multivibratori

MULTIVIBRATORI
Fra gli oscillatori che forniscono forme d’onda non sinusoidali una categoria importante è costituita
dai multivibratori. Questi a loro volta si distinguono in astabili, monostabili e bistabili.
Multivibratori astabili
Il circuito più comune è riportato in fig.1 . Si tratta di due stadi amplificatori accoppiati mediante
accoppiamento capacitivo. Ognuno dei due transistori viene polarizzato in zona attiva, ma la
situazione in cui ogni transistore lavora nel suo punto di lavoro è di equilibrio instabile (fig.2).
Infatti se la corrente di collettore di uno dei due transistori tende ad aumentare, la sua tensione di
collettore tende a diminuire; attraverso il condensatore di accoppiamento la diminuzione di tensione
viene riportata alla base dell’altro transistore, in cui circolerà una corrente di collettore minore, con
un aumento della sua tensione di collettore. Questo
+VB
aumento viene riportato alla base del primo
transistore e provoca un ulteriore aumento della
corrente. Si può allora pensare che uno dei due
R2
RC1
R1
RC2
transistori sia in conduzione, mentre l’altro sia
C1
C2
interdetto (fig.3), ma vedremo che nemmeno questa
situazione è di equilibrio stabile: il sistema oscilla.
2
1
Si potrebbe provare a studiare il circuito in base alle
condizioni di innesco per l’oscillazione, infatti
ognuno dei due stadi inverte e quindi, se si considera
il circuito come reazionato, si vede che all’ingresso
per esempio del primo transistore viene riportato un
segnale in fase e quindi si può avere l’oscillazione.
Fig.1:Multivibratori astabili. I componenti RC1,
Tuttavia le condizioni di innesco hanno poco valore,
R1, C1 sono rispettivamente uguali a RC2, R2,
anche per la determinazione della frequenza di
C2, ma sono stati distinti con i pedici 1 e 2 per
oscillazione, mentre è possibile, a partire da
individuare comodamente i percorsi di carica e
considerazioni elementari riguardanti per esempio
scarica dei condensatori.
IC
IC
VAL /RC
IB  VAL /R
mA
VAL
Fig.2: Punto di lavoro, instabile, per
ognuno dei due transistori.
VCE
VAL
VCE
Fig.3: Punto di lavoro per ognuno dei due
transistori: situazioni limite.
l’andamento della tensione tra la base e l’emettitore di uno dei due transistori, ricavare la forma
d’onda e il periodo su cui si assesta il sistema una volta avvenuto l’innesco.
Studiamo il sistema iniziando dal momento in cui 1 va in saturazione e 2 si interdice. (Si può anche
supporre che entrambi i transistori inizialmente conducano, fino a che, a causa dell’instabilità del
sistema, uno conduce al massimo, va in saturazione, e l’altro viene interdetto). La tensione V BE di 2
è data dalla carica del condensatore C1 attraverso il percorso costituito dal transistore 1, in
conduzione, e dalla resistenza R2 (fig.4) e pertanto si esprime come
VBE  A e

t
RC
B,
dove A e B sono costanti da determinare in base alle condizioni iniziali e finali, cioè allo stato di
carica del condensatore nel momento t=0, in cui inizia la carica data dall’espressione precedente e a
quello che sarà lo stato a carica terminata.
+VB
+VB
R2
RC1
C1
1
C1
+ VB -
2
1
2
+ VB -
Fig. 4: Carica del condensatore C1 con 1 in conduzione e 2 interdetto e a
destra, condizioni iniziali: il condensatore si era caricato attraverso 2 in
conduzione con 1 interdetto.
Si ha:
per t = 0, VBE  VB e quindi A  B  VB
per t= VBE  VB e quindi B  VB e A  2VB
L’espressione completa di VBE è allora data da
+VBE
+VB

t
-VB
+VCE
+VB
t
Fig.5: Determinazione del periodo
dell’oscillazione e forma d’onda di
uscita.

t
RC

t
RC
VBE  2VB e
 VB
Se ora uguagliamo a 0 questa espressione e risolviamo per
t, troviamo l’istante  in cui il transistore 2 viene portato in
conduzione. Il tempo che intercorre tra il valore 0, inizio
del processo di carica, e il valore  corrisponde al tempo in
cui 2 rimane interdetto e quindi la tensione sul collettore di
2 è elevata, cioè al semiperiodo dell’oscillazione (fig.5).
Ricaviamo :
VBE  2VB e
 VB  0 risolta dà
t    RC ln 2  0 ,69 T ,
che permette, come si è detto, di determinare il semiperiodo
dell’oscillazione e quindi di progettare il circuito in modo
che oscilli alla frequenza richiesta.
Accenniamo al fatto che dovrà essere RC<<R in modo che
il raggiungimento delle condizioni iniziali per il
condensatore (circuito a destra nella fig.4) richieda un
tempo trascurabile rispetto a  e quindi svolga un effetto
trascurabile nel funzionamento del dispositivo.
Multivibratori monostabili
Con una piccola modifica del circuito di fig.1 si può ottenere il multivibratore monostabile (fig.6).
La situazione di equilibrio è quella in cui 2 è in conduzione mentre 1 è interdetto. Il condensatore è
carico: si è caricato praticamente a + VB attraverso RC e il transistore 2 in conduzione, in modo che
l’armatura di destra, che coincide con la base del transistore, è a + VBE 0,6V. Supponiamo ora di
mandare un impulso di commutazione, indicato in figura con una freccia, nella base del transistore
1. Il transistore 1 incomincia a condurre, il suo potenziale di collettore si abbassa verso il
potenziale di massa. Ai capi del condensatore rimane inizialmente ancora localizzata una differenza
di potenziale di VB, ma l’armatura che prima era a + VB si trova ora praticamente a massa, quindi
l’armatura di destra viene a trovarsi a – VB e interdice il transistore 2. Questa situazione non è però
di equilibrio stabile. Il condensatore si scarica attraverso la resistenza R e inizia a caricarsi, fino a
che sulla base di 2 si ripristina una tensione VBE  + 0,6 V. A questo punto 2 riprende a condurre e
interdice 1, mentre il condensatore ritorna alla
+VB
situazione iniziale, che rimane inalterata fino a che non
arriva un altro impulso di corrente.
RC
R
RC
2
1
C
+VB
Multivibratori bistabili
Se si modifica il circuito precedente in modo ma porre
il transistore 2 nella stessa situazione del transistore 1,
si ottiene il multivibratore bistabile, detto anche flipflop (fig.7) Supponiamo che 1 conduca. Allora il punto
A è a massa, B alla tensione di batteria e 2 è interdetto
-VB
+VB
Fig.6: Multivibratore monostabile.
RC
perché la sua base è a una tensione negativa. Questa
situazione è di equilibrio stabile. Se ora si immette in I un
impulso positivo, questo incontra sulla base di 1, che
conduce, una impedenza molto bassa, mentre incontra una
impedenza elevata sulla base di 2, che è interdetto. Quindi
tutto l’impulso si localizza fra base ed emettitore di 2, che
entra in conduzione e interdice 1. Se si invia un altro
impulso la situazione si ribalta.
RC
A
B
2
1
I
-VB
Fig.6: Multivibratore bistabile.