Astabilt multivibratorkredsløb ved hjælp af op

Multivibrator kredsløb er et meget populært og nyttigt kredsløb inden for elektronik, og det er det mest basale kredsløb, som du vil vide om, mens du lærer grundlæggende elektronik. Multivibratorkredsløbet kan opdeles i to kategorier, den første er kendt som den monostabile multivibrator, og den anden er kendt som den astable multivibrator. Men i dette projekt vil vi tale om den astable multivibrator, undertiden også kendt som en fritkørende multivibrator.

Per definition er et astabelt multivibratorkredsløb et kredsløb, der ikke har nogen stabil tilstand. Når det er tændt, starter det, og det fortsætter med at svinge mellem høje og lave tilstande, indtil strømmen er slukket. Når det kommer til at lave en sådan Astable multivibrator, er den mest almindelige måde at bruge en 555 Timer IC. I et af vores tidligere projekter lavede vi et Astable Multivibrator Circuit ved hjælp af 555 Timer IC, du kan tjekke det ud, hvis du leder efter noget lignende. Men i et produktionsmiljø, mens der er komplekse kredsløb involveret, tilføjer flere IC'er bare stykprisen. En enklere løsning kan være at bruge en Op-amp til at generere et Astable-signal. Dette kredsløb kan bruges i en række applikationer, hvor et simpelt firkantbølgesignal er et krav.

Så i dette projekt skal vi bygge en simpel Astable Multivibrator ved hjælp af Op-amp, og vi vil se på alle de nødvendige beregninger for at finde ud af perioden, hvorved vi kan beregne frekvensen og driftscyklussen for kredsløbet. Vi har også dækket grundlæggende op-amp kredsløb som Summing Amplifier, Differential Amplifier, Instrumentation Amplifier, Voltage Follower, Op-Amp Integrator osv.

Hvordan fungerer denne astable multivibrator med op-amp?

Svaret på dette spørgsmål er meget simpelt, men for at forstå dette skal du først forstå et kredsløb, der er kendt som Schmitt-triggerkredsløbet, et forenklet kredsløb for Schmitt-triggeren er vist nedenfor.

Schmitt Trigger Circuit:

Ovenstående skematisk viser et Op-amp kredsløb med positiv feedback, når en Op-amp er konfigureret med positiv feedback, er det almindeligt kendt som Schmitt-udløseren. Men for enkelhedens skyld, lad os forstå Schmitt trigger-kredsløbet.

Dette kredsløb bruger en spændingsdeler til at bruge en enhed i udgangsspændingen og føder den til den ikke-inverterende terminal. Men på grund af den positive feedback vil output kontinuerligt vokse, indtil det når mætning.

Lad os nu overveje, at Schmitt-triggerens udgangsspænding er lig med positiv mætningsspænding defineret som + Vsat, og brøkdelen af denne spænding gives til den ikke-inverterende terminal.

Hvilket er + Vsat x (R2 / (R1 + R2)). Hvis vi nu betragter denne ligning som X, bliver den endelige ligning Xvsat. Hvor X er feedback-spændingen, kommer vi fra spændingsdeleren. Nu når indgangsspændingen Vin er mindre end spændingen ved Xvsat, vil udgangen være ved positiv mætningsspænding. Fordi output fra op-amp kan gives som open-loop forstærkning ganget med forskellen på to-terminal spænding. Hvilket er AoL (VCC + - VCC-). Nu, når spændingen ved den inverterende terminal er større end Xvsat, vil udgangen mætte ved den negative mætningsspænding. Hvis du sætter tallene i ovenstående ligning, kan du finde ud af det.

For bedre forståelse, hvis vi ser på overførselsfunktionen af Schmitt-udløserkredsløbet, vil det se ud som billedet vist nedenfor.

Her er den øvre tærskelspænding repræsenteret som VUT, og den nedre tærskelspænding er repræsenteret som VLT. Som du kan se, skifter udgangen fra positiv mætningsspænding til negativ mætningsspænding, når indgangsspændingen er større end den øvre tærskelspænding. Når indgangen er mindre end den nedre tærskelspænding, skifter udgangen fra negativ mætningsspænding til positiv mætningsspænding. Dette er den grundlæggende funktion af Schmitt trigger-kredsløbet.

I alle ovenstående scenarier har vi leveret alle signalerne eksternt. Hvis vi giver feedback til indgangen ved hjælp af en kondensator og en modstand, kan vi bruge Schmitt-udløserkredsløbet som en astabel multivibrator. Du kan se skemaet for dette Op-amp Astable multivibratorkredsløb nedenfor.

Arbejde med den astable multivibrator ved hjælp af Op-amp:

Nu antager vi, at udgangen af kredsløbet er i positiv mætningsspænding, også fordi vi har sat en modstand R3 som feedback, strømmen begynder at strømme gennem modstanden R3, og kondensatoren begynder at oplades langsomt. Som du kan se på billedet ovenfor, vises det med den sorte stiplede linje. Når kondensatorladningerne når den øvre tærskelspænding, skifter udgangen fra positiv mætningsspænding til negativ mætningsspænding. Når det sker, begynder kondensatoren at aflade mod den negative mætningsspænding. Når spændingen ved den ikke-inverterende terminal nu er lidt mere end den inverterende terminal, skifter udgangen igen fra negativ mætningsspænding til positiv mætningsspænding. Denne måde ved opladning og afladning,dette kredsløb kan generere det astabile signal ved udgangen.

I dette kredsløb afhænger tidsperioden af værdien af modstanden og kondensatoren. Det afhænger også af den øvre og nedre tærskelspænding på op-amp. Sådan fungerer et Op-amp-baseret Astable multivibratorkredsløb. Nu hvor vi har forstået det grundlæggende, kan vi gå videre til beregningen af kredsløbet.

Beregningen for Op-amp-baseret Astable Multivibrator Circuit

Tidsperioden eller bare sig udgangsfrekvensen bestemmes af værdien af modstanden R3, kondensatoren Cl og værdien for feedbackmodstandsforholdet. For enkelheds skyld beregner vi værdien af modstanden og kondensatoren med en 50% driftscyklus. Hvis den øvre og den nedre spænding er forskellige, kan driftscyklussen være mere eller mindre end 50%. Vi antager, at udgangsfrekvensen for kredsløbet er 1KHz. Da frekvensen er 1KHz, vil tidsperioden T være 1ms, hvilket vi let kan finde ud af formlen T = 1 / F.

For at beregne tidsperioden kan nedenstående formel bruges.

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

Hvor R er modstanden, er C kapacitansen, og vi skal bruge den naturlige logaritmiske funktion til at beregne værdien. Årsagen til, at vi skal bruge den naturlige logaritmiske funktion, er uden for denne artikels anvendelsesområde, for til det er vi nødt til at bevise formlen vist ovenfor.

Nu vil vi overveje værdierne for R1 = R2 = 10K, C = 0.1uF, og vi finder ud af værdien for R3. Vi ved, at F = 1KHz.

Når beregningerne er udført, har vi alle værdierne, og nu kan vi gå videre til at lave det aktuelle kredsløb og teste det med oscilloskopet.

Komponenter, der kræves for at opbygge op-amp-baseret astable multivibrator-kredsløb

Da dette er en simpel Astable multivibrator, er komponentkravene til dette projekt meget enkle, og du kan få dem fra din lokale hobbybutik. Listen over komponenter er angivet nedenfor.

LM358 Op-amp IC - 1
10K modstande - 2
4.7K modstand - 1
0,1 uF kondensator - 2
1N4007 Diode - 4
1000uF, 25V kondensatorer - 2
4.5V - 0 - 4.5V Transformer - 1
AC-kabel - 1
Brødbræt - 1
Tilslutning af ledninger

Op-amp multivibrator kredsløb - skematisk

Kredsløbsdiagrammet til det Op-amp-baserede Astable Multivibrator Circuit er angivet nedenfor.

Test af Op-amp Astable Multivibrator Circuit

Testopsætningen for det Op-amp-baserede multivibratorkredsløb er vist ovenfor. Som du kan se, har vi brugt en transformer med fire dioder og to kondensatorer til at producere en dobbelt polaritetsforsyning, og vi har brugt to 10K modstand, en 4.7K modstand og en 0.1uF kondensator til at opbygge kredsløbet omkring LM358 Op- forstærker Et klart billede af kredsløbet er vist nedenfor.

Når kredsløbet er færdigt, trak jeg mit Hantek-oscilloskop ud for at måle frekvensen, og det var omkring 920Hz. Det var lidt slukket, men det skyldes værdien af modstanden og kondensatoren. Dermed afslutter vi projektet. Et øjebliksbillede af output er vist nedenfor.

Jeg håber, du kunne lide artiklen og lærte noget nyt. Hvis du har spørgsmål vedrørende artiklen, kan du stille det i vores elektronikforum.