цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Как спроектировать и собрать простую схему одноивибратора на основе операционного усилителя


Как спроектировать и собрать простую схему одноивибратора на основе операционного усилителя

Автор: Mike(admin) от 18-12-2020, 05:35

Операционный усилитель – один из наиболее часто используемых компонентов в любой электронной конструкции. Это очень универсальное устройство, которое можно использовать для самых разных целей. Существует немалое количество основных схем операционных усилителей, такие как суммирующий усилитель, дифференциальный усилитель, инструментальный усилитель, повторитель напряжения, интегратор на основе операционного усилителя и т. д. В этом руководстве мы создадим схему моностабильного мультивибратора (одновибратора) на базе операционного усилителя вместе со всеми ее расчетами и испытаниями.


Как спроектировать и собрать простую схему одноивибратора на основе операционного усилителя

Моностабильный мультивибратор также называется одновибратором, он имеет только одно стабильное состояние, а другое состояние – квазистабильное состояние. Под стабильным состоянием мультивибратора мы подразумеваем, что в этот момент выходной сигнал высокий или низкий. Теперь при подаче запускающего импульса мультивибратор переключает свой выходной сигнал из стабильного состояния в квазистабильное состояние. И через некоторое время T, которое определяется компонентами схемы, мультивибратор автоматически возвращается в исходное стабильное состояние. Другими словами, для этого обратного перехода не требуется внешнего сигнала запуска. Схема остается в этом состоянии до подачи следующего запускающего импульса. Эти мультивибраторы также называют однократными, одношаговыми или унифицированными мультивибраторами. Время «T», по истечении которого схема возвращается в исходное состояние, называется шириной затвора, и, следовательно, мультивибратор также известен как схема стробирования или схема задержки. Эта схема используется для создания импульсов переменной ширины в нужный момент. Следующее изображение ниже даст вам лучшее представление о теме.


Как спроектировать и собрать простую схему одноивибратора на основе операционного усилителя

Теперь, когда у нас есть четкое представление о том, что такое моностабильный мультивибратор, давайте посмотрим, как мы можем разработать схему моностабильного мультивибратора, используя операционный усилитель. Чтобы полностью понять принцип работы моностабильного мультивибратора, вам сначала необходимо понять принцип работы схемы триггера Шмита.


Как спроектировать и собрать простую схему одноивибратора на основе операционного усилителя

Если вы читали что-либо о схеме нестабильного мультивибратора, вы уже об этом знаете. Как вы можете видеть, немного изменив схему нестабильного мультивибратора или просто установив диод, мы преобразовали нестабильную схему в моностабильную. И, как вы можете видеть на изображении выше, диод подключен параллельно конденсатору, и сигнал запуска подается в том узле, где соединяются R1 и R2. Итак, давайте разберемся с принципом работы этой схемы.


Предположим, что выход находится в состоянии положительного напряжения насыщения или выход операционного усилителя положительный, тогда напряжение в узле A будет (R2 / (R1 + R2)) * Vsat, и всякий раз, когда выход находится при положительном напряжении насыщения, диод D1 станет смещенным в прямом направлении, и напряжение на конденсаторе C1 будет прямым падением напряжения на диоде. Таким образом, в инвертирующем узле напряжение будет равно прямому падению напряжения на диоде. Для этого сценария, поскольку выходное напряжение больше, чем у инвертирующего узла, на выходе операционного усилителя будет положительное напряжение насыщения.


Теперь мы подадим запускающий импульс в узел A, и всякий раз, когда будет подан этот отрицательный сигнал запуска, выход в неинвертирующем узле будет меньше, чем напряжение в инвертирующем узле. И выход операционного усилителя переключится с положительного напряжения насыщения на отрицательное напряжение насыщения. И схема перейдет в квазиустойчивое состояние. Теперь напряжение на неинвертирующем узле будет равно -XVsat. Поскольку выходное напряжение равно отрицательному напряжению насыщения, диод станет смещенным в обратном направлении, и конденсатор начнет заряжаться в сторону отрицательного напряжения насыщения. Теперь всякий раз, когда напряжение на инвертирующем узле опускается ниже напряжения -XVsat, тогда выход операционного усилителя снова станет положительным напряжением насыщения, потому что в это время неинвертирующий узел будет немного меньше по потенциалу, чем инвертирующий узел. Таким образом, выход переключится с отрицательного напряжения насыщения на положительное напряжение насыщения. И в течение этого времени T только выход будет оставаться в квазистабильном состоянии, как только выход достигнет положительного напряжения насыщения, диод станет смещенным в прямом направлении, и этот цикл будет продолжаться. Таков основной принцип работы моностабильного мультивибратора. Теперь, когда мы поняли принцип работы, мы можем перейти к вычислению длительности импульса.


В этой схеме также период «T» определяется значениями резистора R3, конденсатора C1 и номиналами резисторов обратной связи, и для данной схемы период времени может быть рассчитан следующим образом: T = RC * logn (1 + (R2 / R1)). Используя эту формулу, создадим моностабильный мультивибратор с периодом времени 100 мс. Для простоты мы будем использовать два резистора 10 кОм для R1 и R2. Таким образом выражение становится: T = RC * logn (1 + 1) и T = RC * logn (2). Если бы мы поместили эти значения в калькулятор и вычислили значения, оно станет 0,693RC, а для конденсатора мы брать емкость 10 мкФ: T = 0.693 RC, C = 10 мкФ, R = 15 кОм. Теперь, когда мы закончили расчеты, можно переходить к построению и тестированию схемы.


Вообще следует сказать, что моностабильный мультивибратор является очень важной схемой и даже сегодня используется практически во многих конструкциях. Чаще всего моностабильный мультивибратор применяется в схемах задержки и синхронизации. Кроме того, его также можно найти в схемах триггеров, импульсных корректорах и даже в схемах памяти.


Поскольку это очень простая схема моностабильного мультивибратора, требования к компонентам для этого проекта очень просты, и вы можете приобрести их в своем местном магазине электроники. Полная принципиальная схема моностабильного мультивибратора на базе ОУ со значениями приведена далее.


Как спроектировать и собрать простую схему одноивибратора на основе операционного усилителя

Как видите, мы использовали LM358 для создания этой схемы, но вы также можете создать моностабильный мультивибратор, используя IC741, оба варианта иметь одинаковую схему и должны работать одинаково.


Как спроектировать и собрать простую схему одноивибратора на основе операционного усилителя

Установка тестирования моностабильного мультивибратора на базе ОУ показана выше, как вы можете видеть, мы использовали трансформатор с четырьмя диодами и двумя конденсаторами для создания источника питания двойной полярности, и мы использовали три резистора 10 кОм, один резистор 4,7 кОм, один конденсатор емкостью 10 мкФ и кнопку. Четкое изображение физической реализации схемы показано далее.


Как спроектировать и собрать простую схему одноивибратора на основе операционного усилителя

После подачи питания можно измерить время выходного импульса, и, как вы можете видеть на следующем изображении, оно составило около 180 мс при текущих номиналах выбранного резистора и конденсатора.


Как спроектировать и собрать простую схему одноивибратора на основе операционного усилителя



© digitrode.ru


Теги: мультивибратор, операционный усилитель




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий