เข้าใจและใช้งาน Bistable Multivibrator

Bistable Multivibrator เป็นส่วนประกอบสำคัญในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ทำงานคล้ายฟลิปฟล็อป โดยการผลิตเอาต์พุตที่มีสองสถานะเสถียร ซึ่งเป็นส่วนเสริมของกันและกัน ต่างจาก Monostable Multivibrator ที่มีสถานะเสถียรเพียงสถานะเดียว การที่ Bistable Multivibrator มีสองสถานะเสถียร ทำให้รักษาสถานะเอาต์พุตที่กำหนดไว้ได้นาน จนกว่าจะมีการกระตุ้นจากภายนอก โดยอุปกรณ์เหล่านี้รู้จักกันดีในชื่อ Latch หรือ Flip-Flop ในวงจรเชิงลำดับ

ออกแบบวงจรและการทำงาน 

Bistable Multivibrator เป็นอุปกรณ์สองสถานะที่ไม่เกิดการฟื้นตัวของสถานะ สร้างขึ้นจากทรานซิสเตอร์สองตัวที่เชื่อมต่อกันแบบข้าม ทรานซิสเตอร์เหล่านี้ทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด-ปิด ในแต่ละสถานะจะมีทรานซิสเตอร์หนึ่งตัวอยู่ในสถานะอิ่มตัว (ON) ในขณะที่อีกตัวอยู่ในสถานะตัดการทำงาน (OFF) วงจร Bistable สามารถคงอยู่ในสถานะเสถียรใด ๆ ได้อย่างไม่มีกำหนด และจะเปลี่ยนสถานะระหว่างกันก็ต่อเมื่อมีสัญญาณกระตุ้นจากภายนอกที่เหมาะสมเข้ามา

การเปลี่ยนสถานะของ Bistable Multivibrator จำเป็นต้องมีการกระตุ้นจากภายนอก วงจรนี้ต้องการพัลส์กระตุ้นสองพัลส์เพื่อทำให้รอบการทำงานสมบูรณ์—หนึ่งพัลส์เพื่อเปลี่ยนจาก สถานะเสถียรแรกไปสถานะที่สอง และอีกพัลส์หนึ่งเพื่อกลับไปสถานะเดิม การทำงานแบบ "Flip-Flop" นี้เป็นที่มาของชื่ออุปกรณ์ เนื่องจากมันสามารถสลับไปยังสถานะลอจิกหนึ่ง และคงอยู่จนกว่าจะกลับไปยังสถานะเริ่มต้น

ตัวอย่างวงจรและรูปแบบการทำงาน

ลองพิจารณาวงจร Bistable Multivibrator แบบง่ายๆ ดู ในวงจร ทรานซิสเตอร์สองตัวจะเชื่อมต่อกันในลักษณะที่สามารถสลับสถานะกันได้ สมมติว่า วงจรอยู่ในสถานะเสถียรเริ่มต้น โดยในสถานะนี้สวิตช์อยู่ตำแหน่ง "A" ทรานซิสเตอร์ตัวแรก (TR1) อยู่ในสถานะ OFF และทรานซิสเตอร์ตัวที่สอง (TR2) อยู่ในสถานะ ON การกำหนดค่านี้จะผลิตเอาต์พุตที่ Q โดย Q เป็นค่ากลับกันของ Q

เมื่อสวิตช์ถูกย้ายไปตำแหน่ง "B" สถานะของทรานซิสเตอร์จะเปลี่ยน—TR1 จะเปิด (ON) และ TR2 จะปิด (OFF) เอาต์พุตที่ Q จะเป็นศูนย์ ขณะที่ Q จะมีเอาต์พุต การกำหนดค่าใหม่นี้แทนสถานะเสถียรที่สองของวงจร วงจรสามารถคงอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งได้ไม่จำกัด จนกว่าจะมีการกระตุ้นที่เหมาะสมเพื่อเปลี่ยนสถานะ

ต่างจาก Monostable Multivibrator ที่เอาต์พุตขึ้นอยู่กับค่าคงที่เวลาของ RC เอาต์พุตของ Bistable Multivibrator ขึ้นอยู่กับการกระตุ้นของพัลส์ โดยกระตุ้นสองพัลส์แยกกัน พัลส์หนึ่งจะย้ายวงจรจากสถานะเสถียรแรกไปสถานะที่สอง และอีกพัลส์หนึ่งจะส่งวงจรกลับไปสถานะแรก

