วงจรมัลติไวเบรเตอร์ Astable โดยใช้ op

วงจรมัลติไวเบรเตอร์เป็นวงจรที่ได้รับความนิยมและมีประโยชน์อย่างมากในด้านอิเล็กทรอนิกส์และเป็นวงจรพื้นฐานที่สุดที่คุณจะรู้จักในขณะที่เรียนรู้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นพื้นฐาน วงจรมัลติไวเบรเตอร์สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทประเภทแรกเรียกว่าโมโนสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์และวงจรที่สองเรียกว่าแอสเทเบิ้ลมัลติไวเบรเตอร์ แต่ในโครงการนี้เราจะพูดคุยเกี่ยวกับ multivibrator astable บางครั้งยังเป็นที่รู้จักเวอร์ multivibrator ทำงาน

ตามความหมายวงจร Astable multivibrator คือวงจรที่ไม่มีสถานะเสถียร หมายความว่าเมื่อเปิดเครื่องแล้วเครื่องจะสตาร์ทและยังคงแกว่งไปมาระหว่างสถานะสูงและต่ำจนกว่าเครื่องจะดับ เมื่อพูดถึงการสร้าง Astable multivibrator วิธีทั่วไปคือการใช้ 555 Timer IC ในโครงการก่อนหน้านี้เราได้สร้าง Astable Multivibrator Circuit โดยใช้ 555 Timer IC คุณสามารถตรวจสอบได้ว่าคุณกำลังมองหาสิ่งที่ต้องการหรือไม่ แต่ในสภาพแวดล้อมการผลิตในขณะที่มีวงจรที่ซับซ้อนเกี่ยวข้องการใส่ IC มากขึ้นก็จะเพิ่มต้นทุน BOM วิธีแก้ปัญหาที่ง่ายกว่านั้นคือการใช้ Op-amp เพื่อสร้างสัญญาณ Astable วงจรนี้สามารถใช้งานได้หลากหลายซึ่งต้องการสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมธรรมดา

ดังนั้นในโครงการนี้เราจะสร้างAstable Multivibratorอย่างง่ายโดยใช้ Op-ampและเราจะดูการคำนวณที่จำเป็นทั้งหมดเพื่อหาระยะเวลาดังนั้นเราจึงสามารถคำนวณความถี่และรอบการทำงานของวงจรได้ นอกจากนี้เรายังครอบคลุมวงจร op-amp พื้นฐานเช่น Summing Amplifier, Differential Amplifier, Instrumentation Amplifier, Voltage Follower, Op-Amp Integrator เป็นต้น

Astable Multivibrator พร้อม Op-amp ทำงานอย่างไร

คำตอบสำหรับคำถามนี้ง่ายมาก แต่เพื่อให้เข้าใจสิ่งนี้ก่อนอื่นคุณต้องเข้าใจวงจรที่เรียกว่าวงจรชมิตทริกเกอร์วงจรที่เรียบง่ายของทริกเกอร์ Schmitt แสดงไว้ด้านล่าง

วงจร Schmitt Trigger:

ดังกล่าวข้างต้นแสดงให้เห็นว่าวงจรวงจร Op แอมป์ที่มีความคิดเห็นในเชิงบวกเมื่อสหกรณ์แอมป์มีการกำหนดค่าที่มีความคิดเห็นในเชิงบวกก็เป็นที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นทริกเกอร์มิตแต่เพื่อความง่ายเรามาทำความเข้าใจกับวงจรทริกเกอร์ Schmitt

วงจรนี้ใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเพื่อใช้อุปกรณ์ในแรงดันขาออกและป้อนข้อมูลไปยังขั้วที่ไม่กลับหัว แต่เนื่องจากผลตอบรับเชิงบวกผลผลิตจะเติบโตอย่างต่อเนื่องจนกว่าจะถึงจุดอิ่มตัว

ตอนนี้ให้พิจารณาว่าแรงดันขาออกของทริกเกอร์ Schmitt เท่ากับแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวเชิงบวกที่กำหนดเป็น + Vsat และเศษของแรงดันไฟฟ้านี้จะถูกกำหนดให้กับเทอร์มินัลที่ไม่กลับด้าน

