Multivibrator astable și bistabil: 7 fapte pe care ar trebui să le știți

În acest articol vom studia în detaliu despre comparatorul de declanșare Schmitt și circuitele oscilatorului cu diferiți parametri corelați. După cum am văzut până acum, un amplificator operațional este utilizat în diverse domenii de aplicații și fiind un dispozitiv atât de versatil, importanța sa ca parte a circuitelor analogice este imensă. Una dintre cele mai convenabile aplicații ale amplificatorului operațional este ca circuit multivibrator. Vom studia în detalii despre tipurile și funcționarea circuitului multivibrator construit folosind op-amp-uri (op-amp multivibratoare) și alte dispozitive pasive, cum ar fi condensatoare, diode, rezistențe etc.

Cuprins

  • Introducerea multivibratorilor
  • Utilizarea feedback-ului pozitiv în multivibrator
  • Ce este declanșatorul Schmitt?
  • Schmitt comparator declanșator circuit în buclă închisă sau multivibrator bistabil
  • Caracteristicile de transfer de tensiune ale multivibratorului bistabil
  • Multivibrator Astable sau oscilator de declanșare Schmitt
  • Ciclul de funcționare al oscilatorului

Introducerea circuitelor de declanșare Multivibrator și Schmitt

Circuitele multivibratoare sunt logică secvențială circuite și sunt de mai multe tipuri în funcție de modul în care sunt create. Unele multivibratoare pot fi realizate folosind tranzistori și porți logice, în timp ce există chiar și cipuri dedicate disponibile ca multivibratoare, cum ar fi cronometrul NE555. Circuitul multivibrator op-amp are câteva avantaje față de alte circuite multivibratoare, deoarece necesită mult mai puține componente pentru funcționarea lor, mai puțină polarizare și produce semnale de unde dreptunghiulare simetrice mai bune folosind comparativ mai puține componente.

Tipuri de Multivibratori

Există în principal trei tipuri de circuite multivibratoare prezente:

  1. Multivibrator durabil,
  2. Multivibrator monostabil
  3. Multivibrator bistabil.

Multivibratorul monostabil are o singură stare stabilă, în timp ce numărul stărilor stabile pe care le are un multivibrator bistabil este de 2.

Așa cum am aflat în secțiunea anterioară despre op-amp ca comparator, în configurația cu buclă deschisă, comparatorul poate comuta într-un mod necontrolat între tensiunea pozitivă a sursei de alimentare de saturație și tensiunea negativă a sursei de alimentare a saturației atunci când o tensiune de intrare aproape de la cea a tensiunii de referință se aplică. Prin urmare, pentru a avea control asupra acestei comutări incontrolabile între cele două stări, amplificatorul operațional este utilizat într-o configurație de feedback (circuit cu buclă închisă), care este cunoscută în special ca circuit de declanșare Schmitt cu buclă închisă sau multivibrator bistabil.

Utilizarea feedback-ului pozitiv în efectul multivibrator și istereză

Până acum, în secțiunile anterioare am aflat despre configurația de feedback negativ în op-amperi. Există, de asemenea, un alt tip de configurație de feedback cunoscut sub numele de feedback pozitiv, care este, de asemenea, utilizat pentru aplicații specifice. În configurația de feedback pozitiv, tensiunea de ieșire este alimentată înapoi (conectată) la terminalul de intrare neinversibil (pozitiv) spre deosebire de feedback-ul negativ, unde tensiunea de ieșire a fost conectată la terminalul de intrare inversor (negativ).

Un amplificator operat într-o configurație de feedback pozitiv tinde să rămână în acea stare de ieșire specială în care este prezent, adică fie starea pozitivă saturată, fie starea negativă saturată. Din punct de vedere tehnic, acest comportament de blocare într-una din cele două stări este cunoscut sub numele de histerezis.

Dacă semnalul de intrare aplicat în comparator constă din unele armonici sau vârfuri suplimentare (zgomot), atunci ieșirea comparatorului ar putea trece la cele două stări saturate în mod neașteptat și necontrolat. În acest caz, nu vom obține o ieșire de undă pătrată simetrică regulată a formei de undă sinusoidală aplicată de intrare.

Dar dacă adăugăm ceva feedback pozitiv la semnalul de intrare al comparatorului, adică folosim comparatorul într-o configurație de feedback pozitiv; vom introduce un comportament de blocare în state, ceea ce numim tehnic ca histerezis în ieșire. Până și dacă nu există o schimbare majoră a mărimii semnalului de tensiune AC (sinusoidal) de intrare, efectul de histerezis va continua să facă ca ieșirea circuitului să rămână în starea sa curentă.

Ce este declanșatorul Schmitt?

Declanșator Schmitt sau multi-vibrator bi-stabil funcționează în configurație de feedback pozitiv cu un câștig de buclă mai mare decât unitatea pentru a funcționa ca un mod bi-stabil. Tensiunea V+ poate fi.

image001 6
Schmitt comparator declanșator
Schmitt comparator declanșator sau multivibrator bistabil
Caracteristicile transferului de tensiune 1
Caracteristicile de transfer de tensiune ale Schmitt declanșează comparatorul

Figura de mai sus reprezintă tensiunea de ieșire față de curba tensiunii de intrare (care este, de asemenea, cunoscută sub numele de caracteristicile de transfer de tensiune), arătând în special efectul de histerezis. Curba caracteristică de transfer are două regiuni specifice, curba pe măsură ce crește tensiunea de intrare și partea curbei în care tensiunea de intrare scade. Tensiunea V+ nu are o valoare constantă, dar în schimb este o funcție a tensiunii de ieșire V0.

