- Com funciona aquest multivibrador Astable amb amplificador operatiu?
- El càlcul del circuit multivibrador Astable basat en amplificador operatiu
- Components necessaris per construir un circuit multivibrador astable basat en amplificador operatiu
- Circuit multivibrador d’amplificadors d’opcions: esquema
- Prova del circuit multivibrador Astable Op-amp
El circuit multivibrador és un circuit molt popular i útil en el camp de l'electrònica i és el circuit més bàsic que coneixereu mentre apreneu l'electrònica bàsica. El circuit multivibrador es pot dividir en dues categories, la primera es coneix com a multivibrador monoestable i la segona es coneix com a multivibrador astable. Però en aquest projecte parlarem de l’astable multivibrador, de vegades també conegut com a multivibrador de funcionament lliure.
Per definició, un circuit multivibrador Astable és un circuit que no té estat estable. Vol dir que, una vegada engegat, comença i continua oscil·lant entre els estats alt i baix fins que s’apaga l’alimentació. A l’hora de fabricar un multivibrador tan estable, la forma més habitual és utilitzar un 555 Timer IC. En un dels nostres projectes anteriors, vam crear un circuit multivibrador Astable amb l'IC 555 Timer, podeu comprovar-ho si esteu buscant alguna cosa així. Però en un entorn de producció, tot i que hi ha circuits complexos, posar més IC només s’afegeix al cost de la BOM. Una solució més senzilla podria ser utilitzar un amplificador operatiu per generar un senyal Astable. Aquest circuit es pot utilitzar en una gran varietat d'aplicacions en què és necessari un senyal d'ona quadrada simple.
Per tant, en aquest projecte, construirem un simple multivibrador Astable amb Op-amp, i examinarem tots els càlculs necessaris per esbrinar el període que permet calcular la freqüència i el cicle de treball del circuit. També hem cobert circuits bàsics d’amplificadors operatius com l’amplificador summing, l’amplificador diferencial, l’amplificador d’instrumentació, el seguidor de tensió, l’integrador d’amplificadors opcionals, etc.
Com funciona aquest multivibrador Astable amb amplificador operatiu?
La resposta a aquesta pregunta és molt simple, però per entendre això, cal entendre primer un circuit que es coneix com el circuit disparador Schmitt, un circuit simplificat de l'disparador de Schmitt es mostra a continuació.
El circuit de desencadenament de Schmitt:
L'anterior mostra esquemàtiques un circuit op-amp amb realimentació positiva, quan un op-amp està configurat amb retroalimentació positiva, que és comunament conegut com el disparador de Schmitt. Però, per simplificar, entenem el circuit d’activació de Schmitt.
Aquest circuit utilitza un divisor de tensió per utilitzar un dispositiu en la tensió de sortida i l’alimenta al terminal que no inverteix. Però a causa de la retroalimentació positiva, la producció creixerà contínuament fins arribar a la saturació.
Ara, considerem que la tensió de sortida del disparador de Schmitt és igual a la tensió de saturació positiva definida com a + Vsat i la fracció d’aquest voltatge es dóna al terminal que no inverteix.
Què és + Vsat x (R2 / (R1 + R2)). Ara bé, si considerem aquesta equació com X, l'equació final es converteix en Xvsat. On X és la tensió de retroalimentació, obtenim del divisor de tensió. Ara, quan el voltatge d’entrada Vin és inferior al voltatge de Xvsat, la sortida tindrà un voltatge de saturació positiu. Com que la sortida del amplificador operacional es pot donar com a guany de bucle obert multiplicat per la diferència de voltatge de dos terminals. Què és AoL (VCC + - VCC-). Ara, quan la tensió al terminal d'inversió és superior a Xvsat, la sortida es saturarà a la tensió de saturació negativa. Si poseu els números a l’equació anterior, ho podreu esbrinar.
Per a una millor comprensió, si observem la funció de transferència del circuit d’activació de Schmitt, semblarà la imatge que es mostra a continuació.
Aquí, la tensió del llindar superior es representa com a VUT i la tensió del llindar inferior es representa com a VLT. Com podeu veure, quan la tensió d'entrada és superior a la tensió llindar superior, la sortida canviarà de tensió de saturació positiva a tensió de saturació negativa. Sempre que l’entrada sigui inferior a la tensió llindar inferior, la sortida canviarà de tensió de saturació negativa a tensió de saturació positiva. Aquest és el funcionament bàsic del circuit d’activació de Schmitt.