ซึ่งก็คือ + Vsat x (R2 / (R1 + R2)) ตอนนี้ถ้าเราพิจารณาสมการนี้เป็น X สมการสุดท้ายจะกลายเป็น Xvsat โดยที่ X คือแรงดันป้อนกลับเราจะได้รับจากตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า ตอนนี้เมื่อแรงดันไฟฟ้าเข้า Vin น้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ Xvsat เอาต์พุตจะอยู่ที่แรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวเป็นบวก เนื่องจากเอาต์พุตของออปแอมป์สามารถกำหนดเป็นกำไรวงเปิดคูณด้วยผลต่างของแรงดันไฟฟ้าสองขั้ว ซึ่งก็คือ AoL (VCC + - VCC-) ตอนนี้เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วกลับด้านมากกว่า Xvsat เอาต์พุตจะอิ่มตัวที่แรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวเชิงลบ หากคุณใส่ตัวเลขลงในสมการด้านบนคุณจะพบว่า

เพื่อความเข้าใจที่ดียิ่งขึ้นหากเราดูที่ฟังก์ชันการถ่ายโอนของวงจร Schmitt trigger จะมีลักษณะดังภาพที่แสดงด้านล่าง

ที่นี่แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ด้านบนจะแสดงเป็น VUT และแรงดันไฟฟ้าขีดล่างจะแสดงเป็น VLT ดังที่คุณเห็นเมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้ามากกว่าแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ด้านบนเอาต์พุตจะเปลี่ยนจากแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวเชิงบวกเป็นแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวเชิงลบ เมื่อใดก็ตามที่อินพุตมีค่าน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ที่ต่ำกว่าเอาต์พุตจะเปลี่ยนจากแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวเชิงลบเป็นแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวเชิงบวก นี่คือการทำงานพื้นฐานของวงจรทริกเกอร์ Schmitt

ในสถานการณ์ข้างต้นเราได้จัดเตรียมสัญญาณทั้งหมดไว้ภายนอก หากเราให้ข้อมูลย้อนกลับไปยังอินพุตด้วยความช่วยเหลือของตัวเก็บประจุและตัวต้านทานเราสามารถใช้วงจรทริกเกอร์ Schmitt เป็นตัวมัลติไวเบรเตอร์ Astable คุณสามารถดูแผนผังของวงจร Op-amp Astable multivibrator ด้านล่าง

การทำงานของ Astable Multivibrator โดยใช้ Op-amp:

ตอนนี้เราจะสมมติว่าเอาท์พุทของวงจรเป็นแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวเชิงบวกเนื่องจากเราใส่ตัวต้านทาน R3 เป็นข้อเสนอแนะกระแสจะเริ่มไหลผ่านตัวต้านทาน R3 และตัวเก็บประจุจะเริ่มชาร์จอย่างช้าๆ ดังที่คุณเห็นในภาพด้านบนจะแสดงด้วยเส้นประสีดำ เมื่อประจุของตัวเก็บประจุถึงแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์บนเอาต์พุตจะเปลี่ยนจากแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวเชิงบวกเป็นแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวเชิงลบ เมื่อเป็นเช่นนั้นตัวเก็บประจุจะเริ่มคายประจุต่อแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวเชิงลบ ตอนนี้เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วที่ไม่กลับหัวมากกว่าขั้วกลับด้านเล็กน้อยเอาต์พุตจะเปลี่ยนจากแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวเชิงลบเป็นแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวเชิงบวกอีกครั้ง ด้วยวิธีนี้โดยกระบวนการชาร์จและการคายประจุวงจรนี้สามารถสร้างสัญญาณ Astable ที่เอาต์พุต

ในวงจรนี้ระยะเวลาจะขึ้นอยู่กับค่าของตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์บนและล่างของ op-amp นี่คือวิธีการทำงานของวงจร Astable multivibrator แบบ Op-amp ตอนนี้เราเข้าใจพื้นฐานแล้วเราสามารถไปที่การคำนวณของวงจรได้