Caracteristici de transfer de tensiune

În caracteristicile de transfer de tensiune, V= VH, sau în stare înaltă. Apoi,

image007 10

Tensiune de încrucișare V mai mareTH

Dacă semnalul este mai mic decât cel al lui V+, ieșirea rămâne la starea sa înaltă. Tensiunea de încrucișare VTH apare atunci când V= V+ și exprimat după cum urmează:

image009 6

Când Vi > VTH, tensiunea la terminalul inversor este mai mare decât la terminalul care nu inversează. Tensiunea V+ apoi se dovedește a fi

image011 5

Tensiune de încrucișare inferioară VTL

Din moment ce V<VH tensiunea de intrare Vi este încă mai mult decât V+, iar ieșirea se află în starea sa scăzută ca Vi continuați să creșteți; Dacă Vi scade, atâta timp cât tensiunea de intrare Vi este mai mare decât V+, ieșirea rămâne la starea de saturație. Tensiunea încrucișată aici și acum apare când V= V+ iar acest VTL exprimat ca

image013 10

Precum Vi continuă să scadă, rămâne mai mic decât V+; prin urmare, V0 rămâne în starea sa înaltă. Putem observa această caracteristică de transfer în figura de mai sus. Un efect de histerezis este prezentat în diagrama caracteristicilor de transfer net.

Ce este oscilatorul de declanșare Schmitt?

Multivibrator Astable sau oscilator de declanșare Schmitt

Multivibrator durabil realizat prin fixarea unei rețele RC pe circuitul de declanșare Schmitt în feedback-ul de la v. Pe măsură ce vom avansa în secțiune, vom vedea că circuitul nu are stări stabile și, prin urmare, este cunoscut și sub numele de circuitul multivibrator astabil.

Oscilator Schmitt Trigger
Circuit Multivibrator Astable sau Oscilator cu declanșare Schmitt

După cum se observă în figură, o rețea RC este setată pe calea de feedback negativă, iar terminalul de intrare inversor este conectat la sol prin condensator în timp ce terminalul care nu inversează este conectat la joncțiunea dintre rezistențele R1 și R2 așa cum se arată în figură.

La început, R1 și R2 trebuie să fie egal cu R și să presupunem că ieșirea comută simetric aproximativ zero volți, cu ieșirea saturată ridicată reprezentată de V= VP și ieșire saturată redusă indicată de V.= -VP. Dacă Veste scăzut sau V= -VP, apoi V+ = - (1/2) VP.

Când Vx scade doar puțin sub V+, ieșirea comută la înalt, astfel încât V= + VP și V= + (1/2) VP. Ecuația pentru Voltaj peste condensator într-o rețea RC poate fi exprimat ca:

image016

Unde τx este constanta de timp care poate fi definită ca τx= RxCx. Tensiunea Vx crește către o tensiune finală VP într-o manieră exponențială cu privire la timp. Cu toate acestea, când Vx se dovedește a fi puțin mai mare decât V= + (1/2) VP, ieșirea se deplasează la starea sa scăzută de V0 = -VP și Vx = - (1/2) VP. RxCx rețeaua este declanșată de o tranziție ascuțită negativă a tensiunilor și, prin urmare, a condensatorului C.x începe descărcarea și tensiunea Vx descrescând spre valoarea de –VP. Prin urmare, putem exprima Vas

image022

Unde t1 se referă la momentul în care ieșirea circuitului trece la nivelul scăzut stat. Condensatorul se descarcă exponențial V+ = - (1/2) VP, ieșirea se schimbă din nou la mare. Procesul se repetă continuu în timp, ceea ce înseamnă că un semnal de ieșire cu undă pătrată este produs de oscilațiile acestui circuit de feedback pozitiv. Figura de mai jos arată tensiunea de ieșire V0 iar tensiunea condensatorului Vx în ceea ce privește timpul.

Schmitt Trigger Oscilator Tensiune de ieșire
Oscilatorul Trigger Schmitt: graficul tensiunii de ieșire și a tensiunii condensatorului în funcție de timp

Timpul t1 poate fi găsit prin substituirea t = t1 și Vx = VP/ 2 în ecuația generală pentru tensiunea pe condensator.

image001 7

Din ecuația de mai sus când rezolvăm pentru t1, primim

image003 7

Pentru timpul t2 (așa cum se observă în figura de mai sus), abordăm într-un mod similar și, dintr-o analiză similară folosind ecuația de mai sus, este evident că diferența dintre t2 Si t1 este, de asemenea, 1.1RxCx. Din aceasta, putem deduce că perioada de timp a oscilației T poate fi definită ca T = 2.2 RxCx

Iar frecvența astfel poate fi exprimată ca  

 image005 9

Ciclul de funcționare al oscilatorului

Procentul de timp în care tensiunea de ieșire (V0) a multi-vibratorului este în starea sa ridicată, denumită în special ciclul de funcționare al oscilatorului.

Ciclul de funcționare al oscilatorului este           

image007 11

După cum se observă în figură, reprezentând tensiunea de ieșire și tensiunea condensatorului în funcție de timp, ciclul de funcționare este de 50%.

Pentru mai multe articole legate de electronică click aici