Схема нестабильного мультивибратора с использованием op

Схема мультивибратора - очень популярная и полезная схема в области электроники, и это самая основная схема, о которой вы будете знать, изучая основы электроники. Схемы мультивибратора можно разделить на две категории: первая известна как моностабильный мультивибратор, а вторая известна как нестабильный мультивибратор. Но в этом проекте мы поговорим о нестабильном мультивибраторе, иногда также называемом автономным мультивибратором.

По определению, схема нестабильного мультивибратора - это схема, не имеющая стабильного состояния. Это означает, что после включения он запускается и продолжает колебаться между высоким и низким состояниями, пока не отключится питание. Когда дело доходит до создания такого нестабильного мультивибратора, наиболее распространенным способом является использование микросхемы таймера 555. В одном из наших предыдущих проектов мы создали схему нестабильного мультивибратора с использованием микросхемы таймера 555, вы можете проверить это, если ищете что-то подобное. Но в производственной среде, когда задействованы сложные схемы, установка большего количества микросхем просто увеличивает стоимость спецификации. Более простым решением может быть использование операционного усилителя для генерации нестабильного сигнала. Эта схема может использоваться в различных приложениях, где требуется простой прямоугольный сигнал.

Итак, в этом проекте мы собираемся построить простой нестабильный мультивибратор с использованием операционного усилителя, и мы рассмотрим все необходимые вычисления, чтобы узнать период, поэтому мы можем рассчитать частоту и рабочий цикл схемы. Мы также рассмотрели основные схемы операционных усилителей, такие как суммирующий усилитель, дифференциальный усилитель, инструментальный усилитель, повторитель напряжения, интегратор операционного усилителя и т. Д.

Как работает этот нестабильный мультивибратор с операционным усилителем?

Ответ на этот вопрос очень прост, но чтобы понять это, вам нужно сначала понять схему, которая известна как схема триггера Шмитта, упрощенная схема триггера Шмитта показана ниже.

Схема триггера Шмитта:

На приведенной выше схеме показана схема операционного усилителя с положительной обратной связью, когда операционный усилитель настроен с положительной обратной связью, он обычно известен как триггер Шмитта. Но для простоты давайте разберемся со схемой триггера Шмитта.

Эта схема использует делитель напряжения для использования устройства в выходном напряжении и подает его на неинвертирующий терминал. Но из-за положительной обратной связи выход будет постоянно расти, пока не достигнет насыщения.

Теперь давайте предположим, что выходное напряжение триггера Шмитта равно положительному напряжению насыщения, определяемому как + Vsat, и часть этого напряжения передается на неинвертирующий вывод.

Это + Vsat x (R2 / (R1 + R2)). Теперь, если мы рассмотрим это уравнение как X, окончательное уравнение станет Xvsat. Где X - напряжение обратной связи, получаем от делителя напряжения. Теперь, когда входное напряжение Vin меньше напряжения на Xvsat, выход будет иметь положительное напряжение насыщения. Потому что выход операционного усилителя может быть задан как усиление разомкнутого контура, умноженное на разность двухполюсного напряжения. Это AoL (VCC + - VCC-). Теперь, когда напряжение на инвертирующей клемме больше, чем Xvsat, выход будет насыщаться при отрицательном напряжении насыщения. Если вы поместите числа в приведенное выше уравнение, вы сможете это выяснить.

Для лучшего понимания, если мы посмотрим на передаточную функцию схемы триггера Шмитта, она будет выглядеть, как на изображении, показанном ниже.

Здесь верхнее пороговое напряжение представлено как VUT, а нижнее пороговое напряжение представлено как VLT. Как вы можете видеть, когда входное напряжение больше верхнего порогового напряжения, выходное напряжение переключается с положительного напряжения насыщения на отрицательное напряжение насыщения. Когда входное напряжение меньше нижнего порогового напряжения, выход переключится с отрицательного напряжения насыщения на положительное напряжение насыщения. Это основная работа схемы триггера Шмитта.

Во всех вышеупомянутых сценариях мы предоставили все сигналы извне. Если мы обеспечим обратную связь на вход с помощью конденсатора и резистора, то мы сможем использовать схему триггера Шмитта в качестве нестабильного мультивибратора. Вы можете увидеть схему этого мультивибратора с нестабильным операционным усилителем ниже.

