หน่วยที่ 10 ไบสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์

เอกสารประกอบการเรยี น วิชา วงจรพัลส์และสวิตชงิ รหัสวิชา 2105-2006 หนว่ ยการเรียนที่ 10 ไบสเตเบลิ มัลตไิ วเบรเตอร์ จัดทาโดย ครปู ราณทิพย์ ชนวรี จ์ ารณุ ฐัสาขาวิชาอเิ ลก็ ทรอนิกส์ วทิ ยาลัยเทคนิคจนั ทบุรีสานักงานคณะกรรมการการอาชวี ศกึ ษา กระทรวงศกึ ษาธิการ

ไบสเตเบลิ มัลติไวเบรเตอร์แนวคดิ วงจรทางอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ท่ีทาใหเ้ กดิ สัญญาณรูปคล่ืนสี่เหลี่ยม เรียกว่า วงจรมัลติไวเบรเตอร์(Multivibrator Circuit) แบง่ ออกได้ 3 ชนดิ คอื วงจรอะสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์ วงจรโมโนสเตเบิลมัลตไิ วเบรเตอร์ และวงจรไบสเตเบิลมัลตไิ วเบรเตอร์ ไบสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์ เป็นวงจรมัลติไวเบรเตอร์ท่ีมีสภาวะคงที่ 2 สภาวะ คือ สภาวะนากระแส “ON” กับสภาวะหยุดนากระแส “OFF” เอาต์พุตจะมีสภาวะตรงกันข้ามกับเอาต์พุตเดิมเมื่อมีสัญญาณใหม่เข้ามากระตุ้น กล่าวคือ ถ้าเอาต์พุตอยู่ในสภาวะหยุดนากระแส “OFF” เมื่อมีสญั ญาณเขา้ มากระตุ้นจะสง่ ผลให้เอาตพ์ ุตเปล่ียนเป็นสภาวะนากระแส “ON” และเม่ือมีสัญญาณมากระต้นุ อกี ครงั้ จะทาให้เอาต์พตุ กลบั มาอยู่ในสภาวะหยุดนากระแส “OFF” มีสภาวะสลับไปสลับมาทุกคร้ังท่ีมีสัญญาณมากระตุ้น ในหน่วยน้ีจะกล่าวถึงวงจรไบสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์ท่ีใช้ทรานซสิ เตอร์สาระการเรยี นรู้ 1. วงจรไบสเตเบิลมลั ตไิ วเบรเตอร์ 2. วงจรไบสเตเบลิ มลั ตไิ วเบรเตอรท์ ี่ใชท้ รานซิสเตอร์ 3. การจุดชนวนวงจรไบสเตเบลิ มลั ตไิ วเบรเตอร์จุดประสงค์การเรียนรู้ จุดประสงค์ท่ัวไป 1. เพอ่ื ใหม้ คี วามรู้ และเข้าใจเกี่ยวกบั วงจรไบสเตเบลิ มัลติไวเบรเตอร์ 2. เพ่ือให้มีกจิ นสิ ัยในการพัฒนาคณุ ธรรม จรยิ ธรรม จุดประสงคเ์ ชิงพฤตกิ รรม 1. บอกความหมายของวงจรไบสเตเบลิ มัลติไวเบรเตอร์ได้ 2. อธิบายการทางานของวงจรไบสเตเบลิ มลั ติไวเบรเตอร์ทใี่ ช้ทรานซสิ เตอรไ์ ด้ 3. อธิบายวธิ ีการจุดชนวนวงจรไบสเตเบลิ มลั ตไิ วเบรเตอร์ได้ 4. มีการพัฒนาคณุ ธรรม จรยิ ธรรม และคณุ ลกั ษณะอนั พงึ ประสงคท์ ี่ผสู้ อนสามารถสงั เกตเห็นไดใ้ นดา้ นมนษุ ยสมั พันธ์ มวี ินยั ใช้วสั ดุอปุ กรณ์ ความรับผดิ ชอบ ตรงต่อเวลาละเอยี ดรอบคอบ มีความกระตือรอื ร้นในการทางาน เช่อื มั่นในตนเอง ซ่ือสัตย์สจุ ริต สนใจใฝร่ ู้ รกั สามคั คี

