Astable multiwibrator obwód z op

Układ multiwibratora jest bardzo popularnym i przydatnym układem w dziedzinie elektroniki i jest to najbardziej podstawowy układ, o którym dowiesz się podczas nauki podstaw elektroniki. Obwód multiwibratora można podzielić na dwie kategorie, pierwsza jest znana jako multiwibrator monostabilny, a druga jest znana jako multiwibrator astabilny. Ale w tym projekcie porozmawiamy o astabilnym multiwibratorze, czasami znanym również jako swobodnie działający multiwibrator.

Z definicji obwód multiwibratora Astable to obwód, który nie ma stabilnego stanu. Oznacza to, że po włączeniu uruchamia się i nadal oscyluje między stanem wysokim i niskim, aż do wyłączenia zasilania. Jeśli chodzi o wykonanie takiego multiwibratora Astable, najczęstszym sposobem jest użycie układu scalonego 555 Timer. W jednym z naszych poprzednich projektów stworzyliśmy Astable Multivibrator Circuit używając układu scalonego 555 Timer, możesz to sprawdzić, jeśli szukasz czegoś takiego. Jednak w środowisku produkcyjnym, w którym występuje złożony układ obwodów, umieszczenie większej liczby układów scalonych po prostu zwiększa koszt BOM. Prostszym rozwiązaniem mogłoby być użycie wzmacniacza operacyjnego do generowania sygnału Astable. Obwód ten może być używany w różnych zastosowaniach, w których wymagany jest prosty sygnał prostokątny.

Tak więc w tym projekcie zamierzamy zbudować prosty Astable Multivibrator za pomocą wzmacniacza operacyjnego i przyjrzymy się wszystkim niezbędnym obliczeniom, aby znaleźć okres, w którym możemy obliczyć częstotliwość i cykl pracy obwodu. Omówiliśmy również podstawowe obwody wzmacniacza operacyjnego, takie jak wzmacniacz sumujący, wzmacniacz różnicowy, wzmacniacz oprzyrządowania, popychacz napięcia, integrator wzmacniacza operacyjnego itp.

Jak działa ten Astable Multivibrator ze wzmacniaczem operacyjnym?

Odpowiedź na to pytanie jest bardzo prosta, ale aby to zrozumieć, musisz najpierw zrozumieć obwód, który jest znany jako obwód wyzwalający Schmitta, uproszczony obwód wyzwalacza Schmitta pokazano poniżej.

Obwód wyzwalający Schmitta:

Powyższy schemat przedstawia obwód wzmacniacza operacyjnego z dodatnim sprzężeniem zwrotnym, gdy wzmacniacz operacyjny jest skonfigurowany z dodatnim sprzężeniem zwrotnym, jest powszechnie znany jako wyzwalacz Schmitta. Ale ze względu na prostotę przyjrzyjmy się obwodowi wyzwalacza Schmitta.

Ten obwód wykorzystuje dzielnik napięcia, aby użyć urządzenia w napięciu wyjściowym i dostarcza je do nieodwracającego zacisku. Ale z powodu dodatniego sprzężenia zwrotnego moc wyjściowa będzie stale rosła, aż osiągnie nasycenie.

Rozważmy teraz, że napięcie wyjściowe wyzwalacza Schmitta jest równe dodatniemu napięciu nasycenia zdefiniowanemu jako + Vsat, a ułamek tego napięcia jest podawany na zacisk nieodwracający.

Czyli + Vsat x (R2 / (R1 + R2)). Teraz, jeśli weźmiemy pod uwagę to równanie jako X, ostateczne równanie stanie się Xvsat. Gdzie X jest napięciem zwrotnym, otrzymujemy z dzielnika napięcia. Teraz, gdy napięcie wejściowe Vin jest mniejsze niż napięcie przy Xvsat, na wyjściu będzie dodatnie napięcie nasycenia. Ponieważ wyjście wzmacniacza operacyjnego można podać jako wzmocnienie w otwartej pętli pomnożone przez różnicę napięcia na dwóch zaciskach. Co to jest AoL (VCC + - VCC-). Teraz, gdy napięcie na zacisku odwracającym jest większe niż Xvsat, wyjście zostanie nasycone przy ujemnym napięciu nasycenia. Jeśli umieścisz liczby w powyższym równaniu, możesz się tego dowiedzieć.

Dla lepszego zrozumienia, jeśli spojrzymy na funkcję transferu obwodu wyzwalającego Schmitta, będzie ona wyglądać jak na poniższym obrazku.

Tutaj, górne napięcie progowe jest reprezentowane jako VUT, a dolne napięcie progowe jest reprezentowane jako VLT. Jak widać, gdy napięcie wejściowe jest większe niż górne napięcie progowe, wyjście przełączy się z dodatniego napięcia nasycenia na ujemne napięcie nasycenia. Zawsze, gdy wartość wejściowa jest mniejsza niż dolne napięcie progowe, wyjście przełącza się z ujemnego napięcia nasycenia na dodatnie napięcie nasycenia. To jest podstawowa zasada działania obwodu wyzwalania Schmitta.