การคำนวณสำหรับวงจร Astable Multivibrator ที่ใช้ Op-amp

ช่วงเวลาหรือพูดง่ายๆว่าความถี่เอาต์พุตถูกกำหนดโดยค่าของตัวต้านทาน R3 ตัวเก็บประจุ C1 และค่าสำหรับอัตราส่วนตัวต้านทานแบบป้อนกลับ เพื่อความง่ายเรากำลังคำนวณค่าของตัวต้านทานและตัวเก็บประจุด้วยรอบการทำงาน 50% หากแรงดันไฟฟ้าด้านบนและด้านล่างแตกต่างกันรอบการทำงานอาจมากกว่าหรือน้อยกว่า 50% เราจะถือว่าความถี่เอาต์พุตของวงจรคือ 1KHz เนื่องจากความถี่คือ 1KHz ช่วงเวลา T จะเท่ากับ 1ms ซึ่งเราสามารถหาได้ง่ายจากสูตร T = 1 / F

ในการคำนวณช่วงเวลาสามารถใช้สูตรที่แสดงด้านล่าง

T = 2RC * บันทึก ((1 + X) / (1-X))

โดยที่ R คือความต้านทาน C คือความจุและเราต้องใช้ฟังก์ชันลอการิทึมธรรมชาติเพื่อคำนวณค่า เหตุผลที่เราต้องใช้ฟังก์ชันลอการิทึมธรรมชาติอยู่นอกขอบเขตของบทความนี้เพราะเราต้องพิสูจน์สูตรที่แสดงด้านบน

ตอนนี้เราจะพิจารณาค่าสำหรับ R1 = R2 = 10K, C = 0.1uF และเราจะหาค่าสำหรับ R3 เรารู้ว่า F = 1KHz

เมื่อการคำนวณเสร็จสิ้นเรามีค่าทั้งหมดและตอนนี้เราสามารถไปที่การสร้างวงจรจริงและทดสอบด้วยออสซิลโลสโคป

ส่วนประกอบที่จำเป็นในการสร้างวงจร Astable Multivibrator ที่ใช้ Op-amp

เนื่องจากเป็นเครื่องมัลติไวเบรเตอร์ Astable ที่เรียบง่ายข้อกำหนดส่วนประกอบสำหรับโครงการนี้จึงง่ายมากและคุณสามารถหาซื้อได้จากร้านขายอุปกรณ์งานอดิเรกในพื้นที่ของคุณ รายการส่วนประกอบมีให้ด้านล่าง

• LM358 Op-amp IC - 1
• ตัวต้านทาน 10K - 2
• ตัวต้านทาน 4.7K - 1
• ตัวเก็บประจุ 0.1uF - 2
• 1N4007 ไดโอด - 4
• ตัวเก็บประจุ 1000uF, 25V - 2
• 4.5V - 0 - 4.5V หม้อแปลงไฟฟ้า - 1
• สาย AC - 1
• เขียงหั่นขนม - 1
• การเชื่อมต่อสายไฟ

Op-amp Multivibrator Circuit - แผนผัง

แผนภาพวงจรสำหรับAstable Multivibrator Circuit ที่ใช้Op-amp แสดงไว้ด้านล่าง

การทดสอบวงจร Op-amp Astable Multivibrator

การตั้งค่าการทดสอบสำหรับวงจรมัลติไวเบรเตอร์ที่ใช้ Op-amp แสดงไว้ด้านบน อย่างที่คุณเห็นเราใช้หม้อแปลงที่มีไดโอดสี่ตัวและตัวเก็บประจุสองตัวเพื่อผลิตแหล่งจ่ายไฟฟ้าแบบคู่และเราได้ใช้ตัวต้านทาน 10K สองตัวตัวต้านทาน 4.7K หนึ่งตัวและตัวเก็บประจุ 0.1uF เพื่อสร้างวงจรรอบ LM358 Op- แอมป์ ภาพที่ชัดเจนของวงจรแสดงอยู่ด้านล่าง

หลังจากวงจรเสร็จสมบูรณ์ฉันดึงออสซิลโลสโคปของ Hantek ออกมาเพื่อวัดความถี่และมันอยู่ที่ประมาณ 920Hz มันออกไปเล็กน้อย แต่นั่นเป็นเพราะค่าของตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ ด้วยเหตุนี้เราจึงสรุปโครงการ ภาพรวมของผลลัพธ์แสดงอยู่ด้านล่าง

ฉันหวังว่าคุณจะชอบบทความนี้และเรียนรู้สิ่งใหม่ ๆ หากคุณมีคำถามใด ๆ เกี่ยวกับบทความนี้คุณสามารถถามได้ในฟอรัม Electronics ของเรา