Работа нестабильного мультивибратора с ОУ:

Теперь предположим, что выход схемы находится под положительным напряжением насыщения, потому что мы поставили резистор R3 в качестве обратной связи, ток начнет течь через резистор R3, и конденсатор начнет медленно заряжаться. Как вы можете видеть на изображении выше, он показан черной пунктирной линией. Когда заряд конденсатора достигнет верхнего порогового напряжения, выходной сигнал переключится с положительного напряжения насыщения на отрицательное напряжение насыщения. Когда это произойдет, конденсатор начнет разряжаться в сторону отрицательного напряжения насыщения. Теперь, когда напряжение на неинвертирующем выводе немного больше, чем на инвертирующем выводе, выход снова переключится с отрицательного напряжения насыщения на положительное напряжение насыщения. Таким образом, в процессе зарядки и разрядки,эта схема может генерировать нестабильный сигнал на выходе.

В этой схеме период времени зависит от номинала резистора и конденсатора. Это также зависит от верхнего и нижнего порогового напряжения операционного усилителя. Так работает схема мультивибратора Astable на базе операционного усилителя. Теперь, когда мы разобрались с основами, мы можем перейти к расчету схемы.

Расчет схемы нестабильного мультивибратора на базе ОУ

Период времени или, проще говоря, выходная частота определяется номиналом резистора R3, конденсатора C1 и значением коэффициента сопротивления резистора обратной связи. Для простоты мы рассчитываем номинал резистора и конденсатора с рабочим циклом 50%. Если верхнее и нижнее напряжения различаются, рабочий цикл может быть больше или меньше 50%. Предположим, что выходная частота схемы составляет 1 кГц. Поскольку частота равна 1 кГц, период времени T будет 1 мс, что мы легко можем определить из формулы T = 1 / F.

Для расчета периода времени можно использовать приведенную ниже формулу.

Т = 2RC * logn ((1 + X) / (1-X))

Где R - сопротивление, C - емкость, и мы должны использовать натуральную логарифмическую функцию для вычисления значения. Причина, по которой мы должны использовать натуральную логарифмическую функцию, выходит за рамки этой статьи, потому что для этого мы должны доказать формулу, показанную выше.

Теперь мы рассмотрим значения для R1 = R2 = 10K, C = 0,1 мкФ и найдем значение для R3. Мы знаем, что F = 1 кГц.

После завершения расчетов у нас есть все значения, и теперь мы можем перейти к созданию реальной схемы и проверить ее с помощью осциллографа.

Компоненты, необходимые для построения схемы нестабильного мультивибратора на базе ОУ

Поскольку это простой мультивибратор Astable, требования к компонентам для этого проекта очень просты, и вы можете получить их в местном магазине товаров для хобби. Список компонентов приведен ниже.

• LM358 ИС операционного усилителя - 1
• Резисторы 10К - 2 шт.
• Резистор 4,7 кОм - 1 шт.
• Конденсатор 0,1 мкФ - 2
• 1N4007 Диод - 4
• Конденсаторы 1000uF, 25V - 2
• 4,5 В - 0 - Трансформатор 4,5 В - 1
• Кабель переменного тока - 1
• Макетная плата - 1
• Подключение проводов

Схема мультивибратора операционного усилителя - Схема

Принципиальная схема нестабильного мультивибратора на базе ОУ приведена ниже.

Тестирование схемы нестабильного мультивибратора на операционном усилителе

Схема тестирования мультивибратора на базе ОУ показана выше. Как вы можете видеть, мы использовали трансформатор с четырьмя диодами и двумя конденсаторами для создания источника питания с двойной полярностью, и мы использовали два резистора 10 кОм, один резистор 4,7 кОм и конденсатор 0,1 мкФ, чтобы построить схему вокруг LM358 Op- усилитель Четкое изображение схемы показано ниже.

После завершения схемы я вытащил осциллограф Hantek, чтобы измерить частоту, и она составила около 920 Гц. Это было немного не так, но это из-за номинала резистора и конденсатора. На этом мы завершаем проект. Снимок результата показан ниже.

Надеюсь, вам понравилась статья и вы узнали что-то новое. Если у вас есть какие-либо вопросы по статье, вы можете задать их на нашем форуме по электронике.