การสร้างรูปคลื่นเอาต์พุต 

Bistable Multivibrator สามารถสร้างพัลส์เอาต์พุตที่มีความยาวต่างกัน ขึ้นอยู่กับเวลาของพัลส์กระตุ้น และระยะเวลาของพัลส์ การเพิ่มของขอบด้านหน้าเกิดขึ้นเมื่อมีการกระตุ้น ขณะที่ขอบด้านหลังขึ้นอยู่กับการกระตุ้นครั้งที่สอง การทำงานรูปแบบนี้ทำให้ Bistable Multivibrator มีประโยชน์ต่อการสร้างพัลส์เอาต์พุตที่ควบคุมได้และคาดการณ์ได้

การสลับลำดับด้วยพัลส์กระตุ้นเพียงหนึ่งพัลส์ การสลับระหว่างสองสถานะสามารถทำได้ด้วยการใช้พัลส์กระตุ้นเพียงหนึ่งพัลส์ ทำให้ทรานซิสเตอร์ที่เปิด (ON) ปิดลง (OFF) และทรานซิสเตอร์ที่ปิด (OFF) เปิดขึ้น (ON) การสลับลำดับนี้ทำได้ด้วยการนำพัลส์ไปที่ฐานของทรานซิสเตอร์แต่ละตัว โดยใช้วงจรควบคุมทิศทางของไดโอดที่มีอคติ พัลส์ลบแรกจะเปลี่ยนสถานะของทรานซิสเตอร์แต่ละตัว และพัลส์ที่สองจะรีเซ็ตทรานซิสเตอร์กลับสู่สถานะเดิม ทำหน้าที่เป็นตัวนับแบบแบ่งครึ่ง (divide-by-two counter) นอกจากนี้ ไดโอด ตัวเก็บประจุ และตัวต้านทานฟีดแบ็คสามารถนำออกมาได้ และพัลส์กระตุ้นลบที่แยกออกจากกันสามารถนำไปใช้กับฐานทรานซิสเตอร์ได้โดยตรง

การประยุกต์ใช้งาน Bistable Multivibrator 

Bistable Multivibrator มีการใช้งานหลากหลายรูปแบบในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ สามารถใช้เป็นฟลิปฟลอปแบบเซ็ต-รีเซ็ต (SR) ในวงจรนับหรือ ใช้เป็นอุปกรณ์เก็บข้อมูลขนาดหนึ่งบิตในคอมพิวเตอร์ การใช้งานที่สำคัญอีกอย่างคือ การใช้ในวงจรแบ่งความถี่ ซึ่งเอาต์พุตพัลส์จะมีความถี่ครึ่งหนึ่ง (ƒ/2) เป็นความถี่ของสัญญาณทริกเกอร์อินพุต ความสามารถในการแบ่งความถี่ของอินพุตลงครึ่งหนึ่งทำให้ Bistable Multivibrator มีค่าในวงจรแบ่งความถี่เป็นอย่างมาก

Bistable Multivibrator ที่ใช้ TTL/CMOS 

Bistable Multivibrator ไม่เพียงสามารถสร้างขึ้นจากส่วนประกอบแยก เช่น ทรานซิสเตอร์ แต่ยังสามารถใช้วงจรรวม (IC) ได้ด้วย วงจร Bistable Multivibrator แบบพื้นฐานสามารถสร้างด้วยการใช้เกต NAND แบบอินพุตสองตัว สร้างวงจร Bistable ได้ง่าย ๆ วงจรนี้ยังเรียกได้อีกชื่อว่า ฟลิปฟล็อปแบบ NAND และสามารถควบคุมด้วยตนเอง โดยการใช้สวิตช์ SPDT ผลิตลอจิก "1" หรือ "0" ที่เอาต์พุต

วงจร Bistable แบบนี้มักเรียกว่า SR NAND gate flip-flop มีวงจรที่คล้ายกับวงจรที่ใช้ในแอปพลิเคชันป้องกันการเด้งของสวิตช์ โดยฟลิปฟล็อปช่วยให้มั่นใจว่า มีการควบคุมการสลับเพียงครั้งเดียวที่เอาต์พุต ทำให้มีความน่าเชื่อถือสูงในวงจรดิจิทัล

สรุป

 Bistable Multivibrator เป็นส่วนประกอบที่มีความหลากหลายในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ สามารถรักษาสองสถานะที่เสถียรและสลับระหว่างสถานะเหล่านั้นตามพัลส์ที่กระตุ้นจากภายนอก ไม่ว่าจะสร้างขึ้นจากส่วนประกอบแบบแยกส่วน หรือวงจรรวม พวกมันมีบทบาทสำคัญในการสร้างและควบคุมสัญญาณเวลา การแบ่งความถี่ และการเก็บข้อมูลในหน่วยความจำของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ การเข้าใจการทำงานและการใช้งานของ Bistable Multivibrator เป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่น่าเชื่อถือและมีประสิทธิภาพ