Astabel multivibratorkrets med op

Multivibratorkrets är en mycket populär och användbar krets inom elektronikområdet och det är den mest grundläggande kretsen som du kommer att veta om när du lär dig grundläggande elektronik. Multivibratorkretsen kan delas in i två kategorier, den första är känd som den monostabila multivibratorn och den andra är känd som den astabla multivibratorn. Men i det här projektet kommer vi att prata om den astabla multivibratorn, ibland också känd som en frittgående multivibrator.

Enligt definition är en Astabel multivibratorkrets en krets som inte har något stabilt tillstånd. Det betyder att när det är påslaget startar det och det fortsätter att svänga mellan höga och låga tillstånd tills strömmen är avstängd. När det gäller att göra en sådan Astable multivibrator är det vanligaste sättet att använda en 555 Timer IC. I ett av våra tidigare projekt skapade vi en Astable Multivibrator Circuit med hjälp av 555 Timer IC, du kan kolla in det om du letar efter något liknande. Men i en produktionsmiljö medan det finns komplexa kretsar involverade, lägger mer IC bara till BOM-kostnaden. En enklare lösning kan vara att använda en Op-amp för att generera en Astable-signal. Denna krets kan användas i en mängd applikationer där en enkel fyrkantig vågsignal är ett krav.

Så i det här projektet ska vi bygga en enkel Astable Multivibrator med hjälp av Op-amp, och vi kommer att titta på alla nödvändiga beräkningar för att ta reda på perioden och därmed kan vi beräkna kretsens frekvens och arbetscykel. Vi har också täckt grundläggande op-amp-kretsar som Summing Amplifier, Differential Amplifier, Instrumentation Amplifier, Voltage Follower, Op-Amp Integrator, etc.

Hur fungerar denna Astable Multivibrator med Op-amp?

Svaret på den här frågan är väldigt enkelt, men för att förstå detta måste du först förstå en krets som kallas Schmitt-utlösarkretsen, en förenklad krets för Schmitt-utlösaren visas nedan.

Schmitt Trigger Circuit:

Ovanstående schema visar en Op-amp-krets med positiv feedback, när en Op-amp är konfigurerad med positiv feedback är det allmänt känt som Schmitt-utlösaren. Men för enkelhets skull, låt oss förstå Schmitt-utlösarkretsen.

Denna krets använder en spänningsdelare för att använda en enhet i utspänningen och matar den till den icke-inverterande terminalen. Men på grund av den positiva återkopplingen kommer produktionen att växa kontinuerligt tills den når mättnad.

Låt oss nu överväga att Schmitt-utlösarens utspänning är lika med positiv mättningsspänning definierad som + Vsat och bråkdelen av denna spänning ges till den icke-inverterande terminalen.

Vilket är + Vsat x (R2 / (R1 + R2)). Om vi nu betraktar denna ekvation som X blir den slutliga ekvationen Xvsat. Där X är återkopplingsspänningen får vi från spänningsdelaren. Nu när ingångsspänningen Vin är mindre än spänningen vid Xvsat, kommer utgången att vara med positiv mättnadsspänning. Eftersom op-förstärkarens utgång kan ges som öppen slinga förstärkt multiplicerat med skillnaden mellan två-terminal spänning. Vilket är AoL (VCC + - VCC-). Nu när spänningen vid den inverterande terminalen är större än Xvsat, kommer utgången att mättas vid den negativa mättnadsspänningen. Om du sätter siffrorna i ovanstående ekvation kan du ta reda på det.

För bättre förståelse, om vi tittar på överföringsfunktionen för Schmitt-utlösarkretsen, kommer den att se ut som bilden som visas nedan.

Här representeras den övre tröskelspänningen som VUT och den nedre tröskelspänningen representeras som VLT. Som du kan se, när ingångsspänningen är större än den övre tröskelspänningen, kommer utgången att växla från positiv mättnadsspänning till negativ mättningsspänning. När ingången är mindre än den lägre tröskelspänningen, kommer utgången att växla från negativ mättningsspänning till positiv mättningsspänning. Detta är grundarbetet i Schmitt-utlösarkretsen.

I alla ovanstående scenarier har vi tillhandahållit alla signaler externt. Om vi ger feedback till ingången med hjälp av en kondensator och ett motstånd kan vi använda Schmitt-utlösarkretsen som en Astabel multivibrator. Du kan se schemat för denna Op-amp Astable multivibratorkrets nedan.

