Стійка мультивібраторна схема з використанням оп

Схема мультивібратора - дуже популярна і корисна схема в галузі електроніки, і це найпростіша схема, про яку ви будете знати під час вивчення базової електроніки. Схему мультивібратора можна розділити на дві категорії, перша відома як моностабільний мультивібратор, а друга відома як нестабільний мультивібратор. Але в цьому проекті ми поговоримо про нестабільний мультивібратор, іноді також відомий як вільно працює мультивібратор.

За визначенням, мультивібраторна схема Astable - це схема, яка не має стабільного стану. Це означає, що після ввімкнення він запускається, і він продовжує коливатися між високим і низьким станами, поки живлення не вимкнеться. Коли мова заходить про виготовлення такого мультивібратора Astable, найпоширенішим способом є використання мікросхеми таймера 555. В одному з наших попередніх проектів ми створили стійку мультивібраторну схему, використовуючи 555 IC Timer, ви можете це перевірити, якщо шукаєте щось подібне. Але у виробничому середовищі, коли задіяні складні схеми, розміщення більшої кількості мікросхем просто збільшує вартість специфікації. Більш простим рішенням може бути використання підсилювача Op для формування сигналу Astable. Ця схема може бути використана в різних додатках, де необхідний простий сигнал прямокутної хвилі.

Отже, у цьому проекті ми збираємося створити простий стійкий мультивібратор, використовуючи Op-amp, і ми розглянемо всі необхідні розрахунки, щоб з’ясувати період, отже, ми можемо розрахувати частоту та робочий цикл схеми. Ми також розглянули основні схеми операційних підсилювачів, такі як підсумовуючий підсилювач, диференціальний підсилювач, підсилювач приладів, послідовник напруги, інтегратор Op-Amp тощо.

Як працює цей стійкий мультивібратор з операційним підсилювачем?

Відповідь на це запитання дуже проста, але щоб зрозуміти це, потрібно спочатку зрозуміти схему, яка відома як тригерна схема Шмітта, спрощена схема тригера Шмітта показана нижче.

Схема тригера Шмітта:

Вище схематичних показаний ОУ схема з позитивним зворотним зв'язком, коли ОУ налаштований з позитивним зворотним зв'язком, це широко відомий як тригер Шмітта. Але для простоти давайте розберемося в тригерній схемі Шмітта.

Ця схема використовує дільник напруги для використання пристрою у вихідній напрузі і подає його на неінвертуючий термінал. Але через позитивні відгуки, вихід буде постійно зростати, поки не досягне насичення.

Тепер давайте розглянемо, що вихідна напруга тригера Шмітта дорівнює позитивній напрузі насичення, що визначається як + Vsat, і частка цієї напруги подається на неінвертуючий термінал.

Що дорівнює + Vsat x (R2 / (R1 + R2)). Тепер, якщо ми розглядаємо це рівняння як X, остаточне рівняння стає Xvsat. Де X - напруга зворотного зв'язку, ми отримуємо з дільника напруги. Тепер, коли вхідна напруга Vin менше напруги на Xvsat, тоді вихід буде мати позитивну напругу насичення. Оскільки вихід операційного підсилювача може бути поданий як коефіцієнт підсилення з відкритим контуром, помножений на різницю двотермінальної напруги. Що є AoL (VCC + - VCC-). Тепер, коли напруга на інвертуючому терміналі перевищує Xvsat, вихід буде насичуватися при негативній напрузі насичення. Якщо ви покладете числа у наведене вище рівняння, ви зможете це з’ясувати.

Для кращого розуміння, якщо ми подивимось на передавальну функцію тригерної схеми Шмітта, вона буде виглядати так, як показано на малюнку нижче.

Тут верхня порогова напруга представлена ​​як VUT, а нижня порогова напруга представлена ​​як VLT. Як бачите, коли вхідна напруга перевищує верхню порогову напругу, вихід перемикається з позитивної напруги насичення на негативну напругу насичення. Всякий раз, коли на вході менше нижнього порогового напруги, вихід перемикається з негативної напруги насичення на позитивну напругу насичення. Це основна робота тригерної схеми Шмітта.

У всіх вищезазначених сценаріях ми подавали всі сигнали зовні. Якщо ми забезпечуємо зворотний зв'язок на вхід за допомогою конденсатора та резистора, то ми можемо використовувати схему тригера Шмітта як стійкий мультивібратор. Ви можете побачити схему цієї схеми мультивібратора Astable A-Astable.

