Astabiler und bistabiler Multivibrator: 7 Fakten, die Sie kennen sollten

In diesem Artikel werden wir die Schmitt-Trigger-Komparator- und Oszillatorschaltung mit verschiedenen verwandten Parametern im Detail untersuchen. Wie wir bisher gesehen haben, wird ein Operationsverstärker in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt, und da er ein so vielseitiges Gerät ist, ist seine Bedeutung als Teil analoger Schaltungen immens. Eine der bequemsten Anwendungen des Operationsverstärkers ist die als Multivibratorschaltung. Wir studieren in Details zu Typen und Funktionsweise von Multivibratorschaltungen konstruiert unter Verwendung von Operationsverstärkern (Operationsverstärker-Multivibratoren) und anderen passiven Geräten wie Kondensatoren, Dioden, Widerständen usw.

Inhalte

• Einführung von Multivibratoren
• Positive Rückkopplungsnutzung im Multivibrator
• Was ist Schmitt-Trigger?
• Schmitt-Triggerkomparator mit geschlossenem Regelkreis oder bistabiler Multivibrator
• Spannungsübertragungseigenschaften des bistabilen Multivibrators
• Astabiler Multivibrator oder Schmitt-Triggeroszillator
• Arbeitszyklus des Oszillators

Einführung der Multivibrator- und Schmitt-Triggerschaltung

Multivibratorschaltungen sind sequentielle Logik Schaltungen und sind von vielen Arten, je nachdem, wie sie erstellt werden. Einige Multivibratoren können mit hergestellt werden Transistoren und Logikgatter, während es sogar dedizierte Chips als Multivibratoren wie den NE555-Timer gibt. Die Operationsverstärker-Multivibratorschaltung hat einige Vorteile gegenüber anderen Multivibratorschaltungen, da sie viel weniger Komponenten für ihre Arbeit und weniger Vorspannung benötigen und mit vergleichsweise weniger Komponenten bessere symmetrische Rechteckwellensignale erzeugen.

Arten von Multivibratoren

Es gibt hauptsächlich drei Arten von Multivibratorschaltungen:

1. Astabiler Multivibrator,
2. Monostable Multivibrator
3. Bistabiler Multivibrator.

Der monostabile Multivibrator hat einen einzelnen stabilen Zustand, während die Anzahl der stabilen Zustände eines bistabilen Multivibrators 2 beträgt.

Wie wir im vorherigen Abschnitt über den Operationsverstärker als Komparator erfahren haben, kann der Komparator in der Konfiguration mit offenem Regelkreis außer Kontrolle zwischen der positiven Sättigungsversorgungsschienenspannung und der negativen Sättigungsversorgungsschienenspannung umschalten, wenn sich eine Eingangsspannung nähert an die der Referenzspannung angelegt wird. Um dieses unkontrollierbare Umschalten zwischen den beiden Zuständen zu steuern, wird der Operationsverstärker in einer Rückkopplungskonfiguration (Schaltung mit geschlossenem Regelkreis) verwendet, die insbesondere als Schmitt-Triggerschaltung mit geschlossenem Regelkreis oder bistabiler Multivibrator bekannt ist.

Positive Rückkopplungsnutzung im Multivibrator- und Hystereseeffekt

Bisher haben wir in den vorherigen Abschnitten etwas über die Konfiguration der negativen Rückkopplung in Operationsverstärkern gelernt. Es gibt auch eine andere Art der Rückkopplungskonfiguration, die als positive Rückkopplung bekannt ist und auch für bestimmte Anwendungen verwendet wird. In der Konfiguration mit positiver Rückkopplung wird die Ausgangsspannung im Gegensatz zur negativen Rückkopplung, bei der die Ausgangsspannung an den invertierenden (negativen) Eingangsanschluss angeschlossen wurde, zum nicht invertierenden (positiven) Eingangsanschluss zurückgeführt (angeschlossen).