Arbeta med Astable Multivibrator med Op-amp:

Nu antar vi att utgången från kretsen är i positiv mättnadsspänning också för att vi har satt ett motstånd R3 som återkoppling, strömmen börjar strömma genom motståndet R3 och kondensatorn börjar ladda långsamt. Som du kan se i bilden ovan visas den med den svarta prickade linjen. När kondensatorladdningarna når den övre tröskelspänningen, kommer utgången att växla från positiv mättnadsspänning till negativ mättningsspänning. När det händer kommer kondensatorn att börja urladdas mot den negativa mättnadsspänningen. Nu när spänningen vid den icke-inverterande terminalen är något mer än den inverterande terminalen, kommer utgången igen att växla från negativ mättningsspänning till positiv mättningsspänning. Detta genom laddnings- och urladdningsprocessen,denna krets kan generera den Astabla signalen vid utgången.

I denna krets beror tidsperioden på värdet på motståndet och kondensatorn. Det beror också på den övre och nedre tröskelspänningen på op-amp. Så här fungerar en Op-amp-baserad Astable multivibratorkrets. Nu när vi har förstått grunderna kan vi gå vidare till beräkningen av kretsen.

Beräkningen för Op-amp-baserad Astable Multivibrator Circuit

Tidsperioden eller helt enkelt säga att utfrekvensen bestäms av värdet på motståndet R3, kondensatorn Cl och värdet för återkopplingsmotståndsförhållandet. För enkelhetens skull beräknar vi värdet på motståndet och kondensatorn med en 50% arbetscykel. Om den övre och den nedre spänningen är olika kan arbetscykeln vara mer eller mindre än 50%. Vi antar att kretsens utgångsfrekvens är 1KHz. Eftersom frekvensen är 1KHz kommer tidsperioden T att vara 1ms, vilket vi lätt kan ta reda på med formeln T = 1 / F.

För att beräkna tidsperioden kan formeln som visas nedan användas.

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

Där R är motståndet, är C kapacitansen, och vi måste använda den naturliga logaritmiska funktionen för att beräkna värdet. Anledningen till att vi måste använda den naturliga logaritmiska funktionen faller utanför denna artikel eftersom vi måste bevisa formeln ovan.

Nu kommer vi att överväga värdena för R1 = R2 = 10K, C = 0.1uF och vi kommer att ta reda på värdet för R3. Vi vet att F = 1KHz.

När beräkningarna har gjorts har vi alla värden och nu kan vi gå vidare till att skapa den faktiska kretsen och testa den med oscilloskopet.

Komponenter som krävs för att bygga Op-amp-baserad Astable Multivibrator Circuit

Eftersom det här är en enkel Astable multivibrator är komponentkraven för detta projekt väldigt enkla och du kan få dem från din lokala hobbybutik. Listan över komponenter ges nedan.

LM358 Op-amp IC - 1
10K motstånd - 2
4.7K Motstånd - 1
0.1uF kondensator - 2
1N4007 Diod - 4
1000uF, 25V kondensatorer - 2
4,5V - 0 - 4,5V transformator - 1
AC-kabel - 1
Brödbräda - 1
Anslutande ledningar

Op-amp Multivibrator Circuit - Schematisk

Kretsschemat för den Op-amp-baserade Astable Multivibrator Circuit ges nedan.

Testa Op-amp Astable Multivibrator Circuit

Testinställningen för Op-amp-baserad multivibratorkrets visas ovan. Som du kan se har vi använt en transformator med fyra dioder och två kondensatorer för att producera en dubbel polaritetsförsörjning, och vi har använt två 10K-motstånd, en 4.7K-resistor och en 0.1uF kondensator för att bygga kretsen runt LM358 Op- amp. En tydlig bild av kretsen visas nedan.

När kretsen är klar drog jag ut mitt Hantek-oscilloskop för att mäta frekvensen och det var runt 920Hz. Det var lite av, men det beror på värdet på motståndet och kondensatorn. Med det avslutar vi projektet. En ögonblicksbild av utdata visas nedan.

Jag hoppas att du gillade artikeln och lärde dig något nytt. Om du har några frågor angående artikeln kan du ställa i vårt elektronikforum.