- Jak funguje tento Astable Multivibrator s operačním zesilovačem?
- Výpočet Astable Multivibrator Circuit založený na operačních zesilovačích
- Komponenty potřebné k sestavení Astable Multivibrator Circuit založeného na operačních zesilovačích
- Obvod multivibrátoru s operačním zesilovačem - schematický
- Testování obvodu Astable Multivibrator s operačním zesilovačem
Multivibrátorový obvod je velmi populární a užitečný obvod v oblasti elektroniky a je to nejzákladnější obvod, o kterém budete vědět, když se naučíte základní elektroniku. Obvod multivibrátoru lze rozdělit do dvou kategorií, první je známá jako monostabilní multivibrátor a druhá je známá jako astabilní multivibrátor. Ale v tomto projektu budeme hovořit o astabilním multivibrátoru, někdy také známém jako volně běžící multivibrátor.
Podle definice je obvod Astable multivibrator obvod, který nemá stabilní stav. To znamená, že po zapnutí se spustí a pokračuje v oscilaci mezi vysokým a nízkým stavem, dokud není napájení vypnuto. Pokud jde o výrobu takového Astabilního multivibrátoru, nejběžnějším způsobem je použití časovače IC 555. V jednom z našich předchozích projektů jsme vytvořili Astable Multivibrator Circuit using 555 Timer IC, můžete si to ověřit, pokud hledáte něco takového. Ale v produkčním prostředí, i když jsou zapojeny složité obvody, uvedení více IC jen zvyšuje náklady na kusovník. Jednodušším řešením by mohlo být použití operačního zesilovače ke generování Astable signálu. Tento obvod lze použít v různých aplikacích, kde je vyžadován jednoduchý signál obdélníkového průběhu.
V tomto projektu tedy postavíme jednoduchý Astable Multivibrator pomocí Op-amp a podíváme se na všechny potřebné výpočty, abychom zjistili období, proto můžeme vypočítat frekvenci a pracovní cyklus obvodu. Pokryli jsme také základní obvody operačních zesilovačů, jako je sumační zesilovač, diferenciální zesilovač, přístrojový zesilovač, sledovač napětí, integrátor operačních zesilovačů atd.
Jak funguje tento Astable Multivibrator s operačním zesilovačem?
Odpověď na tuto otázku je velmi jednoduchá, ale abyste tomu porozuměli, musíte nejprve porozumět obvodu známému jako Schmittův spouštěcí obvod, zjednodušený obvod Schmittova spouště je uveden níže.
Schmittův spouštěcí obvod:
Výše uvedené schéma ukazuje obvod Op-amp s pozitivní zpětnou vazbou, když je operační zesilovač konfigurován s pozitivní zpětnou vazbou, je běžně známý jako Schmittova spoušť. Ale pro zjednodušení pochopíme Schmittův spouštěcí obvod.
Tento obvod používá dělič napětí k použití zařízení ve výstupním napětí a napájí jej do neinvertující svorky. Ale díky pozitivní zpětné vazbě bude výstup neustále růst, dokud nedosáhne saturace.
Uvažujme nyní, že výstupní napětí Schmittova spouště se rovná napětí pozitivní saturace definovanému jako + Vsat a zlomek tohoto napětí je dán neinvertující svorce.
Což je + Vsat x (R2 / (R1 + R2)). Pokud nyní tuto rovnici považujeme za X, konečná rovnice se stane Xvsat. Kde X je zpětnovazební napětí, dostaneme z děliče napětí. Nyní, když je vstupní napětí Vin menší než napětí na Xvsat, pak bude výstup na kladném saturačním napětí. Protože výstup operačního zesilovače lze dát jako zisk otevřené smyčky vynásobený rozdílem napětí na dvou svorkách. Což je AoL (VCC + - VCC-). Nyní, když je napětí na invertující svorce větší než Xvsat, výstup bude saturován záporným saturačním napětím. Pokud vložíte čísla do výše uvedené rovnice, můžete to zjistit.
Pro lepší pochopení, pokud se podíváme na přenosovou funkci Schmittova spouštěcího obvodu, bude to vypadat jako na obrázku níže.
Zde je horní prahové napětí reprezentováno jako VUT a spodní prahové napětí je reprezentováno jako VLT. Jak vidíte, když je vstupní napětí větší než horní prahové napětí, výstup se přepne z pozitivního saturačního napětí na záporné saturační napětí. Kdykoli je vstup menší než spodní prahové napětí, výstup se přepne z negativního saturačního napětí na pozitivní saturační napětí. Toto je základní fungování Schmittova spouštěcího obvodu.
Ve všech výše uvedených scénářích jsme poskytli všechny signály externě. Pokud poskytneme zpětnou vazbu ke vstupu pomocí kondenzátoru a rezistoru, můžeme použít Schmittův spouštěcí obvod jako Astable multivibrator. Níže vidíte schéma tohoto obvodu multivibrátoru Op-amp Astable.
Práce Astable Multivibrator pomocí Op-amp:
Nyní budeme předpokládat, že výstup obvodu je v kladném saturačním napětí také proto, že jsme jako zpětnou vazbu vložili rezistor R3, proud začne protékat rezistorem R3 a kondenzátor se začne pomalu nabíjet. Jak vidíte na obrázku výše, je zobrazen černou tečkovanou čarou. Když kondenzátorové náboje dosáhnou horního prahového napětí, výstup se přepne z kladného saturačního napětí na záporné saturační napětí. Když k tomu dojde, kondenzátor se začne vybíjet směrem k zápornému saturačnímu napětí. Nyní, když je napětí na neinvertující svorce o něco vyšší než na invertující svorce, výstup se opět přepne z negativního saturačního napětí na pozitivní saturační napětí. Tímto způsobem procesem nabíjení a vybíjenítento obvod může generovat Astabilní signál na výstupu.
V tomto obvodu je časová perioda závislá na hodnotě rezistoru a kondenzátoru. Závisí to také na horním a dolním prahovém napětí operačního zesilovače. Takto funguje obvod Astable multivibrator založený na operačních zesilovačích. Nyní, když jsme pochopili základy, můžeme přejít k výpočtu obvodu.
Výpočet Astable Multivibrator Circuit založený na operačních zesilovačích
Časové období, nebo jednoduše řečeno, výstupní frekvence je určena hodnotou odporu R3, kondenzátoru C1 a hodnotou poměru zpětnovazebního odporu. Pro zjednodušení počítáme hodnotu rezistoru a kondenzátoru s 50% pracovním cyklem. Pokud se horní a dolní napětí liší, pak pracovní cyklus může být více či méně než 50%. Budeme předpokládat, že výstupní frekvence obvodu je 1KHz. Protože frekvence je 1KHz, bude časové období T 1ms, což snadno zjistíme ze vzorce T = 1 / F.
Pro výpočet časového období lze použít vzorec uvedený níže.
T = 2RC * logn ((1 + X) / (1-X))
Kde R je odpor, C je kapacita a pro výpočet hodnoty musíme použít přirozenou logaritmickou funkci. Důvod, proč musíme použít přirozenou logaritmickou funkci, je mimo rozsah tohoto článku, protože k tomu musíme dokázat výše uvedený vzorec.
Nyní budeme uvažovat hodnoty pro R1 = R2 = 10K, C = 0,1uF a zjistíme hodnotu pro R3. Víme, že F = 1KHz.
Jakmile jsou výpočty hotové, máme všechny hodnoty a nyní můžeme přejít k vytvoření skutečného obvodu a otestovat ho osciloskopem.
Komponenty potřebné k sestavení Astable Multivibrator Circuit založeného na operačních zesilovačích
Jelikož se jedná o jednoduchý Astable multivibrator, požadavky na komponenty pro tento projekt jsou velmi jednoduché a můžete je získat ve svém místním hobby obchodě. Seznam komponent je uveden níže.
- Integrovaný obvod zesilovače LM358 - 1
- 10K rezistory - 2
- 4.7K rezistor - 1
- Kondenzátor 0,1 uF - 2
- Dioda 1N4007 - 4
- 1000uF, 25V kondenzátory - 2
- Transformátor 4,5 V - 0 - 4,5 V - 1
- AC kabel - 1
- Nepájivá deska - 1
- Připojení vodičů
Obvod multivibrátoru s operačním zesilovačem - schematický
Schéma zapojení Astable Multivibrator Circuit založené na operačních zesilovačích je uvedeno níže.
Testování obvodu Astable Multivibrator s operačním zesilovačem
Nastavení testu pro obvod multivibrátoru založeného na operačních zesilovačích je uvedeno výše. Jak vidíte, použili jsme transformátor se čtyřmi diodami a dvěma kondenzátory k výrobě napájení s dvojitou polaritou a k sestavení obvodu kolem LM358 Op- jsme použili dva 10K rezistor, jeden 4,7K rezistor a 0,1uF kondenzátor. zesilovač Níže je uveden jasný obraz obvodu.
Po dokončení obvodu jsem vytáhl svůj osciloskop Hantek, abych změřil frekvenci, a to bylo kolem 920 Hz. Bylo to trochu mimo, ale to je kvůli hodnotě rezistoru a kondenzátoru. Tím uzavíráme projekt. Níže je uveden snímek výstupu.
Doufám, že se vám článek líbil a dozvěděli jste se něco nového. Máte-li jakékoli dotazy týkající se článku, můžete se zeptat na našem fóru o elektronice.