มัลติไวเบรเตอร์เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในการสร้างอุปกรณ์สองสถานะแบบง่ายๆ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} หลากหลายชนิด เช่นออสซิลเลเตอร์แบบผ่อนคลาย ตัวจับเวลาแลตช์ และฟลิปฟลอป วงจรมัลติไวเบรเตอร์ตัวแรก คือ ออสซิลเลเตอร์มัลติไวเบ รเตอร์แบบอะสเตเบิ ล ถูกคิดค้นโดยเฮนรี อับราฮัมและยูจีน บล็อกในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1ประกอบด้วยแอมพลิฟายเออร์หลอดสุญญากาศสองตัวที่ต่อไขว้กันด้วยเครือข่ายตัวต้านทาน-ตัวเก็บประจุ^{[ 4 ] [ 5 ]}พวกเขาเรียกวงจรของพวกเขาว่า "มัลติไวเบรเตอร์" เพราะรูปคลื่นเอาต์พุตมีฮาร์มอนิกส์จำนวน มาก ^{[ 6 ]}สามารถใช้อุปกรณ์แอคทีฟหลากหลายชนิดในการสร้างมัลติไวเบรเตอร์ที่สร้างรูปคลื่นที่มีฮาร์มอนิกส์จำนวนมากคล้ายกัน ซึ่งรวมถึงทรานซิสเตอร์ หลอดนีออน ไดโอดอุโมงค์ และอื่นๆ แม้ว่าอุปกรณ์ที่ต่อไขว้กันจะเป็นรูปแบบที่พบได้ทั่วไป แต่ออสซิลเลเตอร์มัลติไวเบรเตอร์แบบองค์ประกอบเดียวก็พบได้ทั่วไปเช่นกัน

วงจรมัลติไวเบรเตอร์มี 3 ประเภท ได้แก่:

1. มัลติไวเบรเตอร์แบบไม่เสถียร (Astable multivibrator ) คือวงจรที่ไม่เสถียรในสถานะ ใดสถานะ หนึ่ง มันจะสลับไปมาระหว่างสถานะต่างๆ อย่างต่อเนื่อง โดยทำหน้าที่เหมือนออสซิลเลเตอร์แบบผ่อนคลาย (relaxation oscillator )
2. วงจรมัลติไวเบรเตอร์แบบโมโนสเตเบิลคือวงจรที่มีสถานะหนึ่งเสถียร แต่อีกสถานะหนึ่งไม่เสถียร (ชั่วคราว) พัลส์ทริกเกอร์จะทำให้วงจรเข้าสู่สถานะไม่เสถียร หลังจากเข้าสู่สถานะไม่เสถียรแล้ว วงจรจะกลับสู่สถานะเสถียรหลังจากเวลาที่กำหนดไว้ วงจรดังกล่าวมีประโยชน์สำหรับการสร้างช่วงเวลาที่มีระยะเวลาคงที่เพื่อตอบสนองต่อเหตุการณ์ภายนอกบางอย่าง วงจรนี้ยังรู้จักกันในชื่อวงจรวันช็อต ( one shot )
3. มัลติไวเบรเตอร์แบบไบสเตเบิลคือวงจรที่เสถียรในสถานะใดสถานะหนึ่ง สามารถเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งได้ด้วยพัลส์กระตุ้นจากภายนอก วงจรนี้เรียกอีกอย่างว่าฟลิปฟลอปหรือ แลตช์ สามารถเก็บข้อมูลได้หนึ่งบิตและมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในตรรกะดิจิทัลและ หน่วยความ จำคอมพิวเตอร์

มัลติไวเบรเตอร์มีการใช้งานในระบบต่างๆ ที่ต้องการคลื่นสี่เหลี่ยมหรือช่วงเวลาที่กำหนดไว้ ตัวอย่างเช่น ก่อนการมาถึงของวงจรรวมราคาประหยัด^{มัลติไวเบรเตอร์แบบอนุกรมถูกนำมาใช้เป็นตัวแบ่งความถี่ [ 7 ]}มัลติไวเบ^{รเตอร์}แบบอิสระที่มีความถี่ครึ่งหนึ่งถึงหนึ่งในสิบของความถี่อ้างอิงจะสามารถล็อกกับความถี่อ้างอิงได้อย่างแม่นยำ เทคนิคนี้ถูกนำมาใช้ในออร์แกนอิเล็กทรอนิกส์ยุคแรกๆ เพื่อรักษาระดับเสียงของโน้ตในอ็อกเทฟ ต่างๆ ให้ตรงกันอย่างแม่นยำ การใช้งานอื่นๆ ได้แก่ ระบบ โทรทัศน์ ยุคแรกๆ ซึ่งความถี่ของเส้นและเฟรมต่างๆ จะถูกซิงโครไนซ์ด้วยพัลส์ที่รวมอยู่ในสัญญาณวิดีโอ

