Le multivibrateur bistable est un autre type de dispositif à deux états, similaire au multivibrateur monostable que nous avons étudié dans le tutoriel précédent, mais cette fois, la différence est que les DEUX états sont stables.

Les multivibrateurs bistables ont DEUX états stables (d’où le nom “Bi” signifiant deux) et maintiennent un état de sortie donné indéfiniment, à moins qu’un déclencheur externe ne soit appliqué, forçant ainsi un changement d’état.

Le multivibrateur bistable peut être commuté d’un état stable à l’autre par l’application d’une impulsion de déclenchement externe; il nécessite donc deux impulsions de déclenchement externes avant de revenir à son état initial. Étant donné que les multivibrateurs bistables ont deux états stables, ils sont plus communément connus sous le nom de “latch” et “flip-flop” pour une utilisation dans des circuits séquentiels.

Le multivibrateur bistable discret est un dispositif non régénératif à deux états construit à partir de deux transistors couplés croisés, fonctionnant comme des interrupteurs de type transistor “ON-OFF”. Dans chacun des deux états, un des transistors est coupé tandis que l’autre est en saturation, ce qui signifie que le circuit bistable est capable de rester indéfiniment dans un état stable.

Pour changer le bistable d’un état à l’autre, le circuit bistable nécessite une impulsion de déclenchement appropriée et, pour passer par un cycle complet, deux impulsions de déclenchement sont requises, une pour chaque étape. Son nom plus courant ou terme de “flip-flop” se rapporte à son fonctionnement réel, car il “flip” dans un état logique, y reste, puis change ou “flop” à nouveau dans son état original. Considérons le circuit ci-dessous.

Circuit Multivibrateur Bistable

Le circuit de multivibrateur bistable ci-dessus est stable dans les deux états, soit avec un transistor “OFF” et l’autre “ON”, soit avec le premier transistor “ON” et le second “OFF”. Supposons que l’interrupteur soit en position gauche, position “A”. La base du transistor TR₁ sera mise à la terre, se trouvant dans sa région de coupure, produisant une sortie à Q. Cela signifie que le transistor TR₂ est “ON”, car sa base est connectée à Vcc à travers la combinaison en série des résistances R1 et R2. Comme le transistor TR₂ est “ON”, il n’y aura pas de sortie à Q, l’inverse ou le complément de Q.

Si l’interrupteur est maintenant déplacé à droite, position “B”, le transistor TR₂ s’éteindra et le transistor TR₁ s’allumera à travers la combinaison des résistances R3 et R4, entraînant une sortie à Q et zéro sortie à Q, l’inverse de la situation précédente. Nous pouvons donc dire qu’un état stable existe lorsque le transistor TR₁ est “ON” et TR₂ est “OFF”, position de l’interrupteur “A”, et un autre état stable existe lorsque le transistor TR₁ est “OFF” et TR₂ est “ON”, position de l’interrupteur “B”.

Alors, contrairement au multivibrateur monostable dont la sortie dépend de la constante de temps RC des composants de rétroaction utilisés, la sortie des multivibrateurs bistables dépend de l’application de deux impulsions de déclenchement individuelles, position “A” ou position “B”.

Les multivibrateurs bistables peuvent produire une très courte impulsion de sortie ou une sortie en forme de rectangle beaucoup plus longue, dont le bord de montée suit le temps de l’impulsion de déclenchement appliquée et dont le bord de descente dépend d’une deuxième impulsion de déclenchement comme montré ci-dessous.

Forme d’Onde du Multivibrateur Bistable

Passer manuellement entre les deux états stables peut produire un circuit de multivibrateur bistable mais n’est pas très pratique. Un moyen de basculer entre les deux états en utilisant juste une seule impulsion de déclenchement est montré ci-dessous.

Commutation Séquentielle

Changer d’états est réalisé en appliquant une seule impulsion de déclenchement qui, à son tour, fera que le transistor “ON” s’éteigne et le transistor “OFF” s’allume lors de la moitié négative de l’impulsion de déclenchement. Le circuit passera séquentiellement en appliquant une impulsion à chaque base à tour de rôle, et cela est réalisé à partir d’une seule impulsion de déclenchement d’entrée en utilisant des diodes polarisées comme circuit de pilotage.

Ensuite, l’application d’une première impulsion négative change l’état de chaque transistor, et l’application d’une deuxième impulsion négative réinitialise les transistors à leur état d’origine, agissant comme un compteur par deux. De même, nous pourrions retirer les diodes, les condensateurs et les résistances de rétroaction et appliquer des impulsions de déclenchement négatives individuelles directement aux bases des transistors.

Les multivibrateurs bistables ont de nombreuses applications, produisant un circuit de flip-flop set-reset SR pour une utilisation dans des circuits de comptage, ou comme un dispositif de stockage de mémoire d’un bit dans un ordinateur. D’autres applications des flip-flops bistables incluent les diviseurs de fréquence car les impulsions de sortie ont une fréquence exactement égale à la moitié ( ƒ/2 ) de celle de l’impulsion de déclenchement d’entrée, en raison de leur changement d’état à partir d’une seule impulsion d’entrée. En d’autres termes, le circuit produit une division de fréquence car il divise maintenant la fréquence d’entrée par un facteur de deux (une octave).

Multivibrateurs Bistables TTL/CMOS

Ainsi, en plus de produire un multivibrateur bistable à partir de composants discrets individuels tels que des transistors, nous pouvons également construire des circuits bistables en utilisant des circuits intégrés couramment disponibles. Le circuit suivant montre comment un circuit de multivibrateur bistable de base peut être construit en utilisant simplement deux portes logiques “NAND” à 2 entrées.

Multivibrateur Bistable à Porte NAND

Le circuit ci-dessus nous montre comment nous pouvons utiliser deux portes NAND connectées ensemble pour former un multivibrateur bistable de base. Ce type de circuit bistable est également connu sous le nom de “flip-flop bistable”. Le multivibrateur bistable contrôlé manuellement est activé par un interrupteur à deux positions (SPDT) pour produire un signal logique “1” ou un signal logique “0” à la sortie.

Vous aurez peut-être remarqué que ce circuit vous semble un peu familier, et vous auriez raison ! Ce type de circuit de commutation bistable est plus couramment appelé flip-flop NAND SR, étant presque identique à celui que nous avons examiné dans les tutoriels sur la logique séquentielle. Dans ce tutoriel particulier, nous avons vu que ce type de bistable à porte NAND constitue un excellent circuit de anti-bounce, ne permettant qu’une seule action de commutation pour contrôler sa sortie.

Dans le prochain tutoriel sur les multivibrateurs, nous examinerons un dispositif qui n’a AUCUN état stable car il passe continuellement d’un état stable à l’autre. Ce type de circuit multivibrateur est appelé multivibrateur astable, également connu sous son nom plus courant de “oscillateur libre”.