Circuito multivibratore astabile utilizzando op

Il circuito multivibratore è un circuito molto popolare e utile nel campo dell'elettronica ed è il circuito più basilare che conoscerai mentre impari l'elettronica di base. Il circuito multivibratore può essere suddiviso in due categorie, la prima è nota come multivibratore monostabile e la seconda è nota come multivibratore astabile. Ma in questo progetto parleremo del multivibratore astabile, a volte noto anche come multivibratore a funzionamento libero.

Per definizione, un circuito multivibratore Astable è un circuito che non ha uno stato stabile. Significa che una volta acceso, si avvia e continua a oscillare tra gli stati alto e basso fino allo spegnimento. Quando si tratta di realizzare un multivibratore Astable, il modo più comune è utilizzare un timer IC 555. In uno dei nostri progetti precedenti, abbiamo realizzato un circuito multivibratore astabile utilizzando il timer 555 IC, puoi verificarlo se stai cercando qualcosa del genere. Ma in un ambiente di produzione, anche se sono coinvolti circuiti complessi, aggiungere più circuiti integrati si aggiunge al costo della distinta base. Una soluzione più semplice potrebbe essere quella di utilizzare un amplificatore operazionale per generare un segnale Astable. Questo circuito può essere utilizzato in una varietà di applicazioni in cui è richiesto un semplice segnale a onda quadra.

Quindi, in questo progetto, costruiremo un semplice multivibratore astabile utilizzando l'amplificatore operazionale e esamineremo tutti i calcoli necessari per scoprire il periodo, quindi possiamo calcolare la frequenza e il ciclo di lavoro del circuito. Abbiamo anche coperto circuiti di amplificatori operazionali di base come l'amplificatore sommatore, l'amplificatore differenziale, l'amplificatore per strumentazione, l'inseguitore di tensione, l'integratore dell'amplificatore operazionale, ecc.

Come funziona questo multivibratore astabile con amplificatore operazionale?

La risposta a questa domanda è molto semplice, ma per capirlo, è necessario prima comprendere un circuito noto come circuito trigger di Schmitt, di seguito viene mostrato un circuito semplificato del trigger di Schmitt.

Il circuito trigger di Schmitt:

Lo schema sopra mostra un circuito op-amp con feedback positivo, quando un op-amp è configurato con feedback positivo, è comunemente noto come trigger di Schmitt. Ma per semplicità, capiamo il circuito trigger di Schmitt.

Questo circuito utilizza un partitore di tensione per utilizzare un dispositivo nella tensione di uscita e lo alimenta al terminale non invertente. Ma a causa del feedback positivo, l'uscita crescerà continuamente fino a raggiungere la saturazione.

Consideriamo ora che la tensione di uscita del trigger di Schmitt è uguale alla tensione di saturazione positiva definita + Vsat e la frazione di questa tensione è data al terminale non invertente.

Che è + Vsat x (R2 / (R1 + R2)). Ora, se consideriamo questa equazione come X, l'equazione finale diventa Xvsat. Dove X è la tensione di feedback, otteniamo dal partitore di tensione. Ora, quando la tensione di ingresso Vin è inferiore alla tensione su Xvsat, l'uscita sarà a tensione di saturazione positiva. Perché l'uscita dell'amplificatore operazionale può essere data come guadagno ad anello aperto moltiplicato per la differenza della tensione a due terminali. Che è AoL (VCC + - VCC-). Ora, quando la tensione al terminale invertente è maggiore di Xvsat, l'uscita si saturerà alla tensione di saturazione negativa. Se metti i numeri nell'equazione sopra, puoi scoprirlo.

Per una migliore comprensione, se guardiamo alla funzione di trasferimento del circuito trigger di Schmitt, apparirà come l'immagine mostrata sotto.

Qui, la tensione di soglia superiore è rappresentata come VUT e la tensione di soglia inferiore è rappresentata come VLT. Come puoi vedere, quando la tensione di ingresso è maggiore della tensione di soglia superiore, l'uscita passerà dalla tensione di saturazione positiva alla tensione di saturazione negativa. Ogni volta che l'ingresso è inferiore alla tensione di soglia inferiore, l'uscita passerà dalla tensione di saturazione negativa alla tensione di saturazione positiva. Questo è il funzionamento di base del circuito trigger di Schmitt.

In tutti gli scenari di cui sopra, abbiamo fornito tutti i segnali esternamente. Se forniamo feedback all'ingresso con l'aiuto di un condensatore e un resistore, possiamo utilizzare il circuito trigger di Schmitt come multivibratore Astable. Puoi vedere lo schema di questo circuito multivibratore Op-amp Astable di seguito.