วงจรมัลติไวเบรเตอร์ตัวแรก ซึ่งเป็นออสซิลเลเตอร์ มัลติไวเบรเตอร์แบบอะสเตเบิลคลาสสิก (เรียกอีกอย่างว่ามัลติไวเบรเตอร์แบบเพลทคัปเปิล ) ได้รับการอธิบายครั้งแรกโดยHenri Abrahamและ Eugene Bloch ในเอกสารเผยแพร่หมายเลข 27ของกระทรวงกลาโหม ฝรั่งเศส และในAnnales de Physique 12, 252 (1919)เนื่องจากมันสร้างคลื่นสี่เหลี่ยมซึ่งแตกต่างจากคลื่นไซน์ที่สร้างโดยวงจรออสซิลเลเตอร์อื่นๆ ส่วนใหญ่ในเวลานั้น เอาต์พุตของมันจึงมีฮาร์โมนิก จำนวนมาก เหนือความถี่พื้นฐานซึ่งสามารถใช้สำหรับการปรับเทียบวงจรวิทยุความถี่สูง ด้วยเหตุนี้ Abraham และ Bloch จึงเรียกมันว่า มัลติไวเบรเตอร์มันเป็นต้นแบบของทริกเกอร์ Eccles-Jordan ^{[ 8 ]}ซึ่งได้มาจากวงจรนี้ในอีกหนึ่งปีต่อมา

ในอดีต คำศัพท์ที่ใช้เรียกมัลติไวเบรเตอร์นั้นมีความหลากหลายอยู่บ้าง:

• 1942 – มัลติไวเบรเตอร์หมายถึงสภาวะไม่เสถียร: "วงจรมัลติไวเบรเตอร์ (รูปที่ 7-6) ค่อนข้างคล้ายกับวงจรฟลิปฟลอป แต่การเชื่อมต่อจากแอโนดของวาล์วหนึ่งไปยังกริดของอีกวาล์วหนึ่งทำได้โดยใช้ตัวเก็บประจุเท่านั้น ดังนั้นการเชื่อมต่อจึงไม่คงอยู่ในสภาวะคงที่" ^{[ 9 ]}
• พ.ศ. 2485 – มัลติไวเบรเตอร์เป็นวงจรฟลิปฟลอปชนิดหนึ่ง: "วงจรดังกล่าวเรียกว่าวงจร 'ทริกเกอร์' หรือ 'ฟลิปฟลอป' และมีความสำคัญอย่างมาก วงจรที่เก่าแก่ที่สุดและเป็นที่รู้จักดีที่สุดในบรรดาวงจรเหล่านี้คือมัลติไวเบรเตอร์" ^{[ 10 ]}
• พ.ศ. 2486 – ฟลิปฟลอปเป็น ตัวสร้างพัลส์แบบช็อตเดียว: "...ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างฟลิปฟลอปสองวาล์วกับมัลติไวเบรเตอร์คือฟลิปฟลอปมีวาล์วตัวหนึ่งที่ถูกไบแอสให้เป็นตัด" ^{[ 11 ]}
• พ.ศ. 2492 – โมโนสเตเบิลในรูปแบบฟลิปฟลอป: "มัลติไวเบรเตอร์แบบโมโนสเตเบิลยังถูกเรียกว่า 'ฟลิปฟลอป' อีกด้วย" ^{[ 12 ]}
• 1949 – โมโนสเตเบิลในรูปแบบฟลิปฟลอป: "...ฟลิปฟลอปเป็นมัลติไวเบรเตอร์แบบโมโนสเตเบิล และมัลติไวเบรเตอร์ทั่วไปเป็นมัลติไวเบรเตอร์แบบอะสเตเบิล" ^{[ 13 ]}

แหล่งที่มา: ^{[ 14 ]}

มัลติไวเบรเตอร์แบบไม่เสถียรประกอบด้วยวงจรขยายสองวงที่เชื่อมต่อกันใน วงจรป้อน กลับเชิงบวกโดยใช้เครือข่ายการเชื่อมต่อแบบคาปาซิทีฟ-รีซิสทีฟสองเครือข่าย องค์ประกอบการขยายอาจเป็นทรานซิสเตอร์แบบจังก์ชันหรือแบบฟิลด์เอฟเฟกต์ หลอดสุญญากาศตัวขยายสัญญาณปฏิบัติการหรือตัวขยายสัญญาณประเภทอื่นๆ รูปที่ 1 ด้านล่างขวา แสดงทรานซิสเตอร์แบบจังก์ชันไบโพลาร์ (BJT )

โดยปกติวงจรจะถูกวาดในรูปแบบสมมาตรเป็นคู่ที่ต่อกันแบบไขว้ ขั้วเอาต์พุตทั้งสองสามารถกำหนดได้ที่อุปกรณ์แอคทีฟและมีสถานะเสริมกัน ขั้วหนึ่งมีแรงดันสูงในขณะที่อีกขั้วหนึ่งมีแรงดันต่ำ ยกเว้นในช่วงเวลาสั้น ๆ ของการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง

วงจรนี้มีสถานะไม่เสถียรสองสถานะที่เปลี่ยนแปลงสลับกันด้วยอัตราการเปลี่ยนแปลงสูงสุดเนื่องจากการป้อนกลับเชิงบวกแบบ "เร่ง" วงจรนี้ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ตัวเก็บประจุ แบบต่อ พ่วงที่ถ่ายโอนการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าทันที เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวเก็บประจุไม่สามารถเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันได้ ในแต่ละสถานะ ทรานซิสเตอร์ตัวหนึ่งจะเปิดและอีกตัวหนึ่งจะปิด ดังนั้น ตัวเก็บประจุที่ชาร์จเต็มตัวหนึ่งจะคายประจุ (ชาร์จย้อนกลับ) อย่างช้าๆ ทำให้เวลาเปลี่ยนเป็นแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงแบบเอกซ์โปเนนเชียล ในขณะเดียวกัน ตัวเก็บประจุที่ว่างเปล่าอีกตัวหนึ่งจะชาร์จอย่างรวดเร็วเพื่อคืนประจุ (ตัวเก็บประจุตัวแรกทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุตั้งเวลา และตัวที่สองเตรียมพร้อมที่จะทำหน้าที่นี้ในสถานะถัดไป) การทำงานของวงจรขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าจุดเชื่อมต่อเบส-อีมิเตอร์ที่ได้รับไบแอสไปข้างหน้าของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ที่เปิดอยู่สามารถให้เส้นทางสำหรับการคืนประจุของตัวเก็บประจุได้

สถานะที่ 1 (Q1 เปิดใช้งาน, Q2 ปิดใช้งาน)

ในตอนเริ่มต้น ตัวเก็บประจุ C1 จะถูกชาร์จจนเต็ม (ในสถานะที่ 2 ก่อนหน้านี้) ด้วยแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟVโดยมีขั้วดังแสดงในรูปที่ 1 Q1 เปิดอยู่และต่อแผ่นบวกด้านซ้ายของ C1 เข้ากับกราวด์ เนื่องจากแผ่นลบด้านขวาต่อกับฐานของ Q2 แรงดันไฟฟ้าลบสูงสุด (-V )จึงถูกจ่ายให้กับฐานของ Q2 ทำให้ Q2 ปิด อยู่ C1 เริ่มคายประจุ (ชาร์จย้อนกลับ) ผ่าน ตัวต้านทานฐานค่าสูงR2 ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของแผ่นด้านขวา (และที่ฐานของ Q2) จึงเพิ่มขึ้นจากต่ำกว่ากราวด์ (-V )ไปสู่ ​​+ Vเนื่องจากรอยต่อฐาน-อีมิเตอร์ของ Q2 ได้รับไบแอสย้อนกลับ จึงไม่นำกระแส ดังนั้นกระแสทั้งหมดจาก R2 จึงไหลเข้าสู่ C1 ในขณะเดียวกัน C2 ที่คายประจุจนหมดและแม้กระทั่งมีประจุเล็กน้อยถึง 0.6 V (ในสถานะที่ 2 ก่อนหน้านี้) จะถูกชาร์จอย่างรวดเร็วผ่านตัวต้านทานคอลเลคเตอร์ค่าต่ำ R4 และจุดเชื่อมต่อเบส-อีมิเตอร์แบบไบแอสไปข้างหน้าของ Q1 (เนื่องจาก R4 น้อยกว่า R2 ทำให้ C2 ชาร์จเร็วกว่า C1) ดังนั้น C2 จึงฟื้นฟูประจุและเตรียมพร้อมสำหรับสถานะ C2 ถัดไป ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุตั้งเวลา Q1 จะอิ่มตัวอย่างแน่นหนาในตอนเริ่มต้นโดยกระแสการชาร์จของ C2 ที่ "บังคับ" บวกกับกระแส R3 ในที่สุด มีเพียง R3 เท่านั้นที่ให้กระแสเบสอินพุตที่จำเป็น ความต้านทาน R3 ถูกเลือกให้มีค่าเล็กพอที่จะทำให้ Q1 อิ่มตัว (ไม่มากนัก) หลังจากที่ C2 ถูกชาร์จจนเต็มแล้ว

