Multivibradores Monostáveis (One-Shots): Projeto, Temporização e Aplicações Industriais

Já nos deparamos com um multivibrador monostável na prática: o detector de pulso dentro de um flip-flop que alimenta momentaneamente o latch durante uma borda de clock.

Um detector de pulso é classificado como um multivibrador monostável porque possui apenas um estado de saída estável. Neste estado, o dispositivo mantém sua saída indefinidamente sem intervenção externa.

Por outro lado, um dispositivo bistável, como um latch ou flip-flop, pode manter tanto um estado "set" quanto "reset" por tempo arbitrário. Uma vez setado ou resetado, permanece naquele estado até que um sinal externo force uma mudança.

Um dispositivo monostável só pode manter um estado particular indefinidamente; seu outro estado só pode ser mantido brevemente quando disparado externamente.

Uma analogia mecânica comum é um botão de contato momentâneo que retorna à posição normal quando a força é liberada. Uma chave de parede comum, por outro lado, é bistável porque trava nas posições ligado ou desligado.

Todos os multivibradores monostáveis são dispositivos temporizados. Seu estado de saída instável dura por uma duração mínima predeterminada antes que o circuito retorne automaticamente ao estado estável.

Em circuitos monostáveis de semicondutores, a temporização é alcançada usando resistores e capacitores que exploram as características exponenciais de carga e descarga de redes RC. Um comparador tipicamente mede a tensão do capacitor contra um nível de referência, e sua saída lógica determina o estado alto ou baixo.

Em lógica de escada, atrasos de tempo são implementados com relés de atraso de tempo. Estes podem ser construídos com circuitos RC como descrito acima ou com dispositivos de atraso mecânico que retardam o movimento do armadura do relé.

Abaixo está a representação em lógica de escada de um detector de pulso básico. Independentemente de quanto tempo a entrada permaneça alta, a saída permanece alta por exatamente um segundo antes de retornar ao estado estável baixo.

Em muitas aplicações, você precisa de um monostável que produza um pulso mais longo que a entrada de disparo. O circuito de lógica de escada a seguir demonstra uma saída de 10 segundos que inicia quando os contatos de entrada fecham e persiste 10 segundos após a entrada abrir.

Esta configuração é conhecida como one-shot. Quando o pulso de entrada termina, o temporizador inicia, e quaisquer pulsos subsequentes dentro da janela de 10 segundos simplesmente reiniciam o temporizador, mantendo a saída alta — uma característica de um one-shot reacionável.

Um one-shot reacionável é particularmente útil para eliminar ruído (debounce) de um único contato mecânico. A saída permanece alta apesar do rápido ligar/desligar do entrada. Em um eliminador de ruído prático, a temporização seria tipicamente de alguns milissegundos em vez de 10 segundos.

E se você quiser um pulso de 10 segundos independentemente de quantos pulsos de entrada ocorram? Nesse caso, você acopla um detector de pulso a um one-shot não reacionável, como ilustrado abaixo.

O primeiro relé de atraso de tempo (TD₁) energiza a bobina do segundo relé (TD₂) por pelo menos 0,5 s sempre que a entrada é ativada. Assim que TD₂ energiza, seu contato normalmente fechado e temporizado impede qualquer nova energização da bobina pelo período total de 10 segundos, tornando o circuito não reacionável.

Tanto one-shots reacionáveis quanto não reacionáveis são amplamente usados na indústria — por exemplo, em acionamento de sirenes, sequenciamento de máquinas e qualquer aplicação onde uma entrada intermitente deve gerar um pulso de saída de comprimento fixo.

Revisão

• Um multivibrador monostável tem apenas um estado de saída estável; o estado alternativo só pode ser mantido temporariamente.
• One-shots existem em duas formas: reacionáveis e não reacionáveis.
• One-shots de curta duração são ideais para eliminar ruído de chaves mecânicas.

Planilhas Relacionadas

• Planilha de Circuito Temporizador – Multivibrador Monostável