A billenőkörök rendszerint két kimenettel rendelkeznek amelyek egymásnak negáltjai. Egy billenőkör LOW állapotban van, ha Q=LOW, és HIGH állapotban, ha Q=HIGH. Aszerint, hogy milyen módon valósul meg a pozitív viszszacsatolás (4-1.ábra), a billenőkörök lehetnek:

( Megj.: V1 és V2 nem kétpólusok, a 4-1.ábra csak elvi ábrázolás a könnyebb áttekinthetőség érdekében.
V1, V2-nek lehet harmadik kivezetése is, amelyik pl. valamilyen egyenfeszültség szintre csatlakozik.)

Olyan billenőkörök, amelyeknek két bemenetük (S és R), ill. két kimenetük van
(4-2.ábra). Külső beavatkozás nélkül (S=0, R=0), bármelyik állapotukat (LOW vagy HIGH) korlátlan ideig megőrzik.(Természetesen tápellátás esetén.) LOW-ból HIGH-ba billenthetők egy "set" impulzussal S=1, (természetesen továbbra is R=0), amely akár rövid idejű is lehet, illetve HIGH-ból LOW-ba billenthetők egy "reset" impulzussal R=1 (ebben az esetben S=0-nak kell lenni). Általában nem megengedett az egyidejű "set" és "reset".

Mindezeket összefoglalva a bistabil multivibrátor az alábbi igazságtáblázattal jellemezhető:

Általában bemenettel nem rendelkező billenőkörök. Kimeneteik állapota, külső beavatkozás nélkül, a LOW és HIGH szint között folyamatosan billeg (egyik állapot sem stabil). Kimenetük azonban, egy jól meghatározott ideig tartózkodik az egyik, majd a másik állapotban, az így kapott jel általában négyszöghullám jellegű (4-3.ábra). t1 és t2 értékét az astabil visszacsatoló áramkörei (V1 és V2) határozzák meg (4-1. ábra). Ha az astabil bemenettel is rendelkezik, akkor a generált négyszögjel megfelelő feltételek esetén szinkronizálható a bemenő jellel.

Olyan billenőkörök, amelyeknél az egyik állapot stabil, azaz külső beavatkozás nélkül ebben az állapotban találhatók korlátlan ideig. Külső beavatkozásra, a trigger bemenetre adott impulzus hatására, a másik állapotukba billennek egy előre meghatározott ideig, amit a monostabil egyik visszacsatoló áramkörében található R és C elemek szabnak meg. Ezt az időtartamot időzítésnek nevezik. Ezen időzítés letelte után maguktól visszabillennek stabil állapotukba. Egy vagy két bemenetük lehet, amelyeket trigger bemeneteknek hívnak, és ezek felfutó (Tr+), illetve lefutó (Tr-) élre érzékenyek (4-4.ábra).

Billenőkörök tranzisztorokkal való megvalósítása az elektronika előadásokból ismertnek tekintendő, ezek részletes ismertetése nem a labor tárgykörébe tartozik. A Hallgatótól viszont elvárható, hogy az alábbi
ábrák (4-5., 4-6., 4-7. ábrák) alapján felelevenítse az előadásokon szerzett ismereteit (azonosítsa az egyes áramköröket, magyarázza müködésüket, próbálja fázishelyesen megrajzolni az egyes billenőkörök fontosabb jelalakjait.)

A 4-9.ábrán két inverterből felépített astabil látható. A fontosabb pontok feszültség-idő diagramjain nyomon követhető az áramkör működése. Az astabil megépíthető mind TTL, mind pedig CMOS inverterekből. TTL inverterek esetében azonban van egy megkötés, az R ellenállás nem lehet nagyobb mint 500 W . Kisfogyasztású LS inverterek esetében max.1kW . (Indoklás: Egy normál TTL kapu bemenetére LOW szintet adva, az a föld felé 1.6 mA áramot szolgáltat. 1.6 mA x 500 W = 0.8 V, tehát a még éppen elfogadható LOW szint). CMOS invertereknél a bemenő áram sok-sok nagyságrenddel kisebb. Ezeknél gyakorlatilag nincs ilyen megkötés az R értékére vonatkozóan.

Bármely kondenzátor (pillanatnyi) uc feszültsége, amely 0-tól U0 felé töltődik R ellenálláson keresztül a következő egyenlettel írható le:

tehát: a kondenzátor uc feszültsége, U0 k-ad részét a fenti t idő alatt éri el.

Természetesen ezen előbb kiszámított értékektől t1, t2 időtartamok a valóságban eltérnek, mert az inverterek nem a fent feltételezett szinteken billennek.