เมื่อแรงดันของเพลตด้านขวาของ C1 (แรงดันฐานของ Q2) กลายเป็นบวกและถึง 0.6 V รอยต่อฐาน-อีมิเตอร์ของ Q2 จะเริ่มเบี่ยงเบนกระแสประจุส่วนหนึ่งของ R2 Q2 เริ่มนำกระแส และนี่คือจุดเริ่มต้นของกระบวนการป้อนกลับเชิงบวกแบบลูกโซ่ดังต่อไปนี้ แรงดันคอลเลคเตอร์ของ Q2 เริ่มลดลง การเปลี่ยนแปลงนี้ส่งผ่าน C2 ที่ชาร์จเต็มแล้วไปยังฐานของ Q1 และ Q1 เริ่มตัดการทำงาน แรงดันคอลเลคเตอร์ของมันเริ่มเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงนี้ส่งกลับผ่าน C1 ที่เกือบว่างเปล่าไปยังฐานของ Q2 และทำให้ Q2 นำกระแสมากขึ้น จึงรักษาผลกระทบอินพุตเริ่มต้นบนฐานของ Q2 ไว้ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงอินพุตเริ่มต้นจึงหมุนเวียนไปตามวงจรป้อนกลับและเติบโตในลักษณะลูกโซ่จนกระทั่งในที่สุด Q1 ปิดและ Q2 เปิด รอยต่อฐาน-อีมิเตอร์ของ Q2 ที่ได้รับไบแอสไปข้างหน้าจะตรึงแรงดันของเพลตด้านขวาของ C1 ไว้ที่ 0.6 V และไม่อนุญาตให้มันเพิ่มขึ้นต่อไปจนถึง+ V

สถานะที่ 2 (Q1 ปิดอยู่, Q2 เปิดอยู่)

ขณะนี้ ตัวเก็บประจุ C2 ถูกชาร์จจนเต็ม (ในสถานะที่ 1 ก่อนหน้านี้) ด้วยแรงดันไฟฟ้าV ของแหล่งจ่ายไฟ โดยมีขั้วดังแสดงในรูปที่ 1 Q2 เปิดอยู่และต่อเพลตด้านขวาที่เป็นบวกของ C2 เข้ากับกราวด์ เนื่องจากเพลตด้านซ้ายที่เป็นลบของ C2 ต่อกับเบสของ Q1 จึงทำให้เกิดแรงดันลบสูงสุด (-V )ที่เบสของ Q1 ซึ่งทำให้ Q1 ปิด อยู่ C2 เริ่มคายประจุ (ชาร์จย้อนกลับ) ผ่านตัวต้านทานเบสค่าสูง R3 ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของเพลตด้านซ้าย (และที่เบสของ Q1) จึงเพิ่มขึ้นจากต่ำกว่ากราวด์ (-V )ไปสู่ ​​+ Vในขณะเดียวกัน C1 ที่คายประจุจนหมดและอาจมีประจุเล็กน้อยถึง 0.6 V (ในสถานะที่ 1 ก่อนหน้านี้) จะชาร์จอย่างรวดเร็วผ่านตัวต้านทานคอลเลคเตอร์ค่าต่ำ R1 และจุดเชื่อมต่อเบส-อีมิเตอร์แบบไบแอสไปข้างหน้าของ Q2 (เนื่องจาก R1 น้อยกว่า R3 C1 จึงชาร์จเร็วกว่า C2) ดังนั้น C1 จึงฟื้นฟูประจุและเตรียมพร้อมสำหรับสถานะที่ 1 ถัดไป ซึ่งมันจะทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุตั้งเวลาอีกครั้ง...และต่อไปเรื่อยๆ... (คำอธิบายต่อไปนี้เป็นการคัดลอกส่วนที่สองของสถานะที่ 1)

ระยะเวลาของสถานะที่ 1 (เอาต์พุตต่ำ) จะสัมพันธ์กับค่าคงที่เวลาR ₂ C ₁เนื่องจากขึ้นอยู่กับการชาร์จของ C1 และระยะเวลาของสถานะที่ 2 (เอาต์พุตสูง) จะสัมพันธ์กับค่าคงที่เวลาR ₃ C ₂เนื่องจากขึ้นอยู่กับการชาร์จของ C2 เนื่องจากไม่จำเป็นต้องเท่ากัน จึง สามารถสร้าง รอบการทำงานแบบ ไม่สมมาตร ได้ง่าย

แรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุที่มีประจุเริ่มต้นไม่เป็นศูนย์คือ:

${\displaystyle V_{\text{cap}}(t)=\left[\left(V_{\text{capinit}}-V_{\text{charging}}\right)\cdot e^{-{\frac {t}{RC}}}\right]+V_{\text{charging}}}$

เมื่อพิจารณา C2 ก่อนที่ Q2 จะเปิดทำงาน ขั้วซ้ายของ C2 จะมีแรงดันเท่ากับแรงดันเบส-อีมิเตอร์ของ Q1 (V _{BE_Q1} ) และขั้วขวาจะมีแรงดันเท่ากับV _CC (" V _CC " ใช้แทน "+ V " เพื่อความสะดวกในการเขียน) แรงดันคร่อม C2 คือV _CCลบV _{BE_Q1}ทันทีที่ Q2 เปิดทำงาน ขั้วขวาของ C2 จะมีแรงดัน 0 V ซึ่งจะทำให้ขั้วซ้ายของ C2 มีแรงดัน 0 V ลบ ( V _CC - V _{BE_Q1} ) หรือV _{BE_Q1} - V _CC นับ จากจุดนี้เป็นต้นไป ขั้วซ้ายของ C2 จะต้องถูกชาร์จกลับไปที่ V _{BE_Q1}ระยะเวลาที่ใช้ในการชาร์จนี้คือครึ่งหนึ่งของเวลาการสวิตช์ของมัลติไวเบรเตอร์ (อีกครึ่งหนึ่งมาจาก C1) ในสมการการชาร์จตัวเก็บประจุข้างต้น ให้แทนค่า:

V _{BE_Q1}สำหรับ${\displaystyle V_{\text{cap}}(t)}$

( V _{BE_Q1} - V _CC ) สำหรับ${\displaystyle V_{\text{capinit}}}$

วี_ซีซีสำหรับ${\displaystyle V_{\text{charging}}}$

ส่งผลให้:

${\displaystyle V_{{\text{BE}}\_{\text{Q1}}}=\left(\left[\left(V_{{\text{BE}}\_{\text{Q1}}}-V_{\text{CC}}\right)-V_{\text{CC}}\right]\cdot e^{-{\frac {t}{RC}}}\right)+V_{\text{CC}}}$

เมื่อแก้สมการหาค่า t จะได้ผลลัพธ์ดังนี้:

${\displaystyle t=-RC\cdot \ln \left({\frac {V_{{\text{BE}}\_{\text{Q1}}}-V_{\text{CC}}}{V_{{\text{BE}}\_{\text{Q1}}}-2V_{\text{CC}}}}\right)}$

เพื่อให้วงจรนี้ทำงานได้ V _CC >>V _{BE_Q1} (ตัวอย่างเช่น: V _CC =5 V, V _{BE_Q1} =0.6 V) ดังนั้นสมการจึงสามารถลดรูปได้ดังนี้:

${\displaystyle t=-RC\cdot \ln \left({\frac {-V_{\text{CC}}}{-2V_{\text{CC}}}}\right)}$

ซึ่งสามารถสรุปให้ง่ายขึ้นได้ดังนี้:

${\displaystyle t=-RC\cdot \ln \left({\frac {1}{2}}\right)=RC\cdot \ln {2}}$

ดังนั้น คาบของแต่ละครึ่งของมัลติไวเบรเตอร์จึงกำหนดโดย ${\displaystyle t=RC\cdot \ln {2}}$

ระยะเวลาการแกว่งทั้งหมดคำนวณได้จากสูตร:

${\displaystyle T=(R_{2}C_{1}+R_{3}C_{2})\cdot \ln {2}}$

${\displaystyle f={\frac {1}{T}}={\frac {1}{(R_{2}C_{1}+R_{3}C_{2})\cdot \ln {2}}}\approx {\frac {1.443}{R_{2}C_{1}+R_{3}C_{2}}}}$

ที่ไหน...

• fคือความถี่ในหน่วยเฮิรตซ์
• R2 _และR3 คือ _ค่า ความ ต้านทานในหน่วยโอห์ม
• C1และC2 คือ _{ค่า ความ จุ}ของตัวเก็บประจุในหน่วยฟารัด
• Tคือช่วงเวลา (ในกรณีนี้คือผลรวมของระยะเวลาสองช่วง)

สำหรับกรณีพิเศษที่

• t ₁ = t ₂ (รอบการทำงาน 50%)
• R ₂ = R ₃
• C ₁ = C ₂

${\displaystyle f={\frac {1}{T}}={\frac {1}{2RC\cdot \ln {2}}}\approx {\frac {0.72}{RC}}}$^{[ 15 ]}

แรงดันเอาต์พุตมีรูปร่างคล้ายคลื่นสี่เหลี่ยม ซึ่งจะกล่าวถึงต่อไปนี้สำหรับทรานซิสเตอร์ Q1

ในสภาวะที่ 1รอยต่อเบส-อีมิเตอร์ของทรานซิสเตอร์ Q2 จะได้รับไบแอสย้อนกลับ และตัวเก็บประจุ C1 จะ "หลุด" จากกราวด์ แรงดันเอาต์พุตของทรานซิสเตอร์ Q1 ที่เปิดทำงานจะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วจากสูงไปต่ำ เนื่องจากเอาต์พุตที่มีความต้านทานต่ำนี้ถูกโหลดด้วย โหลด ที่มีอิมพีแดนซ์สูง (ตัวเก็บประจุ C1 ที่ต่ออนุกรมและตัวต้านทานเบส R2 ที่มีความต้านทานสูง)