En tots els escenaris anteriors, hem proporcionat tots els senyals externament. Si proporcionem retroalimentació a l’entrada amb l’ajut d’un condensador i una resistència, podem utilitzar el circuit d’activació de Schmitt com a multivibrador Astable. A continuació podeu veure l’esquema d’aquest circuit multivibrador Astable Op-amp.
Funcionament del multivibrador Astable amb amplificador operatiu:
Ara, assumirem que la sortida del circuit està en tensió de saturació positiva també perquè hem posat una resistència R3 com a retroalimentació, el corrent començarà a fluir per la resistència R3 i el condensador començarà a carregar-se lentament. Com podeu veure a la imatge anterior, es mostra amb la línia de punts negres. Quan les càrregues del condensador arribin a la tensió llindar superior, la sortida canviarà de tensió de saturació positiva a tensió de saturació negativa. Quan això passi, el condensador començarà a descarregar-se cap a la tensió de saturació negativa. Ara, quan la tensió del terminal no inversor és lleugerament superior a la terminal inversor, la sortida tornarà a canviar de tensió de saturació negativa a tensió de saturació positiva. D'aquesta manera, mitjançant el procés de càrrega i descàrrega,aquest circuit pot generar el senyal Astable a la sortida.
En aquest circuit, el període de temps depèn del valor de la resistència i del condensador. També depèn de la tensió del llindar superior i inferior de l’ampli operatiu. Així és com funciona un circuit multivibrador Astable basat en amplificador operatiu. Ara que ja hem entès els conceptes bàsics, podem passar al càlcul del circuit.
El càlcul del circuit multivibrador Astable basat en amplificador operatiu
El període de temps o simplement dir que la freqüència de sortida està determinada pel valor de la resistència R3, el condensador C1 i el valor de la relació de resistència de retroalimentació. Per simplicitat, estem calculant el valor de la resistència i del condensador amb un cicle de treball del 50%. Si les tensions superior i inferior són diferents, el cicle de treball pot ser superior o inferior al 50%. Suposarem que la freqüència de sortida del circuit és d’1 KHz. Com que la freqüència és d'1 KHz, el període de temps T serà d'1 ms, cosa que podem trobar fàcilment a partir de la fórmula T = 1 / F.
Per calcular el període de temps, es pot utilitzar la fórmula que es mostra a continuació.
T = 2RC * logn ((1 + X) / (1-X))
On R és la resistència, C és la capacitat i hem de fer servir la funció logarítmica natural per calcular el valor. La raó per la qual hem d’utilitzar la funció logarítmica natural està fora de l’abast d’aquest article, perquè per a això hem de demostrar la fórmula que es mostra anteriorment.
Ara, considerarem els valors de R1 = R2 = 10K, C = 0,1uF i descobrirem el valor de R3. Sabem que F = 1KHz.
Un cop fets els càlculs, tenim tots els valors i ara podem passar a fer el circuit real i provar-lo amb l’oscil·loscopi.
Components necessaris per construir un circuit multivibrador astable basat en amplificador operatiu
Com que es tracta d’un multivibrador Astable simple, els requisits de components per a aquest projecte són molt senzills i podeu obtenir-los de la vostra botiga d’aficionats local. A continuació es mostra la llista de components.
- LM358 Op-amp IC - 1
- Resistències 10K: 2
- Resistència de 4,7 K - 1
- Condensador 0,1uF - 2
- 1N4007 díode - 4
- Condensadors de 1000uF, 25V - 2
- Transformador de 4,5 V - 0 - 4,5 V - 1
- Cable de CA - 1
- Taula de pa: 1
- Connexió de cables
Circuit multivibrador d’amplificadors d’opcions: esquema
A continuació es mostra el diagrama del circuit del circuit multivibrador Astable basat en un amplificador operatiu.
Prova del circuit multivibrador Astable Op-amp
La configuració de la prova per al circuit multivibrador basat en amplificador operatiu es mostra a la part superior. Com podeu veure, hem utilitzat un transformador amb quatre díodes i dos condensadors per produir una alimentació de polaritat doble i hem utilitzat dues resistències de 10 K, una de 4,7 K i un condensador de 0,1 uF per construir el circuit al voltant de l’opció LM358. amplificador A continuació es mostra una imatge clara del circuit.
Un cop finalitzat el circuit, vaig treure el meu oscil·loscopi Hantek per mesurar la freqüència i tenia uns 920 Hz. Estava una mica apagat, però això es deu al valor de la resistència i del condensador. Amb això, donem per acabat el projecte. A continuació es mostra una instantània de la sortida.
Espero que us hagi agradat l'article i hàgiu après alguna cosa nova. Si teniu cap pregunta sobre l'article, podeu fer-ho al nostre fòrum d'electrònica.