A 4-11.ábrán bistabil multivibrátor látható. A műveleti erősítő az R1 és R2 ellenállásokkal Schmitt-triggert alkot

+Uk és -Uk küszöbszintekkel, amelyek az R1, R2 ellenállások értékeitől, valamint a műveleti erősítő +Ut és
-Ut tápfeszültségeitől függenek. Bemenő jel hiányában az invertáló bemenet földpotenciálon található.
A Schmitt-trigger megőrzi előző állapotát. A bemenetre adott pozitív impulzus, (amely nagyobb mint +Uk) "LOW" állapotba, egy negatív impulzus (-Uk alatti) pedig "HIGH" állapotba billenti.

Astabil multivibrátort láthat a 4-12.ábrán. A műveleti erősítő az R1 és R2 ellenállásokkal ebben az esetben is Schmitt kört alkot +Uk és -Uk küszöbszintekkel. Ha a hiszterézises komparátor "HIGH" állapotban van
(Uki = +Ut), a C kondenzátor R ellenálláson keresztül töltődni kezd +Ut felé. Ha a B pont feszültsége eléri a felső küszöbszintet (UB = +Uk) a Schmitt kör átbillen "LOW" állapotba. Ekkor a B pont feszültsége csökkenni kezd és tart -Ut felé (a kondenzátor kisül, majd ellenkező polaritással kezd töltődni), amíg el nem éri az alsó küszöbszintet (UB = -Uk). Ekkor a billenőkör ismét "HIGH" állapotba billen és a folyamat kezdődik előről. Ha R1 és R2 értékét úgy választják meg, hogy Uk=Ut / 2 akkor a generált

Műveleti erősítőből felépített monostabil multivibrátor látható a 4-13.ábrán. Alapállapotban (bemenő jel hiányában) a neminvertáló bemenet földpotenciálon, az invertáló bemenet pedig egy előre beállított negatív feszültségen (-Up) található, tehát Uki = +Ut, és ezt az állapotát megőrzi mindaddig míg nincs bemenő jel. A C2 kondenzátoron levő feszültség UC2 = +Ut. (+Ut és -Ut a műveleti erősítő tápfeszültségei.) Pozitív impulzust adva a trigger bemenetre (úgy, hogy UA > 0) a műveleti erősítő átbillen "LOW" állapotba (Uki = -Ut). Ekkor B pont feszültsége -2Ut lesz (közvetlenül az első pillanatban), mely -Up alatt van, így a bemenő trigger impulzus megszűnte után is "LOW" állapotban marad a műveleti erősítő addig, amíg a B pont el nem éri a -Up-t. Ekkor C2 feszültsége UC2 = -(Ut-Up). A műveleti erősítő visszabillen eredeti "HIGH" állapotába, B pont +Ut fölé kerül |Ut-Up| értékkel, mely egy bizonyos idő után visszacsökken nullára, (miután a C2 kondenzátor feszültsége UC2 = -(Ut-Up) értékről UC2 = +Ut értékre változik R1, R2 ellenállásokon keresztül) készen állva egy újabb triggerimpulzus fogadására.

Számtalan cél-IC-t fejlesztettek ki billenőkörök építésére. A laborjegyzet terjedelme kizárja mindezek ismertetését, azonban érdemes kiragadni közülük egyet, az 555-ös típust az úgynevezett timert, amely cél-IC ellenére széles körű felhasználásnak örvend. Az IC belső felépítése a 4-14. ábrán látható. Az IC lelke egy külön törlőbemenettel rendelkező RS bistabil, amelyet két komparátor hajt meg. Az IC-ben helyet kapott továbbá: egy (5kW -os ellenállásokból álló) feszültségosztó, mely a komparátorok számára állít elő 1/3 Ut és 2/3 Ut értékű referenciafeszültséget (ezen feszültségek értékei szükség esetén kívülről kismértékben módosíthatók a kontroll bemenet segíségével), egy végfokozat, amely maximálisan 200 mA-ig terhelhető, valamint egy kisütő tranzisztor, amely rendszerint egy külső kapacitást szokott a megfelelő pillanatban rövidre zárni. A 4-14. ábra diagramján nyomon követhető a bistabil, a kisütés, valamint az IC kimenet értékei különböző "FK" és "AK" bemenő feszültségek esetén. ( A bistabil r törlő bemenetének természetesen elsőbbsége van az R és S bemenetekkel szemben. +0.4 V alatti feszültség szintet adva az r bemenetre, Q=0 lesz függetlenül attól, hogy az R és S illetve az "FK" és "AK" milyen értékű.)