ในสภาวะที่ 2รอยต่อเบส-อีมิเตอร์ของทรานซิสเตอร์ Q2 จะได้รับไบแอสไปข้างหน้า และตัวเก็บประจุ C1 จะ "ต่อ" กับกราวด์ แรงดันเอาต์พุตของทรานซิสเตอร์ Q1 ที่ปิดอยู่จะเปลี่ยนแปลงแบบเอกซ์โปเนนเชียลจากต่ำไปสูง เนื่องจากเอาต์พุตที่มีความต้านทานค่อนข้างสูงนี้ถูกโหลดด้วยโหลดที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำ (ตัวเก็บประจุ C1) นี่คือแรงดันเอาต์พุตของวงจรอินทิเก ร_ตR1C1

เพื่อให้ได้รูปคลื่นสี่เหลี่ยมตามที่ต้องการ ตัวต้านทานที่ตัวเก็บประจุจะต้องมีความต้านทานต่ำ ตัวต้านทานที่ฐานจะต้องมีความต้านทานต่ำพอที่จะทำให้ทรานซิสเตอร์อิ่มตัวในช่วงท้ายของการฟื้นฟู ( _RB < _βRC )

เมื่อวงจรเริ่มจ่ายไฟครั้งแรก ทรานซิสเตอร์ทั้งสองตัวจะไม่เปิดทำงาน อย่างไรก็ตาม นั่นหมายความว่าในขั้นตอนนี้ ทรานซิสเตอร์ทั้งสองตัวจะมีแรงดันเบสสูง และมีแนวโน้มที่จะเปิดทำงาน และความไม่สมมาตรเล็กน้อยที่หลีกเลี่ยงไม่ได้จะทำให้ทรานซิสเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งเปิดทำงานก่อน ซึ่งจะทำให้วงจรเข้าสู่สถานะใดสถานะหนึ่งข้างต้นอย่างรวดเร็ว และจะเกิดการสั่นขึ้น ในทางปฏิบัติ การสั่นจะเกิดขึ้นเสมอสำหรับค่าRและCที่ ใช้งานได้จริง

อย่างไรก็ตาม หากวงจรถูกคงไว้โดยที่ฐานทั้งสองมีแรงดันสูงชั่วคราว นานกว่าระยะเวลาที่ตัวเก็บประจุทั้งสองจะชาร์จเต็ม วงจรก็จะคงอยู่ในสภาวะเสถียรนี้ โดยที่ฐานทั้งสองมีแรงดัน 0.60 V ตัวเก็บประจุทั้งสองมีแรงดัน 0 V และตัวเก็บประจุทั้งสองถูกชาร์จย้อนกลับไปที่ −0.60 V เหตุการณ์นี้สามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการเริ่มต้นระบบโดยไม่ต้องมีการแทรกแซงจากภายนอก หากค่า RและCมีค่าเล็กมาก

มัลติไวเบรเตอร์แบบอะสเตเบิลสามารถซิงโครไนซ์กับชุดพัลส์ภายนอกได้ อุปกรณ์แอคทีฟคู่เดียวสามารถใช้แบ่งค่าอ้างอิงด้วยอัตราส่วนขนาดใหญ่ได้ อย่างไรก็ตาม ความเสถียรของเทคนิคนี้ไม่ดีเนื่องจากความแปรปรวนของแหล่งจ่ายไฟและองค์ประกอบวงจร ตัวอย่างเช่น อัตราส่วนการแบ่ง 10 ทำได้ง่ายแต่ไม่น่าเชื่อถือ ชุดฟลิปฟลอปแบบไบสเตเบิลให้การแบ่งที่คาดการณ์ได้มากขึ้น โดยแลกกับจำนวนองค์ประกอบแอคทีฟที่มากขึ้น^{[ 15 ]}

แม้จะไม่ใช่ส่วนประกอบพื้นฐานในการทำงานของวงจร แต่ไดโอดที่ต่ออนุกรมกับฐานหรือตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์นั้นจำเป็นเพื่อป้องกันไม่ให้รอยต่อฐาน-ตัวปล่อยเกิดการพังทลายแบบย้อนกลับเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายเกินกว่าแรงดันพังทลายV _eb ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 5-10 โวลต์สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอนทั่วไป ในการกำหนดค่าแบบโมโนสเตเบิล จะมีเพียงทรานซิสเตอร์ตัวเดียวเท่านั้นที่ต้องการการป้องกัน

Assume all the capacitors to be discharged at first. The output of the op-amp V_o at node c is +V_sat initially. At node a, a voltage of +β V_sat is formed due to voltage division where ${\displaystyle \beta =\left[{\frac {R2}{R1+R2}}\right]}$. The current that flows from nodes c and b to ground charges the capacitor C towards +V_sat. During this charging period, the voltage at b becomes greater than +β V_sat at some point. The voltage at inverting terminal will be greater than the voltage at the non-inverting terminal of the op-amp. This is a comparator circuit and hence, the output becomes -V_sat. The voltage at node a becomes -βV_sat due to voltage division. Now the capacitor discharges towards -V_sat. At some point, the voltage at b becomes less than -β V_sat. The voltage at the non-inverting terminal will be greater than the voltage at the inverting terminal of the op-amp. So, the output of the op-amp is +V_sat. This repeats and forms a free-running oscillator or an astable multivibrator.