1.วงจรไบสเตมัลติไวเบรเตอร์ วงจรไบสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์ (Bistable Multivibrator) เป็นวงจรมัลติไวเบรเตอร์ที่มีสภาวะคงที่ 2 สภาวะ การเปล่ียนแปลงสภาวะการทางานจากสภาวะหน่ึงไปอีกสภาวะหนึ่งต้องมีสัญญาณอินพุตมาควบคุมการทางาน วงจรจะมี 2 ส่วน ส่วนหน่ึงทางานตลอดเวลา อีกส่วนหน่ึงจะหยุดทางานตลอดเวลา วงจรแต่ละส่วนจะอยู่ในสภาวะนี้จนกว่าจะมีสัญญาณอินพุตเข้ามากระตุ้นวงจร สภาวะการทางานของวงจรจึงจะเกิดการเปลี่ยนแปลง โดยส่วนที่ทางานอยู่จะหยุดทางาน และส่วนที่หยุดทางานจะทางานแทน และจะคงสภาวะเช่นน้ีไปจนกว่าจะมีสัญญาณอินพุตมากระตนุ้ อกี ครง้ั สภาวะการทางานก็จะกลับไปสู่สภาวะเดิมเหมือนคร้ังแรก จึงเรียกอีกชื่อหนึ่งว่าฟลิปฟลอป (Flip Flop) แสดงดังรปู ท่ี 10.1 VinVin วงจรไบสเตเบลิ V01 V01 t มลั ติไวเบรเตอร์ OFF ON OFF t t V02 V02 ON OFF ON สภาวะท่ี สภาวะที่ สภาวะท่ี 123 รูปที่ 10.1 วงจรไบสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์ ทมี่ า : กมั พล ทองเรือง. ทฤษฎแี ละการออกแบบวงจรพัลส์. (หนา้ ที่ 264) จากรปู ที่ 10.1 แสดงการทางานของวงจรไบสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์ ท่ีมีสภาวะการทางานอยู่ 2 สภาวะ น่ันคือ สภาวะที่ 1 ขณะที่เอาต์พุต V01 จะ “OFF” และเอาต์พุต V02 จะ “ON” วงจรจะคงอย่ใู นสภาวะนีไ้ ปตลอด จนกระทง้ั มีสญั ญาณกระตุ้นเขา้ มาจาก Vin วงจรจะเปล่ียนเป็นสภาวะที่ 2นนั่ คือ เอาต์พุต V01 จะ “ON” และเอาต์พุต V02 จะ “OFF” วงจรจะคงอยู่ในสภาวะน้ีไปจนกว่าจะมีสัญญาณกระต้นุ เข้ามาจาก Vin อีกครั้ง วงจรจะกลบั ส่สู ภาวะที่ 3 ซงึ่ เป็นสภาวะเดิมเหมือนครง้ั แรก

2.วงจรไบสเตมัลติไวเบรเตอร์ทีใ่ ชท้ รานซิสเตอร์ วงจรไบสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์ท่ีใช้ทรานซิสเตอร์ ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ 2 ตัว ต่อใชง้ านแบบคอลเลกเตอร์คัปปลิ้ง ทาเป็นวงจรสวิตช์ทรานซิสเตอร์ 2 วงจร ลักษณะการทางานของวงจรคือ เอาต์พุตของวงจรสวิตช์ทรานซิสเตอร์วงจรแรก จะไปต่อเข้าเป็นอินพุตของวงจรสวิตช์ทรานซิสเตอร์วงจรที่สอง และเอาต์พุตของวงจรสวิตช์ทรานซิสเตอร์วงจรท่ีสอง ไปต่อเข้าเป็นอินพตุ ของวงจรสวิตชท์ รานซสิ เตอร์วงจรแรก แสดงดังรปู ท่ี 10.2 +VCC RL RL V01 R1 R1 V02 Q1 Q2 t1 tV01 R2 t R2 V02 Vin1 Vin2 t2 -VBBก. วงจรจรไบสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์ ข. สญั ญาณรูปคล่ืน รปู ที่ 10.2 วงจรไบสเตเบิลมลั ติไวเบรเตอร์ทใ่ี ชท้ รานซิสเตอร์ทม่ี า : พนั ธศ์ ักด์ิ พฒุ มิ านิตพงศ์. วงจรพลั ส์และดิจติ อล. (หนา้ ท่ี 120) จากรูปที่ 10.2 ก. แสดงวงจรไบสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์ ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ 2 ตัว คือ ตัว Q1 และ ตัว Q2 มีการทางานเป็นดังนี้คือ เม่ือวงจรทรานซิสเตอร์ตัวหนึ่งทางาน “ON” อีกตัวหนึ่งจะหยุดทางาน “OFF” เช่น ถ้าตัว Q1 ทางาน “ON” ตัว Q2 จะหยุดทางาน “OFF” วงจรจะอยู่ในสภาวะเสถียรภาพเช่นนี้ตลอดไป จนกระทั่งมีสัญญาณจุดชนวนตรงจุด Vin1 หรือ Vin2 จากภายนอกเข้ามา จะทาให้วงจรเปล่ียนสภาวะใหม่เป็นตัว Q1“OFF” และ ตัว Q2“ON” วงจรจะเปลี่ยนสภาวะใหม่ทุกครั้งที่มีสัญญาณจุดชนวนเข้ามากระตุ้นตรงจุด Vin1 หรือ Vin2อธบิ ายการทางานของวงจรได้ดงั รูปท่ี 10.3 ก. และ 10.3 ข.