Ein Operationsverstärker, der in einer positiven Rückkopplungskonfiguration betrieben wird, neigt dazu, in dem bestimmten Ausgangszustand zu bleiben, in dem er vorhanden ist, dh entweder im gesättigten positiven oder im gesättigten negativen Zustand. Technisch ist dieses Verriegelungsverhalten in einem der beiden Zustände als Hysterese bekannt.

Wenn das im Komparator angelegte Eingangssignal aus einigen zusätzlichen Harmonischen oder Spitzen (Rauschen) besteht, kann der Ausgang des Komparators unerwartet und unkontrolliert in die beiden gesättigten Zustände wechseln. In diesem Fall erhalten wir keinen regulären symmetrischen Rechteckwellenausgang der angelegten sinusförmigen Eingangswellenform.

Aber wenn wir dem Komparator-Eingangssignal etwas positives Feedback hinzufügen, dh den Komparator in einer positiven Feedback-Konfiguration verwenden; Wir werden ein Halteverhalten in den Zuständen einführen, was wir technisch als bezeichnen Hysterese in die Ausgabe. Solange sich die Größe des (sinusförmigen) Eingangs-Wechselspannungssignals nicht wesentlich ändert, sorgt der Hystereseeffekt weiterhin dafür, dass der Ausgang der Schaltung in seinem aktuellen Zustand verbleibt.

Was ist Schmitt-Trigger?

Das Schmitt-Trigger oder ein bistabiler Multivibrator arbeitet in einer Konfiguration mit positiver Rückkopplung mit einer Schleifenverstärkung von mehr als Eins, um als bistabiler Modus zu arbeiten. Spannung V.₊ kann sein.

Die obige Abbildung zeigt die Ausgangsspannung gegenüber der Eingangsspannungskurve (die auch als Spannungsübertragungseigenschaften bezeichnet wird) und zeigt insbesondere den Hystereseeffekt. Die Übertragungskennlinie hat zwei spezifische Bereiche, die Kurve mit zunehmender Eingangsspannung und den Teil der Kurve, in dem die Eingangsspannung abnimmt. Die Spannung V.₊ hat keinen konstanten Wert, sondern ist eine Funktion der Ausgangsspannung V.₀.

Spannungsübertragungseigenschaften

In den Spannungsübertragungseigenschaften ist V._o = V_Hoder in hohem Zustand. Dann,

Höhere Überkreuzspannung V._TH

Wenn das Signal kleiner als das von V ist₊bleibt der Ausgang in seinem hohen Zustand. Die Überkreuzspannung V._TH tritt auf, wenn V._i = V₊ und wie folgt ausgedrückt:

Wenn V._i > V._THist die Spannung an der invertierenden Klemme größer als an der nicht invertierenden Klemme. Spannung V.₊ dann entpuppen sich zu sein

Niedrigere Überkreuzspannung V._TL

Da V._L <V_H die Eingangsspannung V._i ist immer noch mehr als V.₊und der Ausgang ruht in seinem niedrigen Zustand als V._i weiter zu erhöhen; Wenn V._i nimmt ab, solange die Eingangsspannung V beträgt_i ist größer als V.₊bleibt der Ausgang im Sättigungszustand. Die Überkreuzspannung tritt hier und jetzt auf, wenn V._i = V₊ und dieser V._TL ausgedrückt als

Als V._i nimmt weiter ab, es bleibt kleiner als V.₊;; daher V.₀ bleibt in seinem hohen Zustand. Wir können diese Übertragungscharakteristik in der obigen Abbildung beobachten. Ein Hystereseeffekt ist im Netzübertragungskennfeld dargestellt.

Was ist ein Schmitt-Triggeroszillator?

Astabiler Multivibrator oder Schmitt-Triggeroszillator

Astabiler Multivibrator durch Fixieren eines RC-Netzwerks an der Schmitt-Triggerschaltung in –ve Rückkopplung. Wenn wir den Abschnitt durcharbeiten, werden wir sehen, dass die Schaltung keine stabilen Zustände aufweist und daher auch als astabile Multivibratorschaltung bekannt ist.