Робота мультивібратора Astable з використанням підсилювача:

Тепер ми припустимо, що вихід схеми знаходиться в позитивній напрузі насичення ще й тому, що ми поставили резистор R3 як зворотний зв'язок, струм почне протікати через резистор R3, а конденсатор почне повільно заряджатися. Як ви можете бачити на зображенні вище, воно показано чорною пунктирною лінією. Коли заряди конденсатора досягнуть верхнього порогового напруги, вихід переключиться з позитивної напруги насичення на негативну напругу насичення. Коли це станеться, конденсатор почне розряджатися до негативної напруги насичення. Тепер, коли напруга на неінвертуючому терміналі трохи більше, ніж інвертуюча клема, вихід знову переключиться з негативної напруги насичення на позитивну напругу насичення. Таким чином, в процесі зарядки та розрядки,ця схема може генерувати сигнал Astable на виході.

У цій схемі період часу залежить від значення резистора та конденсатора. Це також залежить від верхньої та нижньої порогової напруги операційного підсилювача. Ось як працює схема мультивібратора Astable на основі Op-amp. Тепер, коли ми зрозуміли основи, ми можемо перейти до розрахунку схеми.

Розрахунок для стійкого мультивібратора на основі підсилювача

Період часу або, просто кажучи, вихідна частота визначається значенням резистора R3, конденсатора С1 та значенням відношення резистора зворотного зв'язку. Для простоти ми обчислюємо значення резистора та конденсатора з 50% робочим циклом. Якщо верхня і нижня напруги різні, то робочий цикл може бути більше або менше 50%. Припустимо, що вихідна частота схеми дорівнює 1 кГц. Оскільки частота становить 1 кГц, період часу T становитиме 1 мс, що ми можемо легко дізнатись із формули T = 1 / F.

Для розрахунку періоду часу можна використовувати формулу, наведену нижче.

T = 2RC * вхід ((1 + X) / (1-X))

Де R - опір, C - ємність, і для обчислення значення ми повинні використовувати натуральну логарифмічну функцію. Причина, по якій нам доводиться використовувати натуральну логарифмічну функцію, виходить за рамки цієї статті, оскільки для цього ми маємо довести формулу, показану вище.

Тепер ми розглянемо значення для R1 = R2 = 10K, C = 0,1 мкФ і з’ясуємо значення для R3. Ми знаємо, що F = 1 кГц.

Після того, як обчислення зроблені, у нас є всі значення, і тепер ми можемо перейти до створення власне схеми і перевірити її за допомогою осцилографа.

Компоненти, необхідні для побудови стійкої мультивібраторної схеми на базі операційного підсилювача

Оскільки це простий мультивібратор Astable, вимоги до компонентів для цього проекту дуже прості, і ви можете отримати їх у місцевому магазині хобі. Список компонентів наведено нижче.

• LM358 Op-amp IC - 1
• Резистори 10K - 2
• 4.7K резистор - 1
• Конденсатор 0,1 мкФ - 2
• 1N4007 Діод - 4
• Конденсатори 1000 мкФ, 25 В - 2
• 4,5 В - 0 - 4,5 В Трансформатор - 1
• Кабель змінного струму - 1
• Макет - 1
• Підключення проводів

Схема мультивібратора Op-amp - схема

Схема ланцюга стійкого мультивібратора на основі підсилювача наведена нижче.

Тестування схемостійкого мультивібратора Op-amp

Налаштування тесту для схеми мультивібратора на базі Op-amp показано вище. Як бачите, ми використовували трансформатор з чотирма діодами та двома конденсаторами для створення подвійної полярності, а також два резистори 10K, один резистор 4.7K та конденсатор 0,1 мкФ для побудови схеми навколо LM358 Op- підсилювач Чітке зображення схеми показано нижче.

Після того, як схема закінчилася, я витягнув свій осцилограф Hantek для вимірювання частоти, і вона становила близько 920 Гц. Це було трохи відключено, але це пов’язано зі значенням резистора та конденсатора. Цим ми завершуємо проект. Знімок результату показано нижче.

Сподіваюся, вам сподобалась стаття і ви дізналися щось нове. Якщо у вас виникли запитання щодо статті, ви можете задати їх на нашому форумі з електроніки.