If V_C is the voltage across the capacitor and from the graph, the time period of the wave formed at capacitor and the output would match, then the time period could be calculated in this way:

${\displaystyle V_{c}=V_{c}(\infty )+[V_{c}(0)-V_{c}(\infty )]e^{\tfrac {-t}{RC}}}$

${\displaystyle V_{c}(t)=V_{sat}+[-\beta V_{sat}-V_{sat}]e^{\left({\frac {-t}{RC}}\right)}}$

At t =T1,

${\displaystyle \beta V_{sat}=V_{sat}(1-[\beta +1]e^{\tfrac {-T1}{RC}})}$

Upon solving, we get:

${\displaystyle T1=RC\ln \left[{\frac {1+\beta }{1-\beta }}\right]}$

We are taking values of R, C and β such that we get a symmetrical square wave. Thus, we get T1 = T2 and total time period T = T1 + T2. So, the time period of the square wave generated at the output is:

${\displaystyle T=2RC\ln \left[{\frac {1+\beta }{1-\beta }}\right]}$

ในวงจรมัลติไวเบรเตอร์แบบโมโนสเตเบิล เครือข่ายตัวต้านทาน-ตัวเก็บประจุหนึ่งตัว (C2 _- R3 _ในรูปที่ 1) ถูกแทนที่ด้วยเครือข่ายตัวต้านทาน (ตัวต้านทานเพียงอย่างเดียว) วงจรนี้สามารถมองได้ว่าเป็นมัลติไวเบรเตอร์แบบ แอสเตเบิลครึ่ง ตัว แรงดันที่ตัวเก็บประจุของ Q2 คือเอาต์พุตของวงจร (ซึ่งแตกต่างจากวงจรแอสเตเบิลตรงที่มีรูปคลื่นสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่สมบูรณ์แบบ เนื่องจากเอาต์พุตไม่ได้ถูกโหลดด้วยตัวเก็บประจุ)

เมื่อได้รับพัลส์อินพุตกระตุ้น มัลติไวเบรเตอร์แบบโมโนสเตเบิลจะเปลี่ยนไปสู่สถานะไม่เสถียรเป็นระยะเวลาหนึ่ง จากนั้นจะกลับสู่สถานะเสถียร ระยะเวลาที่มัลติไวเบรเตอร์แบบโมโนสเตเบิลอยู่ในสถานะไม่เสถียรจะกำหนดโดยt  = ln(2) R ₂ C ₁หากการป้อนพัลส์อินพุตซ้ำๆ ทำให้วงจรอยู่ในสถานะไม่เสถียร จะเรียกว่า มัลติไวเบรเตอร์ แบบรีทริกเกอร์ได้หากพัลส์กระตุ้นเพิ่มเติมไม่มีผลต่อระยะเวลา วงจรนั้นจะเป็นมัลติไวเบรเตอร์ แบบ ไม่สามารถรีทริก เกอร์ได้

สำหรับวงจรในรูปที่ 2 ในสภาวะเสถียร Q1 จะปิดอยู่และ Q2 จะเปิดอยู่ วงจรจะถูกกระตุ้นด้วยสัญญาณอินพุตศูนย์หรือค่าลบที่ป้อนเข้าที่ฐานของ Q2 (หรือสามารถกระตุ้นได้โดยการป้อนสัญญาณอินพุตบวกผ่านตัวต้านทานเข้าที่ฐานของ Q1 ก็ได้ผลเช่นเดียวกัน) ผลที่ได้คือ วงจรจะเข้าสู่สภาวะที่ 1ดังที่ได้อธิบายไว้ข้างต้น หลังจากเวลาผ่านไป วงจรจะกลับสู่สภาวะเริ่มต้นที่เสถียรอีกครั้ง

