Monostabilní klopný obvod

Monostabilní klopný obvod (označovaný též jako MKO, nebo monostabilní multivibrátor), je klopný obvod, který má jeden stabilní stav, ze kterého je možné jej přepnout do stavu nestabilního. Obvod se sám po určité době přepne zpět do stabilního stavu. Tento typ obvodu je možné použít například jako zpožďovací prvek. Obvod je možno použít jako generátor impulsu definované délky, dále jako zpožďovač impulsů, dělička impulsů, nebo v čítačích impulsů. MKO se dá realizovat pomocí diskrétních součástek, s použitím dvou tranzistorů, nebo například s využitím časovače 555.

Schematicka značka monostabilního klopného obvodu řízeného náběžnou hranou spouštěcího signálu

Příklady zapojení

Realizace monostabilního klopného obvodu z diskrétních součástek

Verze s bipolárními tranzistory

Po připojení napájecího napětí se otevře tranzistor Q₂, díky bázovému proudu tekoucímu přes odpor R₂. Napětí na kolektoru tohoto tranzistoru klesne k nule a v důsledku vazby se Q₁ uzavře (jeho báze je přes odpor R₄ připojena k zemi), čímž se obvod dostane do stabilního stavu. Chceme-li tento stav změnit, přivedeme záporný impuls (tj. připojíme k zemi) na bázi Q₂, čímž dojde k jeho uzavření a otevření Q₁ (do jeho báze teče proud přes R₃ a R₄) a obvod se překlopí do nestabilního stavu. Díky otevření Q₁ se začne nabíjet kondenzátor C₁, a napětí na něm roste. Po dosažení dostatečné úrovně dojde k otevření Q₂, následkem čehož se Q₁ uzavře a obvod se tak vrátí do stabilního stavu. Doba, po kterou obvod setrvává v nestabilním stavu je dána dobou nabíjení kondenzátoru:

$t_{nestab}=\ln(2)\cdot C_{1}R_{2}\approx 0,693\cdot C_{1}R_{2}$

Verze s 555

Zapojení 555 jako monostabilní klopný obvod.

Po vyslání impulzu na pin č. 2 se kondenzátor C začne nabíjet přes rezistor R, protože vybíjecí tranzistor je uzavřen. Jakmile se kondenzátor nabije na 2/3 napájecího napětí, komparátor K1 resetuje KO RS, což způsobí změnu výstupní úrovně a zároveň otevření vybíjecího tranzistoru. Kondenzátor je spojen se zemí a tím se vybije. V tomto stavu obvod setrvává do příchodu dalšího spouštěcího impulzu.

Doba, po kterou obvod setrvává v nestabilním stavu je opět dána dobou nabíjení kondenzátoru:

$t_{nestab}=\ln(3)\cdot CR\approx 1,099\cdot CR$

Pozn.: Pro správnou funkci je nutné připojit tzv. pull-up rezistor (cca 10kΩ) mezi pin č.2 a napájecí napětí a tlačítko mezi pin č. 2 a zem.

Verze s logickými hradly

Monostabilní klopný obvod sestavený z hradel NAND

Tato verze využívá logická hradla typu NAND. Předpokládejme nyní, že na obou vstupech prvního hradla (na obrázku více vpravo) je nejprve logická jednička, Na jeho výstupu je logická nula a kondenzátor se tudíž nemůže nabíjet. Na výstupu druhého hradla je tedy logická jednička, která se vrací na vstup. Z tohoto stabilního stavu překlopíme obvod do nestabilního přivedením nulového impulsu na vstup, čímž se na výstupu objeví logická jednička a kondenzátor se začne nabíjet. Na rezistoru se objeví plné napájecí napětí, čímž se výstup překlopí do nuly. Ta je přivedena zpět na vstup a zajišťuje, že i poté co je vstupní nulový signál ztracen, na výstupu prvního hradla zůstává logická jednička a kondenzátor se nabíjí. Jak roste napětí na kondenzátoru, tak klesá napětí na rezistoru a až klesne pod určitou mez, výstup se překlopí zpět do logické jedničky a obvod se vrátí do stabilního stavu. Doba, po kterou obvod setrvává v nestabilním stavu je dána dobou nabíjení kondenzátoru:

$t_{nestab}=\ln(2)\cdot CR\approx 0,693\cdot CR$

Pozn.: Pro správnou funkci je nutné připojit tzv. pull-up rezistor (cca 10kΩ) mezi vstup a napájecí napětí a tlačítko mezi vstup a zem.

Odkazy

Literatura

• HÁJEK, J.: 2× ČASOVAČ 555: praktická zapojení, nakladatelství BEN - technická literatura, ISBN 80-86056-27-9.
• MALINA, V.: Digitální technika, nakladatelství KOPP, ISBN 80-85828-70-7
• Mašláň, M., D. Žák : Logické obvody I., PřF UP Olomouc, 1993
• Doc. Ing. Jiří Bayer, CSc; Dr.Ing. Zdeněk Hanzálek; Ing. Richard Šusta: Logické systémy pro řízení, Vydavatelství ČVUT, Fakulta elektrotechnická, Praha, 2000, ISBN 80-01-02147-5

Související články

• Astabilní klopný obvod
• Bistabilní klopný obvod
• Schmittův klopný obvod
• NE555
• Logický člen

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Multivibrátory na Wikimedia Commons
• Obrázky, zvuky či videa k tématu Bistabilní KO na Wikimedia Commons

• Elektrické parametry logických obvodů, kombinační logické obvody na webu Fakulty strojí ČVUT
• Logické řízení na webu Fakulty elektrotechnické ČVUT
• Logické systémy na webu Fakulty elektrotechnické ČVUT
• Elektronika, Sekvenční logické systémy na webu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy
• Tranzistorové klopné obvody: http://maturitanazamku.kvalitne.cz/pdf/ELN5.pdf Archivováno 22. 6. 2019 na Wayback Machine.