+VCC +VCC RL VR1 RL VR1 RLVC = +VCC R1 VC = 0 V R1VCC Q1 VBE2 Q2 VCE(sat) VCC Q1 VBE1 Q2 VCE(sat) ON OFF ก. แรงดนั VCของตวั Q1จะมีค่าเท่ากบั +VCC ข. ขา B และ E ของตวั Q1ไดร้ บั ไบแอสกลบั รปู ท่ี 10.3 ขณะตัว Q1 หยุดทางาน “OFF” และตัว Q2 ทางาน “ON” จากรูปท่ี 10.3 ก. แสดงการทางานขณะตัว Q1 อยู่ในสภาวะหยุดทางาน “OFF” และตัว Q2อยู่ในสภาวะทางาน “ON” แรงดันที่ขา C ของตัว Q1 จะมีค่าเท่ากับ +VCC ค่าแรงดันน้ีจะส่งผ่านตัวR1 ป้อนให้กับขา B ของตัว Q2 ทาให้ขา B และ E ของตัว Q2 ได้รับไบแอสตรง ตัว Q2 จะอยู่ในสภาวะทางาน “ON” จนถึงจุดอิ่มตัวทาให้แรงดันที่ขา C ของตัว Q2 จะมีค่าประมาณ 0 V ป้อนกลับใหก้ ับขา B ของตวั Q1โดยส่งผ่านตวั R1 แสดงดังรูปที่ 10.3 ข. จากรูปท่ี 10.3 ข. จะเห็นว่าขา B และE ของตัว Q1 ได้รับไบแอสกลับ จึงยังคงอยู่ในสภาวะหยุดทางาน “OFF” อยเู่ ชน่ เดมิ วงจรจะคงอยูใ่ นสภาวะเช่นน้ีไปเรื่อย ๆ จนกวา่ จะมีสัญญาณพัลส์เข้ามากระตุ้นท่ีจุด Vin1 หรือ Vin2 วงจรก็จะเปล่ียนสภาวะการทางาน คือ ตัว Q1 อยู่ในสภาวะทางาน3.“ON” และ ตัว Q2 อยู่ในสภาวะหยดุ ทางาน “OFF” การจุดชนวนวงจรไบสเตเบลิ มลั ติไวเบรเตอร์ การจุดชนวนวงจรไบสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์ (Bistable Multivibrator Triggering Circuit)เพื่อให้การทางานของวงจรเปล่ียนแปลงกลับเป็นสภาวะตรงกันข้าม สามารถทาได้ดังนี้ คือการจุดชนวนโดยใช้สัญญาณพลั ส์ และการจุดชนวนโดยการทาใหข้ าเบสตอ่ ลงกราวด์ชัว่ ขณะ การจุดชนวนโดยใช้สัญญาณพัลส์ ทาได้ 2 วิธีคือ การใช้พัลส์บวกและการใช้พัลส์ลบจดุ ชนวน โดยนาพัลส์บวกจุดชนวนเข้าท่ีขาเบส (B) ของทรานซิสเตอร์ตัวที่หยุดนากระแส “OFF”ให้นากระแสในสภาวะอ่ิมตัว “ON” หรือนาพัลส์ลบจุดชนวนเข้าที่ขาเบส (B) ของทรานซิสเตอร์ตัวท่ีกาลังทางานอยู่ “ON” ให้หยุดทางาน “OFF” ท้ัง 2 วิธีนี้ สามารถต่อวงจรจุดชนวนได้หลายแบบ เช่น วงจรจุดชนวนท่ีคอลเลคเตอร์ (Collector Triggering) และวงจรจุดชนวนที่เบส (BaseTriggering) เป็นต้น

