مولتی ویبراتور بای استابل

مولتی ویبراتورهای بایستابل به روشی مشابه با فلیپ فلاپ­‌ها عمل می­‌کنند و یکی از دو خروجی پایدار را تولید کرده که مکمل یکدیگر هستند.

 این مولتی ویبراتور نوع دیگری از دستگاه های دو حالته است و مشابه مولتی ویبراتور مونو استابل عمل کرده که در مقاله قبلی به آن پرداختیم، اما تفاوت در این است که هر دو حالت پایدار هستند.

مولتی ویبراتورهای بای استابل دو حالت پایدار دارند (از این رو نام آن “بای” به معنی دو است) و یک حالت خروجی داده شده را به طور نامحدود حفظ می­‌کنند مگر اینکه یک فرمان خارجی اعمال شود که آن را مجبور به تغییر حالت کند.

مولتی ویبراتور بای استابل را می‌­توان با استفاده از یک پالس فرمان خارجی از یک حالت پایدار به حالت دیگر تغییر داد، بنابراین، قبل از اینکه به حالت اولیه خود بازگردد به دو پالس فرمان خارجی نیاز دارد. از آنجایی که مولتی ویبراتورهای بای استابل دارای دو حالت پایدار هستند، معمولاً برای استفاده در مدارهای ترتیبی به نام­‌های لچ (Latches) و فلیپ فلاپ شناخته می­‌شوند.

مولتی ویبراتور گسسته بای استابل یک دستگاه غیر احیا کننده دو حالته است و از دو ترانزیستور کوپل شده متقابل ساخته شده که به عنوان سوییچ­‌های ترانزیستوری “روشن-خاموش” کار می­‌کنند. در هر یک از این دو حالت، یکی از ترانزیستورها قطع شده در حالی که ترانزیستور دیگر در حالت اشباع است، این بدان معناست که مدار بای استابل قادر است به طور نامحدود در هر یک از حالت­‌های پایدار باقی بماند.

برای تغییر حالت بای استابل از یک حالت به حالت دیگر، مدار بای استابل نیاز به یک پالس فرمان مناسب دارد و برای گذراندن یک دوره کامل، دو پالس فرمان، یکی برای هر مرحله لازم است. نام یا اصطلاح رایج­‌تر آن «فلیپ فلاپ» به عملکرد واقعی دستگاه مربوط می‌­شود، زیرا به یک حالت منطقی «تغییر (فلیپ)» می­‌کند، در آنجا باقی می‌‎­ماند و سپس به حالت اول خود تغییر کرده یا «فلاپ» می‌­شود. مدار زیر را در نظر بگیرید.

مدار مولتی ویبراتور بای استابل

۱. مدار مولتی ویبراتور بایستابل

مدار مولتی ویبراتور بای استابل بالا در هر دو حالت پایدار است، با یک ترانزیستور “خاموش” و دیگری “روشن” یا با ترانزیستور اول “روشن” و دوم “خاموش”. فرض کنید سوییچ در موقعیت چپ، موقعیت “A”، است. بیس ترانزیستور TR1 به زمین متصل می­‌شود و در ناحیه قطع آن خروجی Q را تولید می‌­کند. این بدان معناست که ترانزیستور TR2 “روشن” است زیرا بیس آن از طریق ترکیب سری مقاومت‌های R1 و R2 به Vcc متصل می­‌شود. از آنجایی که ترانزیستور TR2 “روشن” است، خروجی در Ǭ، برعکس یا معکوس Q، صفر خواهد بود.

اگر سوئیچ اکنون به سمت راست حرکت کند، موقعیت “B”، ترانزیستور TR2 بر روی “خاموش” و ترانزیستور TR1 بر روی “روشن” از طریق ترکیبی از مقاومت­‌های R3 و R4 سوییچ می­‌شوند که منجر به یک خروجی در Ǭ و خروجی صفر در Q می­‌شود (برعکس بالا). بنابراین، می‌­توانیم بگوییم که زمانی که ترانزیستور TR1 “روشن” و TR2 “خاموش” باشد، یک حالت پایدار وجود دارد (موقعیت سوئیچ “A”)، و حالت پایدار دیگری زمانی وجود دارد که ترانزیستور TR1 “خاموش” و TR2 “روشن” باشد (موقعیت سوئیچ “ب”).

بر خلاف مولتی ویبراتور مونو استابل که خروجی آن به ثابت زمانی RC اجزای فیدبک استفاده شده وابسته است، خروجی مولتی ویبراتورهای بای استابل به اعمال دو پالس فرمان جداگانه، موقعیت سوئیچ “A” یا “B”، بستگی دارد.

