使用運(yùn)放的穩(wěn)態(tài)多振電路

多諧振蕩器電路是一種非常流行和有用的電路在電子領(lǐng)域，它是最基本的電路，你會(huì)知道在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)電子學(xué)。多振子電路可分為兩類，第一類稱為單穩(wěn)定多振子，第二類稱為不穩(wěn)定多振子。但在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將討論不穩(wěn)定多諧子，有時(shí)也被稱為自由運(yùn)行多諧子。

根據(jù)定義，不穩(wěn)定多振子電路是沒有穩(wěn)定狀態(tài)的電路。這意味著一旦通電，它就會(huì)啟動(dòng)，并繼續(xù)在高、低狀態(tài)之間振蕩，直到斷電。當(dāng)涉及到制作這樣一個(gè)不穩(wěn)定的多振子時(shí)，最常見的方法是使用555定時(shí)器IC。在我們之前的一個(gè)項(xiàng)目中，我們使用555定時(shí)器IC制作了一個(gè)不穩(wěn)定的多振子電路，如果您正在尋找類似的東西，您可以檢查一下。但是在涉及復(fù)雜電路的生產(chǎn)環(huán)境中，放置更多的IC只會(huì)增加BOM成本。一個(gè)更簡(jiǎn)單的解決方案是使用運(yùn)算放大器來產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的信號(hào)。該電路可用于要求簡(jiǎn)單方波信號(hào)的各種應(yīng)用中。

因此，在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將使用運(yùn)算放大器構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，我們將查看所有必要的計(jì)算以找出周期，因此我們可以計(jì)算電路的頻率和占空比。我們還介紹了基本的運(yùn)算放大器電路，如求和放大器，差分放大器，儀表放大器，電壓跟隨器，運(yùn)算放大器積分器等。

這個(gè)帶運(yùn)放的穩(wěn)定多諧振蕩器是如何工作的?

這個(gè)問題的答案很簡(jiǎn)單，但要理解它，你需要首先了解一個(gè)電路，它被稱為施密特觸發(fā)電路，施密特觸發(fā)的簡(jiǎn)化電路如下所示。

施密特觸發(fā)電路：

上面的原理圖顯示了一個(gè)帶正反饋的運(yùn)算放大器電路，當(dāng)一個(gè)運(yùn)算放大器配置有正反饋時(shí)，它通常被稱為施密特觸發(fā)器。但是為了簡(jiǎn)單起見，讓我們來理解一下施密特觸發(fā)電路。

該電路使用分壓器在輸出電壓中使用一個(gè)器件，并將其饋送到非反相終端。但由于正反饋，輸出將不斷增長(zhǎng)，直到達(dá)到飽和。

現(xiàn)在，讓我們考慮施密特觸發(fā)器的輸出電壓等于正飽和電壓，定義為+Vsat，這個(gè)電壓的分?jǐn)?shù)給到非反相端子。

也就是+Vsat x (R2/(R1+R2))現(xiàn)在如果我們把這個(gè)方程看成X，最后的方程就變成了xsat。其中X是反饋電壓，我們從分壓器得到?，F(xiàn)在，當(dāng)輸入電壓Vin小于xsat時(shí)，輸出將處于正飽和電壓。因?yàn)檫\(yùn)算放大器的輸出可以用開環(huán)增益乘以兩端電壓差來表示。也就是AoL(VCC+ - VCC-)現(xiàn)在，當(dāng)反相端的電壓大于xsat時(shí)，輸出將在負(fù)飽和電壓下飽和。如果你把這些數(shù)字代入上面的方程，你就能算出來。

為了更好地理解，如果我們看一下施密特觸發(fā)電路的傳遞函數(shù)，它看起來像下圖所示。

這里，上閾值電壓表示為VUT，下閾值電壓表示為VLT?？梢钥吹?，當(dāng)輸入電壓大于上閾值電壓時(shí)，輸出將從正飽和電壓切換到負(fù)飽和電壓。當(dāng)輸入小于下閾值電壓時(shí)，輸出將從負(fù)飽和電壓切換到正飽和電壓。這是施密特觸發(fā)電路的基本工作原理。

在上述所有場(chǎng)景中，我們都提供了所有的外部信號(hào)。如果我們?cè)陔娙萜骱碗娮杵鞯膸椭聻檩斎胩峁┓答?，那么我們可以使用施密特觸發(fā)電路作為一個(gè)不穩(wěn)定的多諧振蕩器。你可以在下面看到這個(gè)運(yùn)放穩(wěn)態(tài)多振器電路的原理圖。