การจุดชนวนโดยการทาให้ขาเบสต่อลงกราวด์ชั่วขณะ คือ การทาให้ขาเบส (B) ของทรานซสิ เตอร์ตวั ที่นากระแส “ON” ตอ่ ลงกราวดช์ ่ัวขณะหน่งึ ดังนั้นเมื่อขา B ของตัว Q2 ซ่ึงเป็นตัวที่ทางาน “ON” ถูกต่อลงกราวด์ชัว่ ขณะหน่ึง ตัว Q2 จะกลับไปมีสภาวะหยุดทางาน “OFF” ช่ัวขณะแสดงดังรูปท่ี 10.4 +VCC RL R1VCE(sat) Q1 IB= 0 VCC ON Q2 OFF รปู ท่ี 10.4 เมอื่ ขา B ของตัว Q2 ถูกต่อลงกราวด์ จากรูปที่ 10.4 จะเห็นว่าเมื่อขา B ของตัว Q2 ถูกต่อลงกราวด์ ทาให้กระแสท่ีไหลเข้าขา Bของตัว Q2 มีค่าเป็นศูนย์ ตัว Q2 จะอยู่ในสภาวะหยุดทางาน “OFF” แรงดันที่ขา C ของตัว Q1 จะเปลี่ยนค่าจาก 0 V เป็น +VCC ค่าแรงดันน้ีจะป้อนกลับให้ขา B ของตัว Q1 โดยผ่านตัว R1 ทาให้ตัวQ1 ไดร้ ับไบแอสตรง ตัว Q1 จะอยู่ในสภาวะทางาน “ON” ส่วนแรงดันที่ขา C ของตัว Q1 จะเปล่ียนจาก +VCC เป็น 0 V และป้อนกลับโดยผ่านตัว R1 ทาให้ ขา B และขา E ของตัว Q2 ได้รับไบแอสกลับ ทาให้ตัว Q2 ยงั อยู่ในสภาวะหยดุ ทางาน“OFF” ต่อไป ทาให้มีแรงดัน +VCC ป้อนกลับให้ตัว Q1ยังอยู่ในสภาวะทางาน “ON” ต่อไป และวงจรจะอยู่ในสภาวะเช่นนี้ตลอดไปจนกว่าจะมีการจุดชนวนอีกครงั้ จากสัญญาณภายนอก การทางานจงึ จะเปลีย่ นสภาวะอกี ครง้ั การนาวงจรไบสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์มาต่อร่วมกับวงจรจุดชนวน สามารถนาไปประยกุ ตใ์ ช้เปน็ วงจรตา่ ง ๆ เชน่ วงจรหารความถี่ วงจรนับเลข เป็นต้น

สรุป ไบสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์ เป็นวงจรมัลติไวเบรเตอร์ท่ีมีสภาวะคงที่ 2 สภาวะ การเปล่ียนแปลงสภาวะการทางานจาก สภาวะหน่ึงไปอีกสภาวะหน่ึง ต้องมีสัญญาณอินพุตมาควบคุมการทางาน วงจรจะมี 2 ส่วน ส่วนหน่ึงทางานตลอดเวลา อีกส่วนหนึ่งจะหยุดทางานตลอดเวลาวงจรแต่ละส่วนจะอยู่ในสภาวะนี้ จนกว่าจะมีสัญญาณอินพุตมากระตุ้นวงจร สภาวะการทางานของวงจรก็จะเกิดการเปลี่ยนแปลง โดยส่วนที่ทางานอยู่จะหยุดทางาน และส่วนท่ีหยุดทางานจะทางานแทน และจะคงสภาวะเช่นน้ีไปจนกว่าจะมีสัญญาณอินพุตมากระตุ้นอีกครั้ง สภาวะการทางานกจ็ ะกลับไปสู่สภาวะเดิมเหมอื นคร้ังแรก จึงเรยี กอีกช่ือหน่ึงวา่ ฟลิปฟลอบ (Flip Flop) นาวงจรไบสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์ไปประยุกต์ใช้ในงานทางอิเล็กทรอนิกส์คือ เป็นวงจรหน่วยความจาที่ใชใ้ นคอมพวิ เตอร์ เป็นวงจรหารความถ่ี วงจรนับเลขไบนารี