Stabiel multivibratorcircuit met op

Multivibratorcircuit is een zeer populair en nuttig circuit op het gebied van elektronica en het is het meest basale circuit dat u kent tijdens het leren van basiselektronica. Het multivibratorcircuit kan worden onderverdeeld in twee categorieën, de eerste staat bekend als de monostabiele multivibrator en de tweede staat bekend als de astabiele multivibrator. Maar in dit project, zullen we praten over de stabiele multivibrator, soms ook wel bekend als een free- running multivibrator.

Een Astable multivibratorcircuit is per definitie een circuit dat geen stabiele toestand heeft. Het betekent dat als het eenmaal is ingeschakeld, het start en blijft het oscilleren tussen hoge en lage toestanden totdat de stroom is uitgeschakeld. Als het gaat om het maken van zo'n Astable multivibrator, is de meest gebruikelijke manier om een 555 Timer IC te gebruiken. In een van onze eerdere projecten hebben we een Astable Multivibrator Circuit gemaakt met behulp van de 555 Timer IC, dat kun je checken als je zoiets zoekt. Maar in een productieomgeving terwijl er complexe schakelingen bij betrokken zijn, draagt het plaatsen van meer IC's gewoon bij aan de stuklijstkosten. Een eenvoudigere oplossing zou kunnen zijn om een Op-amp te gebruiken om een Astable-signaal te genereren. Dit circuit kan worden gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen waar een eenvoudig blokgolfsignaal een vereiste is.

Dus in dit project gaan we een eenvoudige Astable Multivibrator bouwen met Op-amp, en we zullen alle noodzakelijke berekeningen bekijken om de periode te achterhalen, zodat we de frequentie en duty-cycle van het circuit kunnen berekenen. We hebben ook de basis opamp-circuits behandeld, zoals de Summing Amplifier, Differential Amplifier, Instrumentation Amplifier, Voltage Follower, Op-Amp Integrator, etc.

Hoe werkt deze Astable Multivibrator met Op-amp?

Het antwoord op deze vraag is heel eenvoudig, maar om dit te begrijpen, moet u eerst een circuit begrijpen dat bekend staat als het Schmitt-triggercircuit, een vereenvoudigd circuit van de Schmitt-trigger wordt hieronder weergegeven.

Het Schmitt Trigger Circuit:

Het bovenstaande schema toont een Op-amp-circuit met positieve feedback, wanneer een Op-amp is geconfigureerd met positieve feedback, is dit algemeen bekend als de Schmitt-trigger. Maar laten we voor de eenvoud het Schmitt-triggercircuit begrijpen.

Dit circuit gebruikt een spanningsdeler om een apparaat in de uitgangsspanning te gebruiken en voert dat naar de niet-inverterende terminal. Maar vanwege de positieve feedback zal de output continu groeien totdat deze verzadiging bereikt.

Laten we nu eens kijken dat de uitgangsspanning van de Schmitt-trigger gelijk is aan een positieve verzadigingsspanning gedefinieerd als + Vsat en dat de fractie van deze spanning wordt gegeven aan de niet-inverterende terminal.

Dat is + Vsat x (R2 / (R1 + R2)). Als we deze vergelijking nu beschouwen als X, wordt de laatste vergelijking Xvsat. Waar X de feedbackspanning is, krijgen we van de spanningsdeler. Als de ingangsspanning Vin nu lager is dan de spanning op Xvsat, dan heeft de uitgang een positieve verzadigingsspanning. Omdat de uitvoer van de op-amp kan worden gegeven als een open-lusversterking vermenigvuldigd met het verschil van de spanning met twee aansluitingen. Dat is AoL (VCC + - VCC-). Nu, wanneer de spanning op de inverterende terminal groter is dan Xvsat, zal de output verzadigen bij de negatieve verzadigingsspanning. Als je de cijfers in de bovenstaande vergelijking plaatst, kun je dat uitzoeken.

Voor een beter begrip, als we kijken naar de overdrachtsfunctie van het Schmitt-triggercircuit, ziet het eruit als de onderstaande afbeelding.

Hier wordt de bovenste drempelspanning weergegeven als VUT en de onderste drempelspanning wordt weergegeven als VLT. Zoals u kunt zien, schakelt de uitgang over van een positieve verzadigingsspanning naar een negatieve verzadigingsspanning wanneer de ingangsspanning hoger is dan de bovenste drempelspanning. Telkens wanneer de ingang minder is dan de onderste drempelspanning, schakelt de uitgang van negatieve verzadigingsspanning naar positieve verzadigingsspanning. Dit is de basiswerking van het Schmitt-triggercircuit.

In alle bovenstaande scenario's hebben we alle signalen extern verzorgd. Als we feedback geven aan de ingang met behulp van een condensator en een weerstand, dan kunnen we het Schmitt-triggercircuit gebruiken als een Astable-multivibrator. U kunt het schema van dit Op-amp Astable multivibratorcircuit hieronder zien.

Werking van de Astable Multivibrator met Op-amp:

Nu gaan we ervan uit dat de uitgang van het circuit een positieve verzadigingsspanning heeft, ook omdat we een weerstand R3 als feedback hebben geplaatst, de stroom door de weerstand R3 gaat lopen en de condensator langzaam begint op te laden. Zoals u in de bovenstaande afbeelding kunt zien, wordt deze weergegeven met de zwarte stippellijn. Wanneer de condensatorladingen de bovenste drempelspanning bereiken, schakelt de uitgang van positieve verzadigingsspanning naar negatieve verzadigingsspanning. Wanneer dat gebeurt, begint de condensator te ontladen naar de negatieve verzadigingsspanning. Als de spanning op de niet-inverterende aansluiting iets hoger is dan de inverterende aansluiting, zal de uitgang weer overschakelen van negatieve verzadigingsspanning naar positieve verzadigingsspanning. Op deze manier door het laad- en ontlaadproces,dit circuit kan het Astable-signaal aan de uitgang genereren.

In dit circuit is de tijdsperiode afhankelijk van de waarde van de weerstand en condensator. Het hangt ook af van de bovenste en onderste drempelspanning van de op-amp. Dit is hoe een op-amp-gebaseerd Astable-multivibratorcircuit werkt. Nu we de basis hebben begrepen, kunnen we verder gaan met de berekening van het circuit.

De berekening voor op-amp-gebaseerde Astable Multivibrator Circuit

De tijdsperiode of simpel gezegd de uitgangsfrequentie wordt bepaald door de waarde van de weerstand R3, de condensator C1 en de waarde voor de terugkoppelweerstandverhouding. Voor de eenvoud berekenen we de waarde van de weerstand en condensator met een inschakelduur van 50%. Als de bovenste en onderste spanningen verschillend zijn, kan de inschakelduur meer of minder dan 50% bedragen. We gaan ervan uit dat de uitgangsfrequentie van het circuit 1 KHz is. Omdat de frequentie 1 KHz is, zal de tijdsperiode T 1 ms zijn, wat we gemakkelijk kunnen achterhalen uit de formule T = 1 / F.

Om de tijdsperiode te berekenen, kan de onderstaande formule worden gebruikt.

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

Waar R de weerstand is, is C de capaciteit, en we moeten de natuurlijke logaritmische functie gebruiken om de waarde te berekenen. De reden waarom we de natuurlijke logaritmische functie moeten gebruiken, valt buiten het bestek van dit artikel, omdat we daarvoor de bovenstaande formule moeten bewijzen.

Nu zullen we de waarden voor R1 = R2 = 10K, C = 0.1uF bekijken en we zullen de waarde voor R3 ontdekken. We weten dat F = 1 KHz.

Zodra de berekeningen zijn voltooid, hebben we alle waarden, en nu kunnen we doorgaan met het maken van het eigenlijke circuit en het testen met de oscilloscoop.

Componenten die nodig zijn om een op-amp-gebaseerd Astable Multivibrator Circuit te bouwen

Aangezien dit een eenvoudige Astable-multivibrator is, zijn de componentvereisten voor dit project erg eenvoudig en kunt u deze verkrijgen bij uw plaatselijke hobbywinkel. De lijst met componenten wordt hieronder weergegeven.

LM358 Op-amp IC - 1
10K weerstanden - 2
4.7K weerstand - 1
0.1uF condensator - 2
1N4007 Diode - 4
1000uF, 25V condensatoren - 2
4.5V - 0 - 4.5V Transformator - 1
AC-kabel - 1
Breadboard - 1
Verbindingsdraden

Op-amp Multivibrator Circuit - Schematisch

Het schakelschema voor het Op-amp-gebaseerde Astable Multivibrator Circuit wordt hieronder gegeven.

Testen van het Op-amp Astable Multivibrator Circuit

De testopstelling voor het Op-amp-gebaseerde multivibratorcircuit wordt hierboven weergegeven. Zoals je kunt zien, hebben we een transformator met vier diodes en twee condensatoren gebruikt om een voeding met dubbele polariteit te produceren, en we hebben twee 10K-weerstanden, een 4,7K-weerstand en een 0,1uF-condensator gebruikt om het circuit rond de LM358 Op- amp. Een duidelijk beeld van het circuit is hieronder weergegeven.

Nadat het circuit was voltooid, haalde ik mijn Hantek-oscilloscoop tevoorschijn om de frequentie te meten, en het was ongeveer 920Hz. Het was een beetje uit, maar dat komt door de waarde van de weerstand en condensator. Daarmee sluiten we het project af. Een momentopname van de output wordt hieronder getoond.

Ik hoop dat je het artikel leuk vond en iets nieuws hebt geleerd. Als u vragen heeft over het artikel, kunt u deze stellen op ons Elektronicaforum.