A következő 4-15. ábra az 555-ös IC monostabilként történő felhasználását mutatja be. Az így kapott

monostabil negatív élre billenő. Alapállapotban (ez a stabil állapot) Ube = +Ut Þ S = 0; UC = 0; R = 0; a bistabil megőrzi előző állapotát Q = 0;
Uki = LOW; a kisütő tranzisztor vezet és továbbra is UC = 0 állapotot biztosít. Ez az állapot korlátlan ideig fennmaradhat. Ha azonban Ube < 1/3 Ut alá csökken, S=1 Þ Q=1; Uki = HIGH; a kisütő tranzisztor lezár, a C kondenzátor R ellenálláson keresztül +Ut felé töltődni kezd. Amikor UC eléri 2/3 Ut-t, Þ R=1 (a helyes müködéshez ekkor már S=0 azaz Ube > 1/3 Ut kell legyen), Q=0; Uki=LOW; kisütő tranzisztor vezet UC=0, visszaáll az alapállapot. Az áramkör kimenetén megjelenő impulzus szélessége T = 1.1 R C (amíg a C kondenzátor feszültsége nulláról + 2/3 Ut-ig növekszik). A monostabil akkor működik helyesen ha a triggerimpulzus szélessége rövidebb mint az időzítés.

Az 555-ös típusú IC astabilként müködik a 4-16. ábra szerinti elrendezésben. A C kondenzátor az R1+R2

ellenállásokon keresztül töltődik. Amikor UC > 2/3 Ut érték fölé emelkedne R=1; (S=0) lesz, Þ Q=0 (Uki = LOW), a kisütő tranzisztor vezet, a C kondenzátor R2 ellenálláson keresztül kezd kisülni. Amikor UC < 1/3 Ut érték alá csökkenne S=0 (R=1) lesz, Q=1, Uki = HIGH, a kisütő tranzisztor lezár, a C kondenzátor ismét töltődni kezd R1+R2 ellenállásokon keresztül és a folyamat ismétlődik előről. t1 = (R1+R2) C ln2 és
t2 = R2 C ln 2. Ebben az elrendezésben csak olyan négyszögjel generálható, amelynél t1 > t2.

Ez a hátrány kiküszöbölhető ha két dióda segítségével külön választják a töltő és kisütő áramkört, amint azt a
4-17. ábra mutatja.

Az 555-ös IC újabb felhasználási körét mutatja a 4-18. ábra. Ez egy úgynevezett időzítő áramkör, amelynél — ellentétben a monostabillal — a triggerimpulzus megjelenésekor a kimenet állapota nem változik. Ebben a pillanatban azonban beindul az időzítés, amelynek letelte után LOW szintre csökken a kimenet. Ebben a kapcsolásban az 555-ös Schmitt-triggerként működik 1/3 Ut és 2/3 Ut küszöbszintekkel. Alapállapotban Ube = HIGH, T tranzisztor vezet, C kondenzátor kisütve, UC=0, R=0; S=1; Þ Q=1 Þ Uki=HIGH. Az időzítés beindítható ha Ube LOW szintre csökken, a T tranzisztor lezár, C kondenzátor az R1 ellenálláson keresztül +Ut felé töltődni kezd. Q=1 és Uki = HIGH marad továbbra is, egészen addig amíg UC > 2/3 Ut fölé nem lép. Ekkor R=0 Þ Q=0 Þ Uki=LOW lesz. A helyes működéshez az szükséges, hogy a bemenő feszültség Ube hosszabb ideig tartózkodjon LOW szinten mint az időzítés (T = 1.1 R C).

A 4-19.ábrán látható áramkör képezi a mérés tárgyát, amely egy astabil valamint két monostabil multivibrátorból áll. Ez a laboratóriumi impulzusgenerátor "kistestvérének" (tan változatának) tekinthető. A generátorral olyan négyszögjel állítható elő, amelynek frekvenciája, kitöltési tényezője és késleltetése szabályozható egy-egy potenciométerrel. Az impulzusgenerátornak van egy jel- és egy szinkron kimenete. Késleltetés alatt a szinkron- és a jel kimenet közötti állítható idő különbséget kell érteni. Vizsgálandó áramkörünk Uki1 kimenete lehet az ún. szinkron-, míg Uki3 a jel kimenet.

1.) Azonosítsa a mérendő áramkör egyes részegységeit, kapcsolja be a tápfeszültséget, vizsgálja a főbb pontok jelalakjait oszcilloszkópon miközben tekergeti a potmétereket!

2.) A gyakorlatvezető által megadott potméterállások értékeinek figyelembe vételével számítsa ki az egyes részegységek időzítéseit! Rajzolja le a főbb pontok (UA, Uki1, UB, Uki2, UC, Uki3) elméletileg várható jelalakjait fázishelyesen!

3.) Állítsa be gyakorlatilag (Ohmmérő segítségével, tápfeszültség lekapcsolva, potenciométerek kiemelve az áramkörből !) P1, P2, P3-at az előbbi értékekre!

Helyezze vissza a potenciométereket, kapcsolja be a tápfeszültséget, oszcilloszkóp segítségével nézze meg és rajzolja le UA, Uki1, UB, Uki2, UC, Uki3 idődiagrammjait!

4.) Mérje meg az impulzusgenerátor műszaki jellemzőit:

-periódusidő Tmin, Tmax,

-impulzus késleltetés tmin, tmax,

-kitöltési tényező g min, g max.

5.) Írja le, mi a D1 és D2 diódák szerepe a 4-19.ábrán !