運(yùn)放穩(wěn)定多諧振蕩器的工作原理

現(xiàn)在，我們假設(shè)電路的輸出處于正飽和電壓，因?yàn)槲覀冇幸粋€(gè)電阻R3作為反饋，電流將開始流過電阻R3，電容器將開始緩慢充電。正如您在上圖中看到的那樣，它用黑色虛線表示。當(dāng)電容器充電達(dá)到上閾值電壓時(shí)，輸出將從正飽和電壓切換到負(fù)飽和電壓。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，電容器將開始向負(fù)飽和電壓放電?，F(xiàn)在，當(dāng)非反相端電壓略高于反相端電壓時(shí)，輸出將再次從負(fù)飽和電壓切換到正飽和電壓。這樣通過充放電過程，該電路可以在輸出端產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)信號(hào)。

在這種電路中，時(shí)間周期取決于電阻器和電容器的值。它還取決于運(yùn)算放大器的上、下閾值電壓。這就是基于運(yùn)放的穩(wěn)態(tài)多振器電路的工作原理。既然我們已經(jīng)了解了基礎(chǔ)知識(shí)，我們可以繼續(xù)進(jìn)行電路的計(jì)算。您也可以查看我們關(guān)于穩(wěn)定多諧振蕩器的自由運(yùn)行頻率的文章來了解更多信息。

基于運(yùn)放的穩(wěn)態(tài)多振電路的計(jì)算

時(shí)間周期或者簡(jiǎn)單地說輸出頻率是由電阻R3的值、電容C1的值和反饋電阻比的值決定的。為簡(jiǎn)單起見，我們計(jì)算電阻和電容的值，占空比為50%。如果上下電壓不同，則占空比可大于或小于50%。我們假設(shè)電路的輸出頻率為1KHz。由于頻率為1KHz，所以時(shí)間周期T為1ms，我們可以很容易地從公式T=1/F中得到。

要計(jì)算時(shí)間段，可以使用下面的公式。

其中R是電阻，C是電容，我們必須使用自然對(duì)數(shù)函數(shù)來計(jì)算其值。為什么我們必須使用自然對(duì)數(shù)函數(shù)，這超出了本文的范圍，因?yàn)槲覀儽仨氉C明上面的公式。

現(xiàn)在，我們將考慮R1 = R2 = 10K, C = 0.1uF的值，我們將找出R3的值。我們知道F = 1KHz。

一旦計(jì)算完成，我們就有了所有的值，現(xiàn)在我們可以繼續(xù)制作實(shí)際的電路并用示波器進(jìn)行測(cè)試。

構(gòu)建基于運(yùn)放的穩(wěn)定多振器電路所需的組件

因?yàn)檫@是一個(gè)簡(jiǎn)單的穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，這個(gè)項(xiàng)目的組件要求非常簡(jiǎn)單，你可以從你當(dāng)?shù)氐膼酆蒙痰甑玫侥切?。組件列表如下所示。

?LM358運(yùn)算放大器IC - 1

?10K電阻- 2

?4.7K電阻- 1

?0.1uF電容器- 2

?1N4007二極管- 4

?1000uF， 25V電容器- 2個(gè)

?4.5V - 0 - 4.5V變壓器- 1

?交流線纜- 1

?面包板- 1

?連接電線

運(yùn)算放大器多振子電路--原理圖

下面給出了基于運(yùn)放的穩(wěn)態(tài)多振器電路的電路圖。

運(yùn)放穩(wěn)態(tài)多振電路的測(cè)試

上面顯示了基于運(yùn)算放大器的多振子電路的測(cè)試設(shè)置。正如您所看到的，我們使用了帶有四個(gè)二極管和兩個(gè)電容器的變壓器來產(chǎn)生雙極性電源，并且我們使用了兩個(gè)10K電阻，一個(gè)4.7K電阻和一個(gè)0.1uF電容器來構(gòu)建LM358運(yùn)算放大器周圍的電路。電路的清晰圖像如下所示。

電路完成后，我拿出漢tek示波器測(cè)量頻率，在920Hz左右。它有點(diǎn)偏離，但那是由于電阻和電容的值。這樣，我們就結(jié)束了這個(gè)項(xiàng)目。輸出的快照如下所示。

本文編譯自circuitdigest