Funzionamento del multivibratore Astable con amplificatore operazionale:

Ora, assumeremo che l'uscita del circuito sia in tensione di saturazione positiva anche perché abbiamo messo un resistore R3 come feedback, la corrente inizierà a fluire attraverso il resistore R3, e il condensatore inizierà a caricarsi lentamente. Come puoi vedere nell'immagine sopra, è mostrato con la linea tratteggiata nera. Quando le cariche del condensatore raggiungono la tensione di soglia superiore, l'uscita passerà dalla tensione di saturazione positiva alla tensione di saturazione negativa. Quando ciò accade, il condensatore inizierà a scaricarsi verso la tensione di saturazione negativa. Ora, quando la tensione sul terminale non invertente è leggermente superiore al terminale invertente, l'uscita passerà di nuovo dalla tensione di saturazione negativa alla tensione di saturazione positiva. In questo modo durante il processo di carica e scarica,questo circuito può generare il segnale Astable in uscita.

In questo circuito, il periodo di tempo dipende dal valore del resistore e del condensatore. Dipende anche dalla tensione di soglia superiore e inferiore dell'amplificatore operazionale. Ecco come funziona un circuito multivibratore Astable basato su amplificatore operazionale. Ora che abbiamo capito le basi, possiamo passare al calcolo del circuito.

Il calcolo per il circuito multivibratore astabile basato su amplificatore operazionale

Il periodo di tempo o semplicemente dire la frequenza di uscita è determinato dal valore del resistore R3, del condensatore C1 e dal valore del rapporto del resistore di retroazione. Per semplicità, stiamo calcolando il valore del resistore e del condensatore con un ciclo di lavoro del 50%. Se la tensione superiore e quella inferiore sono diverse, il ciclo di lavoro può essere superiore o inferiore al 50%. Assumeremo che la frequenza di uscita del circuito sia 1KHz. Poiché la frequenza è 1 KHz, il periodo di tempo T sarà 1 ms, che possiamo facilmente scoprire dalla formula T = 1 / F.

Per calcolare il periodo di tempo, è possibile utilizzare la formula mostrata di seguito.

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

Dove R è la resistenza, C è la capacità e dobbiamo usare la funzione logaritmica naturale per calcolare il valore. Il motivo per cui dobbiamo usare la funzione logaritmica naturale è fuori dallo scopo di questo articolo perché per questo dobbiamo provare la formula mostrata sopra.

Ora, considereremo i valori per R1 = R2 = 10K, C = 0.1uF e troveremo il valore per R3. Sappiamo che F = 1KHz.

Una volta eseguiti i calcoli, abbiamo tutti i valori e ora possiamo passare alla realizzazione del circuito vero e proprio e testarlo con l'oscilloscopio.

Componenti necessari per costruire un circuito multivibratore astabile basato su amplificatore operazionale

Poiché si tratta di un semplice multivibratore Astable, i requisiti dei componenti per questo progetto sono molto semplici e puoi ottenerli dal tuo negozio di hobby locale. Di seguito è riportato l'elenco dei componenti.

• CI dell'amplificatore operazionale LM358 - 1
• Resistori 10K - 2
• Resistore 4.7K - 1
• Condensatore 0.1uF - 2
• Diodo 1N4007 - 4
• Condensatori da 1000uF, 25V - 2
• Trasformatore da 4,5 V - 0 - 4,5 V - 1
• Cavo CA - 1
• Breadboard - 1
• Collegamento dei cavi

Circuito multivibratore op-amp - Schema

Di seguito è riportato lo schema del circuito per il circuito multivibratore Astable basato su amplificatore operazionale.

Test del circuito multivibratore astabile op-amp

La configurazione del test per il circuito multivibratore basato sull'amplificatore operazionale è mostrata sopra. Come puoi vedere, abbiamo utilizzato un trasformatore con quattro diodi e due condensatori per produrre un'alimentazione a doppia polarità e abbiamo utilizzato due resistori da 10K, un resistore da 4.7K e un condensatore da 0.1uF per costruire il circuito attorno all'LM358 Op- amp. Di seguito è mostrata un'immagine chiara del circuito.

Dopo che il circuito è completo, ho estratto il mio oscilloscopio Hantek per misurare la frequenza, ed era di circa 920Hz. Era un po 'spento, ma ciò è dovuto al valore del resistore e del condensatore. Con questo concludiamo il progetto. Di seguito è mostrata un'istantanea dell'output.

Spero che l'articolo ti sia piaciuto e abbia imparato qualcosa di nuovo. Se hai domande sull'articolo, puoi chiedere nel nostro forum di elettronica.