Ασταθές κύκλωμα πολλαπλών δονητών με χρήση op

Το κύκλωμα πολλαπλών δονητών είναι ένα πολύ δημοφιλές και χρήσιμο κύκλωμα στον τομέα των ηλεκτρονικών και είναι το πιο βασικό κύκλωμα για το οποίο θα γνωρίζετε ενώ μαθαίνετε βασικά ηλεκτρονικά. Το κύκλωμα πολλαπλών δονητών μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες, η πρώτη είναι γνωστή ως ο μονοσταθής πολυ-δονητής και η δεύτερη είναι γνωστή ως ο ασήμαντος πολυ-δονητής. Αλλά σε αυτό το έργο, θα μιλήσουμε για τον αστάθμητο πολυβιβαστή, μερικές φορές επίσης γνωστός ως ένας πολυσυνδυαστής ελεύθερης λειτουργίας.

Εξ ορισμού, ένα Astable κύκλωμα πολλαπλών δονητών είναι ένα κύκλωμα που δεν έχει σταθερή κατάσταση. Αυτό σημαίνει ότι μόλις ενεργοποιηθεί, ξεκινά και συνεχίζει να ταλαντεύεται μεταξύ υψηλών και χαμηλών καταστάσεων μέχρι να απενεργοποιηθεί η τροφοδοσία. Όταν πρόκειται για την κατασκευή ενός τέτοιου Astable multivibrator, ο πιο συνηθισμένος τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε ένα 555 Timer IC. Σε ένα από τα προηγούμενα έργα μας, δημιουργήσαμε ένα Astable Multivibrator Circuit Χρησιμοποιώντας το 555 Timer IC, μπορείτε να το ελέγξετε αν ψάχνετε για κάτι τέτοιο. Αλλά σε ένα περιβάλλον παραγωγής, ενώ υπάρχει περίπλοκο κύκλωμα, η τοποθέτηση περισσότερων IC αυξάνει μόνο το κόστος BOM. Μια απλούστερη λύση θα μπορούσε να είναι η χρήση ενός Op-amp για τη δημιουργία ενός Astable σήματος. Αυτό το κύκλωμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια ποικιλία εφαρμογών όπου απαιτείται απλό σήμα τετραγωνικού κύματος.

Έτσι, σε αυτό το έργο, πρόκειται να δημιουργήσουμε έναν απλό Astable Multivibrator χρησιμοποιώντας το Op-amp και θα εξετάσουμε όλους τους απαραίτητους υπολογισμούς για να μάθουμε την περίοδο, επομένως μπορούμε να υπολογίσουμε τη συχνότητα και τον κύκλο λειτουργίας του κυκλώματος. Έχουμε επίσης καλύψει βασικά κυκλώματα op-amp όπως το Summing Amplifier, Differential Amplifier, Instrumentation Amplifier, Voltage Follower, Op-Amp Integrator κ.λπ.

Πώς λειτουργεί αυτό το Astable Multivibrator με Op-amp;

Η απάντηση σε αυτήν την ερώτηση είναι πολύ απλή, αλλά για να το καταλάβετε, πρέπει πρώτα να καταλάβετε ένα κύκλωμα που είναι γνωστό ως κύκλωμα ενεργοποίησης Schmitt, ένα απλοποιημένο κύκλωμα της σκανδάλης Schmitt φαίνεται παρακάτω.

Το κύκλωμα ενεργοποίησης Schmitt:

Το παραπάνω σχηματικό δείχνει ένα κύκλωμα Op-amp με θετική ανάδραση, όταν ένα Op-amp έχει διαμορφωθεί με θετική ανάδραση, είναι συνήθως γνωστό ως η σκανδάλη Schmitt. Για χάρη απλότητας, ας κατανοήσουμε το κύκλωμα σκανδάλης Schmitt.

Αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιεί ένα διαχωριστικό τάσης για να χρησιμοποιήσει μια συσκευή στην τάση εξόδου και τροφοδοτεί τη συσκευή στο μη αναστρέψιμο τερματικό. Αλλά λόγω της θετικής ανατροφοδότησης, η έξοδος θα αυξάνεται συνεχώς μέχρι να φτάσει στον κορεσμό.

Τώρα, ας θεωρήσουμε ότι η τάση εξόδου της σκανδάλης Schmitt είναι ίση με την τάση θετικού κορεσμού που ορίζεται ως + Vsat και το κλάσμα αυτής της τάσης δίνεται στο μη αναστρέψιμο τερματικό.

Που είναι + Vsat x (R2 / (R1 + R2)). Τώρα αν θεωρήσουμε αυτήν την εξίσωση ως Χ, η τελική εξίσωση γίνεται Xvsat. Όπου το X είναι η τάση ανάδρασης, παίρνουμε από το διαχωριστικό τάσης. Τώρα, όταν η τάση εισόδου Vin είναι μικρότερη από την τάση στο Xvsat, τότε η έξοδος θα είναι σε θετική τάση κορεσμού. Επειδή η έξοδος του op-amp μπορεί να δοθεί ως κέρδος ανοικτού βρόχου πολλαπλασιαζόμενη με τη διαφορά της τάσης δύο τερματικών. Ποιο είναι το AoL (VCC + - VCC-). Τώρα, όταν η τάση στον ακροδέκτη αναστροφής είναι μεγαλύτερη από το Xvsat, η έξοδος θα κορεστεί στην τάση αρνητικού κορεσμού. Εάν βάλετε τους αριθμούς στην παραπάνω εξίσωση, μπορείτε να το μάθετε.

Για καλύτερη κατανόηση, αν κοιτάξουμε τη λειτουργία μεταφοράς του κυκλώματος σκανδάλης Schmitt, θα μοιάζει με την παρακάτω εικόνα.

Εδώ, η ανώτερη τάση κατωφλίου αντιπροσωπεύεται ως VUT και η κατώτερη τάση κατωφλίου αντιπροσωπεύεται ως VLT. Όπως μπορείτε να δείτε, όταν η τάση εισόδου είναι μεγαλύτερη από την άνω τάση κατωφλίου, η έξοδος θα αλλάξει από τάση θετικού κορεσμού σε τάση αρνητικού κορεσμού. Όποτε η είσοδος είναι μικρότερη από την κατώτερη τάση κατωφλίου, η έξοδος θα αλλάξει από τάση αρνητικού κορεσμού σε τάση θετικού κορεσμού. Αυτή είναι η βασική λειτουργία του κυκλώματος σκανδάλης Schmitt.

Σε όλα τα παραπάνω σενάρια, έχουμε παράσχει όλα τα σήματα εξωτερικά. Εάν παρέχουμε ανατροφοδότηση στην είσοδο με τη βοήθεια ενός πυκνωτή και μιας αντίστασης, τότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το κύκλωμα σκανδάλης Schmitt ως Astable multivibrator. Μπορείτε να δείτε το σχήμα αυτού του κυκλώματος πολλαπλών δονητών Ast-amp Astable παρακάτω.

Εργασία του Astable Multivibrator χρησιμοποιώντας Op-amp:

Τώρα, θα υποθέσουμε ότι η έξοδος του κυκλώματος είναι σε θετική τάση κορεσμού επίσης επειδή έχουμε τοποθετήσει μια αντίσταση R3 ως ανάδραση, το ρεύμα θα αρχίσει να ρέει μέσω της αντίστασης R3 και ο πυκνωτής θα αρχίσει να φορτίζει αργά. Όπως μπορείτε να δείτε στην παραπάνω εικόνα, εμφανίζεται με τη μαύρη διακεκομμένη γραμμή. Όταν τα φορτία του πυκνωτή φτάσουν στην άνω τάση κατωφλίου, η έξοδος θα αλλάξει από τάση θετικού κορεσμού σε τάση αρνητικού κορεσμού. Όταν συμβεί αυτό, ο πυκνωτής θα αρχίσει να αποφορτίζεται προς την τάση αρνητικού κορεσμού. Τώρα, όταν η τάση στον ακροδέκτη μη αναστροφής είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από τον ακροδέκτη αντιστροφής, η έξοδος θα αλλάξει και πάλι από τάση αρνητικού κορεσμού σε θετική τάση κορεσμού. Με αυτόν τον τρόπο με τη διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης,αυτό το κύκλωμα μπορεί να παράγει το Astable σήμα στην έξοδο.

Σε αυτό το κύκλωμα, η χρονική περίοδος εξαρτάται από την τιμή της αντίστασης και του πυκνωτή. Εξαρτάται επίσης από την άνω και κάτω κατώτατη τάση του op-amp. Με αυτόν τον τρόπο λειτουργεί ένα κύκλωμα πολλαπλών δονητών που βασίζεται σε Op-amp. Τώρα που έχουμε κατανοήσει τα βασικά, μπορούμε να προχωρήσουμε στον υπολογισμό του κυκλώματος.

Ο υπολογισμός για κύκλωμα Astable Multivibrator που βασίζεται σε Op-amp

Η χρονική περίοδος ή απλά η συχνότητα εξόδου καθορίζεται από την τιμή της αντίστασης R3, τον πυκνωτή C1 και την τιμή για την αναλογία αντίστασης ανάδρασης. Για απλότητα, υπολογίζουμε την τιμή της αντίστασης και του πυκνωτή με έναν κύκλο λειτουργίας 50%. Εάν οι ανώτερες και οι χαμηλότερες τάσεις είναι διαφορετικές, τότε ο κύκλος λειτουργίας μπορεί να είναι περισσότερο ή λιγότερο από 50%. Θα υποθέσουμε ότι η συχνότητα εξόδου του κυκλώματος είναι 1KHz. Δεδομένου ότι η συχνότητα είναι 1KHz, η χρονική περίοδος T θα είναι 1ms, την οποία μπορούμε εύκολα να μάθουμε από τον τύπο T = 1 / F.

Για τον υπολογισμό της χρονικής περιόδου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο παρακάτω τύπος.

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

Όπου το R είναι η αντίσταση, το C είναι η χωρητικότητα και πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τη συνάρτηση Natural Logarithmic για να υπολογίσουμε την τιμή. Ο λόγος για τον οποίο πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τη φυσική λογαριθμική συνάρτηση είναι εκτός του πεδίου αυτού του άρθρου, γιατί γι 'αυτό πρέπει να αποδείξουμε τον τύπο που φαίνεται παραπάνω.

Τώρα, θα εξετάσουμε τις τιμές για R1 = R2 = 10K, C = 0.1uF και θα μάθουμε την τιμή για το R3. Γνωρίζουμε ότι F = 1KHz.

Μόλις ολοκληρωθούν οι υπολογισμοί, έχουμε όλες τις τιμές και τώρα μπορούμε να προχωρήσουμε στην κατασκευή του πραγματικού κυκλώματος και να το δοκιμάσουμε με τον παλμογράφο.

Απαιτούμενα στοιχεία για τη δημιουργία κυκλώματος Astable Multivibrator με βάση το Op-amp

Επειδή πρόκειται για έναν απλό Astable multivibrator, οι απαιτήσεις εξαρτημάτων για αυτό το έργο είναι πολύ απλές και μπορείτε να τις λάβετε από το τοπικό κατάστημα χόμπι σας. Η λίστα των συστατικών δίνεται παρακάτω.

• LM358 Op-amp IC - 1
• 10Κ Αντιστάσεις - 2
• 4.7K Αντίσταση - 1
• Πυκνωτής 0.1uF - 2
• 1N4007 Δίοδος - 4
• Πυκνωτές 1000uF, 25V - 2
• Μετασχηματιστής 4.5V - 0 - 4.5V - 1
• Καλώδιο AC - 1
• Breadboard - 1
• Σύνδεση καλωδίων

Κύκλωμα πολλαπλών δονητών Op-amp - Σχηματικό

Το διάγραμμα κυκλώματος για το Astable Multivibrator Circuit που βασίζεται σε Op-amp δίνεται παρακάτω.

Δοκιμή του κυκλώματος Op-amp Astable Multivibrator

Η δοκιμαστική ρύθμιση για το κύκλωμα πολλαπλών δονητών που βασίζεται σε Op-amp φαίνεται παραπάνω. Όπως μπορείτε να δείτε, χρησιμοποιήσαμε έναν μετασχηματιστή με τέσσερις διόδους και δύο πυκνωτές για να παράγουμε τροφοδοσία διπλής πολικότητας και χρησιμοποιήσαμε δύο αντιστάσεις 10K, μία αντίσταση 4.7K και πυκνωτή 0.1uF για την κατασκευή του κυκλώματος γύρω από το LM358 Op- αμπέραζ. Παρακάτω εμφανίζεται μια καθαρή εικόνα του κυκλώματος.

Αφού ολοκληρωθεί το κύκλωμα, έβγαλα τον παλμογράφο Hantek για να μετρήσω τη συχνότητα και ήταν περίπου 920Hz. Ήταν λίγο μακριά, αλλά αυτό οφείλεται στην τιμή της αντίστασης και του πυκνωτή. Με αυτό, ολοκληρώνουμε το έργο. Ένα στιγμιότυπο της εξόδου φαίνεται παρακάτω.

Ελπίζω να σας άρεσε το άρθρο και να μάθετε κάτι νέο. Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις σχετικά με το άρθρο, μπορείτε να ρωτήσετε στο φόρουμ Ηλεκτρονικών.