بنابراین، مولتی ویبراتورهای بای استابل می‌توانند یک پالس خروجی بسیار کوتاه یا یک خروجی مستطیلی شکل بسیار طولانی‌تر تولید کنند که لبه ابتدایی آن با پالس فرمان خارجی به‌ موقع افزایش یافته و لبه انتهایی آن به پالس فرمان دوم مطابق شکل زیر بستگی دارد.

شکل موج مولتی ویبراتور بای استابل

۲. شکل موج مولتی ویبراتور بای استابل

تعویض دستی بین دو حالت پایدار ممکن است یک مدار مولتی ویبراتور بای استابل ایجاد کند اما کاربردی نیست. یکی از راه‌­های جابجایی بین دو حالت با استفاده از تنها یک پالس فرمان در زیر نشان داده شده است.

مولتی ویبراتور بای استابل سوئیچینگ متوالی

۳. مولتی ویبراتور بای استابل سوئیچینگ متوالی

سوئیچینگ بین دو حالت با اعمال یک پالس فرمان به دست می‌­آید که به نوبه خود باعث می­‌شود که ترانزیستور «روشن»، «خاموش» شود و ترانزیستور «خاموش» روی نیمه منفی پالس فرمان روشن شود. مدار به طور متوالی با اعمال یک پالس به هر بیس به نوبه خود سوئیچ می­‌شود که از طریق یک پالس فرمان ورودی با استفاده از یک دیود بایاس به عنوان مدار فرمان انجام می­‌شود.

بنابراین، با استفاده از اولین پالس منفی، وضعیت هر ترانزیستور سوئیچ شده و با اعمال پالس منفی دوم، ترانزیستورها به حالت اولیه خود باز می‌­گردند و مانند یک شمارنده تقسیم بر دو عمل می­‌کنند. به همین ترتیب، می‌توانیم دیودها، خازن‌ها و مقاومت‌های فیدبک را حذف کنیم و پالس‌های فرمان منفی را مستقیماً روی بیس‌های ترانزیستور اعمال کنیم.

مولتی ویبراتورهای بایستابل دارای کاربردهای زیادی برای تولید یک مدار تنظیم مجدد، مدار فلیپ فلاپ SR برای استفاده در مدارهای شمارش یا به عنوان یک دستگاه ذخیره‌­سازی حافظه یک بیتی در رایانه هستند. از دیگر کاربردهای فلیپ فلاپ‌های بای استابل می‌توان به تقسیم‌کننده‌های فرکانس اشاره کرد. پالس‌های خروجی دارای فرکانسی هستند که دقیقاً نصف فرکانس پالس ورودی فرمان (ƒ/2) است، زیرا تغییر حالت آن­ها از یک پالس ورودی است. به عبارت دیگر، مدار، تقسیم فرکانسی را تولید می‌­کند که فرکانس ورودی را بر ضریب دو (یک اکتاو) تقسیم می­‌کند.

مولتی ویبراتورهای بای استابل TTL/CMOS

5. مولتی ویبراتورهای بای استابل TTL/CMOS

مدار بالا نشان می‌دهد که چگونه می‌توانیم از دو گیت NAND متصل به هم برای ساخت یک مولتی ویبراتور بای استابل استفاده کنیم. این نوع مدار بایستابل به نام فلیپ فلاپ بایستابل نیز شناخته می­شود. مولتی ویبراتور بایستابل کنترل دستی، توسط کلید تک پل دو حالته (SPDT) فعال شده تا سیگنال­های منطقی “1” یا “0” را در خروجی تولید کند.

شاید متوجه شده باشید که این مدار کمی آشنا به نظر می‌­رسد و حق با شماست!. این نوع مدار سوییچینگ بای استابل معمولاً فلیپ فلاپ گیت SR NAND نامیده می‌­شود که تقریباً مشابه مداری است که در آموزش‌­های مدارهای منطقی متوالی به آن پرداختیم. در آن آموزش خاص دیدیم که این نوع از بای استابل گیت NAND  یک مدار “دیبانس (debounce) سوئیچ” ایجاد می­‌کند که تنها به یک عمل سوئیچینگ اجازه می­دهد تا خروجی خود را کنترل کند.

در مقاله بعدی در مورد مولتی ویبراتورها، به نوعی می­‌پردازیم که هیچ حالت پایداری ندارد زیرا به طور مداوم از یک حالت پایدار به حالت دیگر تغییر می­‌کند. این نوع مدار مولتی ویبراتور، مولتی ویبراتور ناپایدار یا آستابل نامیده می­‌شود که با نام متداول‌تر آن­ها “نوسانگر آزادگرد (fee-running)” نیز شناخته می­‌شوند.