Wie in der Figur zu sehen ist, wird ein RC-Netzwerk in den negativen Rückkopplungspfad eingestellt, und der invertierende Eingangsanschluss ist über den Kondensator mit Masse verbunden, während der nicht invertierende Anschluss mit dem Übergang zwischen den Widerständen R verbunden ist₁ und R₂ wie in der Abbildung gezeigt.

Zuerst R.₁ und R₂ ist gleich R und nimmt an, dass der Ausgang symmetrisch um Null Volt schaltet, wobei der hoch gesättigte Ausgang durch V dargestellt wird_H = V_P und niedriger gesättigter Ausgang, angezeigt durch V._L = -V_P. Wenn V.₀ ist niedrig oder V.₀ = -V_P, dann V.₊ = - (1/2) V._P.

Wenn V._x fällt knapp unter V ab₊schaltet der Ausgang auf hoch, so dass V.₀ = + V._P und V₊ = + (1/2) V._P. Die Gleichung für die Spannung über dem Kondensator in einem RC-Netzwerk kann ausgedrückt werden als:

Wo  τ_x ist die Zeitkonstante, die als τ definiert werden kann_x= R_xC_x. Die Spannung V._x steigt in Richtung einer Endspannung V an_P in exponentieller Weise in Bezug auf die Zeit. Wenn jedoch V._x sich als etwas größer als V herausstellen₊ = + (1/2) V._Pverschiebt sich der Ausgang in seinen niedrigen Zustand von V.₀ = -V_P und V_x = - (1/2) V._P. Die R._xC_x Das Netzwerk wird durch einen negativen scharfen Übergang der Spannungen und damit des Kondensators C ausgelöst_x Starten Sie die Entladung, und die Spannung V._x abnehmend in Richtung Wert von –V_P. Wir können daher V ausdrücken_x as

Wobei sich t1 auf den Zeitpunkt bezieht, an dem die Ausgabe der Schaltung erfolgt schaltet auf sein Tief Zustand. Der Kondensator entlädt sich exponentiell V₊ = - (1/2) V._Pverschiebt sich der Ausgang wieder auf hoch. Der Vorgang wiederholt sich kontinuierlich über die Zeit, was bedeutet, dass durch die Schwingungen dieser positiven Rückkopplungsschaltung ein Rechteckwellen-Ausgangssignal erzeugt wird. Die folgende Abbildung zeigt die Ausgangsspannung V.₀ und die Kondensatorspannung V._x in Bezug auf die Zeit.

Zeit t₁ kann durch Ersetzen von t = t gefunden werden₁ und V_x = V_P/ 2 in der allgemeinen Gleichung für die Spannung am Kondensator.

Aus der obigen Gleichung, wenn wir nach t lösen₁, wir bekommen

Für die Zeit t₂ (wie in der obigen Abbildung beobachtet) nähern wir uns auf ähnliche Weise, und aus einer ähnlichen Analyse unter Verwendung der obigen Gleichung ist ersichtlich, dass der Unterschied zwischen t₂ und T₁ ist auch 1.1R_xC_x. Daraus können wir schließen, dass die Zeitdauer der Schwingung T als T = 2.2 R definiert werden kann_xC_x

Und die Frequenz kann somit ausgedrückt werden als  

Arbeitszyklus des Oszillators

Der Prozentsatz der Zeit der Ausgangsspannung (V.₀) des Multivibrators in seinem hohen Zustand wird insbesondere als Tastverhältnis des Oszillators bezeichnet.

Das Tastverhältnis des Oszillators beträgt           

Wie in der Figur zu sehen ist, beträgt das Tastverhältnis 50%, wobei die Ausgangsspannung und die Kondensatorspannung gegen die Zeit dargestellt werden.

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