruyacaktır.

Şekil 3.35 - Monostable Multivibratörün Dalga Şekilleri
Şekil 3.35 'te görüldüğü gibi, devrenin girişine (Q1 'in beyzine) tetikleme darbesi uygulandığı sürece Q1 yalıtımda, Q2 iletimdedir. Yalıtımda olan bir transistörün C-E ekleminde Vcc kaynak voltajı, iletimde olan bir transistörün C-E eklemi kısa devre olduğundan voltaj alınmaz. Tetikleme palsi gelince Q1 iletime geçtiği için C-E eklemi 0 Volta iner. Dalga şekillerindende anlaşılacağı gibi bir transistör iletimde iken diğeri kesimdedir.
Bistable (Çift Kararlı) Multivibratör

Şekil 3.36 - Temel Bistable M.V. Devresi
Hafıza elemanı olan flip / flop 'ların temelidir. İki istikrarlı duruma sahiptir. Devreye tetikleme palsi tatbik edilinceye kadar devre sabit konumunu korur. Tetikleme palsi uygulandıktan sonra devre diğer sabit duruma girer ve önceki sabit duruma dönebilmesi için tekrar tetikleme palsine ihtiyaç vardır.
Temel flip /flop devresi şekil 3.36 'da gösterilmiştir. Bir transistör iletimde iken diğeri yalıtımdadır. Örneğin, Q1 transistörü iletmide Q2 transistörü yalıtımda olduğunu düşünelim. Devreye dışarıdan herhangi bir etkide bulunulmadığı sürece transistörler bu konumunu korurlar. Dışarıdan uygulanacak bir tetikleme ile yalıtımda olan Q2 iletime, iletimde olan Q1 yalıtıma girecektir. Yani, dışarıdan uygulanacak bir tetikleme palsi ile devre konum değiştirecektir.
 
 

Şekil 3.37 - Tetiklemeli Bistable M.V. Devresi
Şekil 3.37 'deki devrede, tetikleme işlemi diyodlar üzerinden transistörlerin beyzine yapılmaktadır. İlk başta Q1 'in iletimde, Q2 'nin ise yalıtımda olduğunu düşünelim. A girişine 0 uygulamakla (şaseye irtibatlamak) D1 diyodu iletken hale geçecek ve Q1 transistörünün beyz polarmasını şaseleyerek Q1 'i yalıtıma sokacaktır. Buna bağlı olarak Q2 iletime girecektir.
Bu şekilde devreninin konumu değişecektir.
 
 
 
 

Şekil 3.38 - Kısa Sürede Konum Değiştiren M.V. Devresi
Bistable multivibratörlerde, dışarıdan tetikleme palsi uygulandığında çok kısa sürede konum değiştirmesi istenir. Burada, konum değiştirme zamanı ile multivibratörün çalışma frekansı ters orantılıdır. Başka bir ifadeyle, transistörler çok çabuk konum değiştirebiliyorsa çalışabileceği maximum frekansta büyür. Transistörlerin çabuk konum değiştirebilmeleri için R3 ve R4 dirençlerine şekil 3.38 'de görüldüğü gibi C1 ve C2 gibi paralel kondansatörler bağlanır. Aynı zamanda bu kondansatörler hızlandırıcı özellikte olup, Q1 ve Q2 transistörlerinin beyzlerindeki kapasite özelliğini giderir. (Yaklaşık 100 pf değerlerinde de olmalıdır.)
 


Astable (Kararsız) Multivibratör

Şekil 3.39 - Astable M.V.
Bu multivibratör devresi sabit bir konumda değildir. Dışarıdan bir tetikleme palsi uygulanmadığından, transistörler sıra ile yalıtımdan iletime geçer. Şekil 3.39 'daki astable multivibratör devresinde; R1 = R2 , R3 = R4, C1 = C2, Q1 = Q2 olduğundan iki transistörün aynı anda iletimde ya da kesimde olduğu düşünülebilir. Fakat, devredeki elemanların az da olsa birbirinden ayıran toleransları vardır. Örneğin 100 KΩ 'luk direncin toleransı % 5 ise bu direncin değeri 95 K ile 105 K arasındadır. O halde devredeki elemanların toleransları olduğu için başlangıçta bir transistör iletimde, diğeri ise kesimdedir.
Başlangıçta; Q1 yalıtımda, Q2 iletimde olsun. Bu durumda C2 kondansatörü Q2 ve R4 üzerinden Vo gibi bir voltaja şarj olur. Bu esnada C2 kondansatörü de Q2, R1 ve +Vcc üzerinden dolmaya başlar. C1 'in sol ucu (+), sağ ucu (-) C2 'nin sol ucu (+), sağ ucu ise (-) olarak kutuplanır. C2 kapasitesi üzerindeki gerilim Q1 transistörünü iletime geçirebilecek seviyeye ulaştığında Q1 iletime geçer. Bu anda, C1 'in (+) ucu şaseye, (-) ucu ise Q2 'nin beyzine bağlanmış olacağından Q2 kesime girer. C1 kapasitesi R3 ve Q1 üzerinden deşarj olmaya başlar. C1 'in üzerindeki gerilim miktarı 0 Volt 'a iner ve ilk durumuna göre ters yönde yükselmeye başlar. Bu esnada C2 kapasitesi, Q1 ve R2 üzerinden kaynak voltajı olan Vcc 'ye şarj olmaktadır. C1 üzerindeki kaynak voltajı olan Vcc 'ye şarj olmaktadır. C1 üzerindeki gerilim Vo gibi yeterli seviyeye ulaştığında Q2 iletime girer. Bu anda C2 kondansatörünün (+) ucu şaseye, (-) ucu ise Q1 transistörünün beyzine irtibatlı olduğundan Q1 yalıtıma gider. Bu olay böyle devam eder.

Şekil 3.40 'da transistörlerin çıkışlarından alınan sinyaller görülmektedir. Q1 veya Q2 transistörlerinin kollektöründen kare dalga elde edilir.Bu kare dalganın frekansı R3, R4, C1 ve C2 değerine bağlıdır.
Elde edilen kare dalganın periyodu;
T = 0,7 ( R3.C1 + R4.C2 ) formülüyle bulunur.
Düzgün bir kare dalga için R3 = R4 ve C1 = C2 olacak şekilde seçilmelidir.

OP-AMP 'lı Monostable Multivibratör

Şekil 3.41 - OP-AMP 'lı Monostable M.V. Devresi
Şekil 3.41 'de OP-AMP ile gerçekleştirilen tek kararlı multivibratör devresi görülmektedir.
Şekil 3.41 'deki devrede giriş sinyali yok iken D2 diyodu iletimde olacağından, OP-AMP 'ın faz çeviren (-) giriş ucundaki gerilim milivolt seviyesindedir. Bu anda OP-AMP 'ın faz çevirmeyen (+) giriş ucundaki gerilim ise;
[Vo / (R2 + R3)].R2 'dir.
Negatif giriş sinyali uygulandığında ve bu değer
[Vo / (R2 + R3)].R2 değerini geçerse D2 diyodu ters polarmaya uğrar. Dolayısıyla C2 kondansatörü zorunlu olarak şarj olur. C2 'nin şarj olmasıyla beraber OP-AMP 'ın (-) girişi, (+) girişinden daha fazla negatif olacaktır. OP-AMP 'ın çıkışı max Vo gerilimine ulaşır. Negatif giriş palsi uygulanırsa ve bu darbenin seviyesi, OP-AMP 'ın faz çevirmeyen (+) girişindeki gerilim değerini aşarsa, OP-AMP -Vo (max) değerine ulaşır.

OP-AMP 'lı Bistable Multivibratör

Şekil 3.42 - OP-AMP 'lı Bistable M.V. Devresi
Şekil 3.42 'de görüldüğü gibi, devrenin çıkışı ZD1 ve ZD2 Zener diyodları ile belirlenen +Vz ve -Vz değerleri arasında doyuma gider. Non-inverting girişteki, negatif geri beslemeyi sağlayan eleman Rf direncidir. Vi girişine sinyal uygulanmadığı sürece devre konumunu koruyacaktır. Vi girişine küçük bir pozitif darbenin uygulanması halinde, OP-AMP 'ın faz çevirmeyen (+) girişindeki polarite değişeceğinden, OP-AMP çıkışı bir önceki durumunun tersi olacaktır. OP-AMP çıkışı, Vi girişine uygulanan darbe ile +Vz ile -Vz değerleri arasında değişecektir.
OP-AMP 'lı Astable Multivibratör
OP-AMP ile gerçekleştirilen astable (kararsız) multivibratör devresi, aslında karşılaştırıcı gibi çalışmaktadır.
İlk önce OP-AMP 'ın faz çevirmeyen (+) girişindeki Vx değerinin daha pozitif olduğunu düşünelim. Bu durumda, OP-AMP çıkışı Vo = +V kadar olur.
Buradan;

Şekil 3.43 - OP-AMP 'lı Astable M.V. Devresi
Vx = [V / (R1 + R2)].R1 değerindedir. R1 / (R1 + R2) = k olarak tanımlarsak
Vx = k . V olur. Bu esnada C kapasitesi, OP-AMP 'ın faz çeviren uca (+) gerilim uygulayacak yönde şarj olmaktadır.
Kondansatör üzerindeki gerilim Vc = k.V olduğunda OP-AMP çıkışı Vo = -V olarak konum değiştirir. Vc = - kV olduğunda OP-AMP çıkışı Vo = +V olarak yine konum değiştirir. Olaylar böyle devam ederek, çıkışta ±V genlikte bir kare dalga elde edilecektir. Transistörlü astable mültivibratör devresinde olduğu gibi dışarıdan herhangi bir tetikleme olmadan çıkıştan kare dalga elde edilir. RK1 ve RK2 dirençleri, OP-AMP 'ın faz çeviren (-) ve çevirmeyen (+) girişlerini korumak amacıyla kullanılmıştır.