We wszystkich powyższych scenariuszach wszystkie sygnały dostarczyliśmy zewnętrznie. Jeśli dostarczymy sprzężenie zwrotne do wejścia za pomocą kondensatora i rezystora, wówczas możemy użyć obwodu wyzwalającego Schmitta jako Astable multiwibrator. Możesz zobaczyć schemat tego obwodu multiwibratora Op-amp Astable poniżej.

Działanie Astable Multivibrator przy użyciu wzmacniacza operacyjnego:

Teraz przyjmiemy, że wyjście obwodu ma dodatnie napięcie nasycenia również dlatego, że jako sprzężenie zwrotne umieściliśmy rezystor R3, prąd zacznie przepływać przez rezystor R3, a kondensator zacznie powoli ładować. Jak widać na powyższym obrazku, jest on pokazany czarną przerywaną linią. Kiedy ładunki kondensatora osiągną górne napięcie progowe, wyjście przełączy się z dodatniego napięcia nasycenia na ujemne napięcie nasycenia. Kiedy tak się stanie, kondensator zacznie się rozładowywać w kierunku ujemnego napięcia nasycenia. Teraz, gdy napięcie na zacisku nieodwracającym jest nieco większe niż na zacisku odwracającym, wyjście ponownie przełączy się z ujemnego napięcia nasycenia na dodatnie napięcie nasycenia. W ten sposób w procesie ładowania i rozładowywaniaobwód ten może generować sygnał Astable na wyjściu.

W tym obwodzie okres czasu zależy od wartości rezystora i kondensatora. Zależy to również od górnego i dolnego napięcia progowego wzmacniacza operacyjnego. W ten sposób działa obwód multiwibratora Astable oparty na wzmacniaczu operacyjnym. Teraz, gdy zrozumieliśmy podstawy, możemy przejść do obliczania obwodu.

Obliczenia dla obwodu Astable Multivibrator opartego na wzmacniaczu operacyjnym

Okres czasu lub po prostu częstotliwość wyjściowa jest określona przez wartość rezystora R3, kondensatora C1 i wartość współczynnika rezystora sprzężenia zwrotnego. Dla uproszczenia obliczamy wartość rezystora i kondensatora przy 50% cyklu pracy. Jeśli napięcie górne i dolne są różne, cykl pracy może być większy lub mniejszy niż 50%. Przyjmiemy, że częstotliwość wyjściowa obwodu wynosi 1 kHz. Ponieważ częstotliwość wynosi 1 kHz, okres czasu T będzie wynosił 1 ms, co możemy łatwo obliczyć ze wzoru T = 1 / F.

Aby obliczyć okres, można użyć poniższego wzoru.

T = 2RC * logn ((1 + X) / (1-X))

Gdzie R jest oporem, C jest pojemnością i musimy użyć funkcji logarytmu naturalnego, aby obliczyć wartość. Powód, dla którego musimy użyć funkcji logarytmicznej naturalnej, jest poza zakresem tego artykułu, ponieważ w tym celu musimy udowodnić wzór przedstawiony powyżej.

Teraz rozważymy wartości dla R1 = R2 = 10K, C = 0,1uF i znajdziemy wartość dla R3. Wiemy, że F = 1 kHz.

Po wykonaniu obliczeń mamy wszystkie wartości, a teraz możemy przejść do wykonania rzeczywistego obwodu i przetestować go oscyloskopem.

Komponenty wymagane do zbudowania obwodu Astable Multivibrator opartego na wzmacniaczu operacyjnym

Ponieważ jest to prosty multiwibrator Astable, wymagania dotyczące komponentów dla tego projektu są bardzo proste i można je uzyskać w lokalnym sklepie hobbystycznym. Lista komponentów znajduje się poniżej.

• Układ scalony wzmacniacza operacyjnego LM358 - 1
• Rezystory 10K - 2
• Rezystor 4,7 K - 1
• Kondensator 0,1 uF - 2
• Dioda 1N4007 - 4
• Kondensatory 1000uF, 25V - 2
• 4,5V - 0 - 4,5V Transformator - 1
• Kabel AC - 1
• Płytka prototypowa - 1
• Podłączanie przewodów

Obwód multiwibratora wzmacniacza operacyjnego - schemat

Schemat obwodu dla Astable Multivibrator Circuit opartego na wzmacniaczu operacyjnym przedstawiono poniżej.

Testowanie obwodu Astable Multivibrator na wzmacniaczu operacyjnym

Konfiguracja testu dla obwodu multiwibratora opartego na wzmacniaczu operacyjnym jest pokazana powyżej. Jak widać, użyliśmy transformatora z czterema diodami i dwoma kondensatorami do wytworzenia zasilania o podwójnej polaryzacji i użyliśmy dwóch rezystorów 10K, jednego rezystora 4,7K i kondensatora 0,1uF do zbudowania obwodu wokół LM358 Op- amp. Wyraźny obraz obwodu pokazano poniżej.

Po wykonaniu obwodu wyciągnąłem oscyloskop Hantek do pomiaru częstotliwości i było to około 920 Hz. Było trochę wyłączone, ale to ze względu na wartość rezystora i kondensatora. Na tym kończymy projekt. Migawka wyniku jest pokazana poniżej.

Mam nadzieję, że spodobał Ci się artykuł i nauczyłeś się czegoś nowego. Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące artykułu, możesz je zadać na naszym forum elektroniki.