วงจรนี้มีประโยชน์สำหรับการสร้างพัลส์เอาต์พุตเดี่ยวที่มีระยะเวลาปรับได้ โดยตอบสนองต่อสัญญาณทริกเกอร์ ความกว้างของพัลส์เอาต์พุตขึ้นอยู่กับส่วนประกอบภายนอกที่เชื่อมต่อกับโอเปอเรชันแอมพลิฟายเออร์เท่านั้น ไดโอด D1 จะจำกัดแรงดันตัวเก็บประจุไว้ที่ 0.7 V เมื่อเอาต์พุตอยู่ที่ +Vsat สมมติว่าในสถานะเสถียร เอาต์พุต Vo = +Vsat ไดโอด D1 จะจำกัดแรงดันตัวเก็บประจุไว้ที่ 0.7 V แรงดันที่ขั้วไม่กลับเฟสผ่านตัวแบ่งแรงดันจะเป็น +βVsat ตอนนี้มีการใช้ทริกเกอร์ลบที่มีขนาด V1 กับขั้วไม่กลับเฟส เพื่อให้สัญญาณที่มีประสิทธิภาพที่ขั้วนี้มีค่าน้อยกว่า 0.7 V จากนั้นแรงดันเอาต์พุตจะเปลี่ยนจาก +Vsat เป็น -Vsat ไดโอดจะได้รับไบแอสย้อนกลับ และตัวเก็บประจุจะเริ่มชาร์จแบบเอกซ์โพเนนเชียลไปที่ -Vsat ผ่าน R แรงดันที่ขั้วไม่กลับเฟสผ่านตัวแบ่งแรงดันจะเป็น -βVsat หลังจากนั้นไม่นาน ตัวเก็บประจุจะชาร์จจนถึงแรงดันที่มากกว่า -βVsat ขณะนี้แรงดันไฟฟ้าที่อินพุตแบบไม่กลับเฟสมีค่ามากกว่าแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตแบบกลับเฟส และเอาต์พุตของออปแอมป์จะเปลี่ยนกลับไปที่ +Vsat อีกครั้ง ตัวเก็บประจุจะคายประจุผ่านตัวต้านทาน R และชาร์จใหม่จนถึง 0.7 V

ความกว้างพัลส์ T ของมัลติไวเบรเตอร์แบบโมโนสเตเบิลคำนวณได้ดังนี้: คำตอบทั่วไปสำหรับวงจร RC แบบโลว์พาสคือ

${\displaystyle V_{o}=V_{f}+(V_{i}-V_{f})e^{-t/RC}}$

โดยที่และคือแรงดันตกคร่อมไดโอด ดังนั้น ${\displaystyle V_{f}=-V_{\text{sat}}}$${\displaystyle V_{i}=V_{d}}$

${\displaystyle V_{c}=-V_{\text{sat}}+(V_{d}+V_{\text{sat}})e^{-t/RC}}$

ที่, ${\displaystyle t=T}$

${\displaystyle V_{c}=-\beta V_{\text{sat}}}$

${\displaystyle -\beta V_{\text{sat}}=-V_{\text{sat}}+(V_{d}+V_{\text{sat}})e^{-T/RC}}$

หลังจากลดรูปแล้ว

${\displaystyle T=RC\ln \left({1+V_{d}/V_{\text{sat}} \over 1-\beta }\right)}$

ที่ไหน${\displaystyle \beta ={R2 \over R1+R2}}$

ถ้าและดังนั้นแล้ว ${\displaystyle V_{\text{sat}}>>V_{d}}$${\displaystyle R1=R2}$${\displaystyle \beta =0.5}$${\displaystyle T=0.69RC}$

ในมัลติไวเบรเตอร์แบบไบสเตเบิล เครือข่ายตัวต้านทาน-ตัวเก็บประจุทั้งสอง (C ₁ -R ₂และ C ₂ -R ₃ในรูปที่ 1) ถูกแทนที่ด้วยเครือข่ายตัวต้านทาน (ตัวต้านทานอย่างเดียวหรือการเชื่อมต่อโดยตรง )

วงจร แลตช์นี้คล้ายกับมัลติไวเบรเตอร์แบบอะสเตเบิล ยกเว้นว่าไม่มีเวลาในการชาร์จหรือคายประจุ เนื่องจากไม่มีตัวเก็บประจุ ดังนั้น เมื่อวงจรเปิด หาก Q1 เปิดอยู่ ขั้วคอลเลคเตอร์ของ Q1 จะมีแรงดัน 0 โวลต์ ส่งผลให้ Q2 ปิดลง ทำให้แรงดันมากกว่าครึ่งหนึ่งของ + Vโวลต์ถูกจ่ายไปยัง R4 ส่งผลให้กระแสไหลเข้าสู่เบสของ Q1 ทำให้ Q1 เปิดอยู่ตลอดเวลา ดังนั้น วงจรจึงคงความเสถียรอยู่ในสถานะเดียวอย่างต่อเนื่อง ในทำนองเดียวกัน Q2 จะเปิดอยู่ตลอดเวลา หากมันถูกเปิดใช้งานก่อน

การสลับสถานะสามารถทำได้โดยใช้ขั้วต่อ Set และ Reset ที่เชื่อมต่อกับฐานของทรานซิสเตอร์ ตัวอย่างเช่น ถ้า Q2 เปิดอยู่และขั้วต่อ Set ถูกต่อลงกราวด์ชั่วขณะ จะทำให้ Q2 ปิดลงและ Q1 เปิดขึ้น ดังนั้น ขั้วต่อ Set ใช้สำหรับ "ตั้งค่า" ให้ Q1 เปิด และขั้วต่อ Reset ใช้สำหรับ "รีเซ็ต" ให้ Q1 กลับสู่สถานะปิด

• ออสซิลเลเตอร์แบบบล็อก
• วงจร RC
• กลไกจุดระเบิดแบบ Schmitt

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับมัลติไวเบรเตอร์