Astabile Multivibratorschaltung mit op

Multivibratorschaltung ist eine sehr beliebte und nützliche Schaltung auf dem Gebiet der Elektronik und die grundlegendste Schaltung, die Sie beim Erlernen der grundlegenden Elektronik kennen. Die Multivibratorschaltung kann in zwei Kategorien unterteilt werden, wobei die erste als monostabiler Multivibrator und die zweite als astabiler Multivibrator bekannt ist. In diesem Projekt werden wir jedoch über den astabilen Multivibrator sprechen, der manchmal auch als freilaufender Multivibrator bezeichnet wird.

Per Definition ist eine Astable Multivibrator-Schaltung eine Schaltung, die keinen stabilen Zustand aufweist. Sobald es eingeschaltet ist, startet es und pendelt weiter zwischen hohen und niedrigen Zuständen, bis die Stromversorgung ausgeschaltet wird. Wenn es darum geht, einen solchen Astable-Multivibrator herzustellen, wird am häufigsten ein 555-Timer-IC verwendet. In einem unserer vorherigen Projekte haben wir eine astabile Multivibratorschaltung mit dem 555-Timer-IC erstellt. Sie können dies überprüfen, wenn Sie nach so etwas suchen. In einer Produktionsumgebung mit komplexen Schaltkreisen summiert sich das Platzieren von mehr ICs jedoch nur zu den Stücklistenkosten. Eine einfachere Lösung könnte darin bestehen, einen Operationsverstärker zu verwenden, um ein astabiles Signal zu erzeugen. Diese Schaltung kann in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, bei denen ein einfaches Rechtecksignal erforderlich ist.

In diesem Projekt werden wir einen einfachen astabilen Multivibrator mit Operationsverstärker bauen und alle erforderlichen Berechnungen durchführen, um den Zeitraum herauszufinden, damit wir die Frequenz und das Tastverhältnis der Schaltung berechnen können. Wir haben auch grundlegende Operationsverstärkerschaltungen wie den Summierverstärker, den Differenzverstärker, den Instrumentenverstärker, den Spannungsfolger, den Operationsverstärker-Integrator usw. behandelt.

Wie funktioniert dieser Astable Multivibrator mit Operationsverstärker?

Die Antwort auf diese Frage ist sehr einfach, aber um dies zu verstehen, müssen Sie zuerst eine Schaltung verstehen, die als Schmitt-Triggerschaltung bekannt ist. Eine vereinfachte Schaltung des Schmitt-Triggers ist unten dargestellt.

Die Schmitt-Triggerschaltung:

Das obige Schema zeigt eine Operationsverstärkerschaltung mit positiver Rückkopplung. Wenn ein Operationsverstärker mit positiver Rückkopplung konfiguriert ist, wird er allgemein als Schmitt-Trigger bezeichnet. Lassen Sie uns der Einfachheit halber die Schmitt-Triggerschaltung verstehen.

Diese Schaltung verwendet einen Spannungsteiler, um ein Gerät in der Ausgangsspannung zu verwenden, und speist dieses dem nicht invertierenden Anschluss zu. Aufgrund der positiven Rückkopplung wächst der Ausgang jedoch kontinuierlich, bis er die Sättigung erreicht.

Nehmen wir nun an, dass die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers gleich der positiven Sättigungsspannung ist, die als + Vsat definiert ist, und der Anteil dieser Spannung an den nicht invertierenden Anschluss gegeben wird.

Welches ist + Vsat x (R2 / (R1 + R2)). Wenn wir diese Gleichung als X betrachten, wird die endgültige Gleichung zu Xvsat. Wo X die Rückkopplungsspannung ist, erhalten wir vom Spannungsteiler. Wenn nun die Eingangsspannung Vin kleiner als die Spannung bei Xvsat ist, liegt der Ausgang bei positiver Sättigungsspannung. Weil der Ausgang des Operationsverstärkers als Open-Loop-Verstärkung multipliziert mit der Differenz der Spannung mit zwei Anschlüssen angegeben werden kann. Welches ist AoL (VCC + - VCC-). Wenn nun die Spannung am invertierenden Anschluss größer als Xvsat ist, wird der Ausgang mit der negativen Sättigungsspannung gesättigt. Wenn Sie die Zahlen in die obige Gleichung einfügen, können Sie das herausfinden.

Wenn wir uns zum besseren Verständnis die Übertragungsfunktion der Schmitt-Triggerschaltung ansehen, sieht sie wie im folgenden Bild aus.

Hier wird die obere Schwellenspannung als VUT und die untere Schwellenspannung als VLT dargestellt. Wie Sie sehen können, schaltet der Ausgang von einer positiven Sättigungsspannung auf eine negative Sättigungsspannung um, wenn die Eingangsspannung größer als die obere Schwellenspannung ist. Immer wenn der Eingang kleiner als die untere Schwellenspannung ist, schaltet der Ausgang von einer negativen Sättigungsspannung auf eine positive Sättigungsspannung um. Dies ist die Grundfunktion der Schmitt-Triggerschaltung.

In allen oben genannten Szenarien haben wir alle Signale extern bereitgestellt. Wenn wir mit Hilfe eines Kondensators und eines Widerstands eine Rückmeldung zum Eingang geben, können wir die Schmitt-Triggerschaltung als astabilen Multivibrator verwenden. Das Schema dieser Astable-Multivibratorschaltung für Operationsverstärker sehen Sie unten.

Funktionsweise des Astable Multivibrator mit Operationsverstärker:

Wir nehmen nun an, dass der Ausgang der Schaltung eine positive Sättigungsspannung aufweist, auch weil wir einen Widerstand R3 als Rückkopplung eingesetzt haben, der Strom durch den Widerstand R3 fließt und der Kondensator langsam aufgeladen wird. Wie Sie im obigen Bild sehen können, wird es mit der schwarz gepunkteten Linie angezeigt. Wenn die Kondensatorladungen die obere Schwellenspannung erreichen, schaltet der Ausgang von einer positiven Sättigungsspannung auf eine negative Sättigungsspannung um. In diesem Fall entlädt sich der Kondensator in Richtung der negativen Sättigungsspannung. Wenn nun die Spannung am nicht invertierenden Anschluss etwas höher ist als am invertierenden Anschluss, schaltet der Ausgang wieder von einer negativen Sättigungsspannung auf eine positive Sättigungsspannung um. Auf diese Weise durch den Lade- und Entladevorgang,Diese Schaltung kann das Astable-Signal am Ausgang erzeugen.

In dieser Schaltung ist die Zeitdauer vom Wert des Widerstands und des Kondensators abhängig. Dies hängt auch von der oberen und unteren Schwellenspannung des Operationsverstärkers ab. So funktioniert eine auf einem Operationsverstärker basierende Astable-Multivibratorschaltung. Nachdem wir die Grundlagen verstanden haben, können wir mit der Berechnung der Schaltung fortfahren.

Die Berechnung für op-amp-basierte Astable Multivibrator Circuit

Die Zeitdauer oder einfach gesagt die Ausgangsfrequenz wird durch den Wert des Widerstands R3, des Kondensators C1 und den Wert für das Rückkopplungswiderstandsverhältnis bestimmt. Der Einfachheit halber berechnen wir den Wert des Widerstands und des Kondensators mit einem Tastverhältnis von 50%. Wenn die obere und die untere Spannung unterschiedlich sind, kann das Tastverhältnis mehr oder weniger als 50% betragen. Wir gehen davon aus, dass die Ausgangsfrequenz der Schaltung 1 kHz beträgt. Da die Frequenz 1 kHz beträgt, beträgt die Zeitdauer T 1 ms, was wir leicht aus der Formel T = 1 / F herausfinden können.

Zur Berechnung des Zeitraums kann die unten gezeigte Formel verwendet werden.

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

Wobei R der Widerstand ist, C die Kapazität ist und wir die natürliche logarithmische Funktion verwenden müssen, um den Wert zu berechnen. Der Grund, warum wir die natürliche logarithmische Funktion verwenden müssen, liegt außerhalb des Geltungsbereichs dieses Artikels, da wir dafür die oben gezeigte Formel beweisen müssen.

Nun werden wir die Werte für R1 = R2 = 10K, C = 0,1 uF betrachten und den Wert für R3 herausfinden. Wir wissen, dass F = 1 kHz ist.

Sobald die Berechnungen abgeschlossen sind, haben wir alle Werte, und jetzt können wir mit der Erstellung der eigentlichen Schaltung fortfahren und diese mit dem Oszilloskop testen.

Erforderliche Komponenten zum Aufbau einer op-amp-basierten astabilen Multivibratorschaltung

Da es sich um einen einfachen Astable-Multivibrator handelt, sind die Komponentenanforderungen für dieses Projekt sehr einfach und können in Ihrem örtlichen Hobbyfachgeschäft bezogen werden. Die Liste der Komponenten ist unten angegeben.

• LM358 Operationsverstärker-IC - 1
• 10K-Widerstände - 2
• 4,7K Widerstand - 1
• 0,1 uF Kondensator - 2
• 1N4007 Diode - 4
• 1000VF, 25V Kondensatoren - 2
• 4,5 V - 0 - 4,5 V Transformator - 1
• AC-Kabel - 1
• Steckbrett - 1
• Kabel anschließen

Operationsverstärker-Multivibratorschaltung - Schema

Das Schaltbild für die Astable Multivibrator-Schaltung auf Operationsverstärkerbasis ist unten angegeben.

Testen der Astable Multivibrator-Schaltung des Operationsverstärkers

Der Testaufbau für die Multivibratorschaltung auf Operationsverstärkerbasis ist oben dargestellt. Wie Sie sehen können, haben wir einen Transformator mit vier Dioden und zwei Kondensatoren verwendet, um eine Versorgung mit doppelter Polarität zu erzeugen, und wir haben zwei 10K-Widerstände, einen 4,7K-Widerstand und einen 0,1uF-Kondensator verwendet, um die Schaltung um den LM358 Op- aufzubauen. Ampere. Ein klares Bild der Schaltung ist unten gezeigt.

Nachdem die Schaltung abgeschlossen war, zog ich mein Hantek-Oszilloskop heraus, um die Frequenz zu messen, und es war ungefähr 920 Hz. Es war ein wenig anders, aber das liegt am Wert des Widerstands und des Kondensators. Damit schließen wir das Projekt ab. Ein Schnappschuss der Ausgabe ist unten dargestellt.

Ich hoffe, Ihnen hat der Artikel gefallen und Sie haben etwas Neues gelernt. Wenn Sie Fragen zum Artikel haben, können Sie diese in unserem Elektronik-Forum stellen.