Μελέτη λειτουργίας πολυδονητών

Στην παρούσα πτυχιακή εργασία παρουσιάζεται η λειτουργία και οι αρχές των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων των πολυδονητών. Οι πολυδονητές αποτελούν διατάξεις, οι οποίες κατατάσσονται με βάση τον τύπο των δύο καταστάσεων λειτουργίας τους (ευσταθείς και ημι-ευσταθείς). Έτσι, προκύπτουν τρεις κλάσεις πολυδονητών: οι μονοσταθείς, οι δισταθείς και οι ασταθείς. Ο χειρισμός της περιοδικής λειτουργίας όλων των κλάσεων πολυδονητών, βασίζεται στην επιλογή κατάλληλων ηλεκτρονικών στοιχείων, κυρίως αντιστάσεων και πυκνωτών που χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση της σταθεράς χρόνου των κυκλωμάτων για τις διαδικασίες μετάβασης που συντελούνται μεταξύ των καταστάσεων τους. Η επιλογή αυτή, ρυθμίζει και το χρόνο μετάβασης και κατά συνέπεια, την περίοδο/συχνότητα λειτουργίας τους. Οι μονοσταθείς και οι δισταθείς πολυδονητές απαιτούν για τη λειτουργία τους, επιπρόσθετα από το κύκλωμα τους, εξωτερικά σήματα σκανδαλισμού. Οι εφαρμογές χρήσης των κυκλωμάτων των πολυδονητών, είναι πολλές και αφορούν σε ένα σημαντικό πλήθος κυκλωμάτων που τους χρησιμοποιούν ως δομικά στοιχεία. Οι πολυδονητές αποτελούν βασικά αναλογικά κυκλώματα που χρησιμοποιούνται όμως ως βασικές διατάξεις και για την παραγωγή ψηφιακών κυκλωμάτων (μανδαλωτές, flip-flops). Επομένως, οι πολυδονητές κατασκευάζουν τα βασικά δομικά στοιχεία της ψηφιακής λογικής, τα οποία επιτρέπουν την ανάπτυξη πολύπλοκων αλγοριθμικών μηχανών καταστάσεων (μηχανές πεπερασμένων καταστάσεων). Τα κυκλώματα των πολυδονητών μπορούν να υλοποιηθούν με τη χρήση ενεργών στοιχείων, όπως λογικές πύλες, transistors και ΤΕ. Ορισμένες κυκλωματικές υλοποιήσεις τους, χρησιμοποιούν επίσης, το κλασικό κύκλωμα χρονιστή 555. Τα κυκλώματα που παράγονται και η λειτουργία τους, είναι μη γραμμική. Επομένως, η ανάλυση της λειτουργίας των κυκλωμάτων τους, γίνεται κατά χρονικές περιόδους (φασεις), γνωρίζοντας την κατάσταση στην οποία έχουν περιέλθει τα ενεργά στοιχεία του κυκλώματος. Η πτυχιακή εργασία οργανώνει την παρουσίαση των πολυδονητών, παρουσιάζοντας στην εισαγωγή της, την έννοια των καταστάσεων του πολυδονητή. Στη συνέχεια, προχωρά στην κατηγοριοποίηση των κλάσεων των πολυδονητών, με βάση τον χαρακτηρισμό της ευστάθειας των καταστάσεων τους. Στο κεφάλαιο 1 παρουσιάζονται οι αρχές λειτουργίας των μονοσταθών πολυδονητών, με τα αντίστοιχα κυκλώματα με χρήση διαφόρων τύπων ενεργών στοιχείων. Επιπλέον, αναλύονται οι κυματομορφές εξόδου τους και υπολογίζεται η συχνότητα λειτουργίας τους. Τα Κεφάλαια 2 και 3 παρουσιάζουν την αντίστοιχη πληροφορία για τους δισταθείς και ασταθείς πολυδονητές, αντίστοιχα. Κλείνοντας, στο Κεφάλαιο 4, παρουσιάζονται τα συγκριτικά συμπεράσματα από την παρουσίαση των κλάσεων των πολυδονητών και οι γενικότερες εφαρμογές των κυκλωμάτων τους. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις τεχνολογίες κατασκευής τους καθώς και στις εφαρμογές τους.

Abstract

In the current thesis the operation and principles of electronic circuits of multivibrators are presented. Multivibrators are circuits, which are classified based on the type of their two operating states (stable and quasi-stable). Thus, three classes of multivibrators arise; monostable, bistable and unstable multivibrators. The manipulation of the periodic operation of all classes is based on the selection of appropriate electronic components, mainly resistors and capacitors used to adjust the time constant of the circuits for the transition processes that take place between their states. This option also regulates the transition time and, consequently, the period/frequency of their operation. Monostable and bistable multivibrators require for their operation, in addition to their circuit, external triggering signals. The applications of multivibrators are many and concern a significant number of circuits that use them as structural elements. Multivibrators are basic analog circuits that are also used as basic elements for the production of digital circuits (latches, flip-flops). Therefore, multivibrators construct the basic building blocks of digital logic, which enable the development of complex algorithmic state machines (finite state machines). Multivibrator circuits designed using active elements such as logic gates, transistors and op-amps. Some circuit implementations also use the classic 555 IC timer circuit. The circuits produced and their operation are non-linear. Therefore, the analysis of the operation of their circuits is performed in time periods (phases), based on current state in which the active elements of the circuit have been entered. Thesis organizes the presentation of multivibrators, presenting in its introduction, the concept of states of the multivibrator. It then proceeds to categorize the classes of multivibrators, based on the characterization of the stability of their states. Chapter 1 presents the operating principles of monostable multivibrators, with the corresponding circuits using various types of active elements. In addition, their output waveforms are analyzed and their operating frequency is calculated. Chapters 2 and 3 present the corresponding information for bistable and astable multivibrators, respectively. Finally, in Chapter 4, the comparative conclusions from the presentation of the classes of multivibrators and the more general applications of their circuits are presented. Particular emphasis is placed on their manufacturing technologies as well as their applications.