Schmitt-trigger Comparator en oscillator | Astabiele en bistabiele multivibrator | Belangrijke analyse

In dit artikel zullen we de Schmitt-trigger-comparator- en oscillator-schakelingen met verschillende gerelateerde parameters in detail bestuderen. Zoals we tot nu toe hebben gezien, wordt een op-amp gebruikt in verschillende toepassingsgebieden en omdat het zo'n veelzijdig apparaat is, is het belang ervan als onderdeel van analoge circuits enorm. Een van de handigste toepassingen van de op-amp is als een multivibratorcircuit. We zullen in detail bestuderen over typen en werking van multivibratorcircuits die zijn geconstrueerd met behulp van op-amps (op-amp multivibrators) en andere passieve apparaten zoals condensatoren, diodes, weerstanden enz.

Inhoud

  • Introductie van multivibrators
  • Gebruik van positieve feedback in multivibrator
  • Wat is een Schmitt-trigger?
  • Schmitt-triggercomparator met gesloten lus of bistabiele multivibrator
  • Spanningsoverdrachtkenmerken van bistabiele multivibrator
  • Stabiele multivibrator of Schmitt-trigger-oscillator
  • Inschakelduur van de oscillator

Introductie van Multivibrator- en Schmitt-triggercircuits

Multivibratorcircuits zijn sequentiële logische circuits en er zijn veel soorten, afhankelijk van hoe ze zijn gemaakt. Sommige multivibrators kunnen worden gemaakt met behulp van transistors en logische poorten, terwijl er zelfs speciale chips beschikbaar zijn als multivibrators, zoals de NE555-timer. Het op-amp multivibratorcircuit heeft een paar voordelen ten opzichte van andere multivibratorcircuits, omdat ze veel minder componenten nodig hebben voor hun werking, minder voorspanning en betere symmetrische rechthoekige golfsignalen produceren met relatief minder componenten.

Soorten multivibrators

Er zijn hoofdzakelijk drie soorten multivibratorcircuits aanwezig:

  1. Astabiele multivibrator,
  2. monostabiele multivibrator
  3. Bistabiele multivibrator.

De monostabiele multivibrator heeft een enkele stabiele toestand, terwijl het aantal stabiele toestanden dat een bistabiele multivibrator heeft 2 is.

Zoals we in de vorige sectie hebben geleerd over op-amp als een comparator, kan de comparator in de open-lusconfiguratie op een ongecontroleerde manier schakelen tussen de positieve verzadiging voedingsrailspanning en negatieve verzadiging voedingsrailspanning wanneer een ingangsspanning nabij is aan die van de referentiespanning wordt toegepast. Om controle te hebben over dit oncontroleerbare schakelen tussen de twee toestanden, wordt de op-amp gebruikt in een feedbackconfiguratie (gesloten circuit) die vooral bekend staat als een gesloten Schmitt-triggercircuit of bistabiele multivibrator.

Positief feedbackgebruik bij multivibrator- en hysterese-effect

Tot nu toe hebben we in de vorige secties geleerd over de negatieve feedbackconfiguratie in op-amps. Er is ook een ander type feedbackconfiguratie bekend als positieve feedback, die ook wordt gebruikt voor specifieke toepassingen. In een positieve feedbackconfiguratie wordt de uitgangsspanning teruggekoppeld (aangesloten) naar de niet-inverterende (positieve) ingangsklem, in tegenstelling tot de negatieve feedback, waar de uitgangsspanning was aangesloten op de inverterende (negatieve) ingangsklem.

Een op-amp die in een positieve terugkoppelingsconfiguratie wordt gebruikt, heeft de neiging om in die specifieke uitgangstoestand te blijven waarin hij aanwezig is, dwz ofwel de verzadigde positieve of verzadigde negatieve toestand. Technisch gezien staat dit vergrendelingsgedrag in een van de twee toestanden bekend als hysterese.

Als het toegepaste ingangssignaal in de comparator uit enkele extra harmonischen of pieken (ruis) bestaat, kan de uitgang van de comparator onverwacht en ongecontroleerd naar de twee verzadigde toestanden schakelen. In dit geval krijgen we geen regelmatige symmetrische blokgolfuitvoer van de toegepaste sinusoïdale ingangsgolfvorm.

Maar als we wat positieve feedback toevoegen aan het ingangssignaal van de comparator, dwz de comparator gebruiken in een configuratie met positieve feedback; we zullen een vergrendelingsgedrag in de toestanden introduceren, wat we technisch hysterese noemen in de uitvoer. Tot en tenzij er een grote verandering is in de grootte van het AC (sinusvormige) ingangssignaal, zal het hysterese-effect ervoor zorgen dat de uitgang van het circuit in zijn huidige toestand blijft.

Wat is een Schmitt-trigger?

Het Schmitt trigger of bistabiele multivibrator werkt in een positieve feedbackconfiguratie met een lusversterking groter dan één om te presteren als een bistabiele modus. Spanning V.+ kan zijn.

Schmitt-trigger Comparator en oscillator | Astabiele en bistabiele multivibrator | Belangrijke analyse
Schmitt-trigger-comparator
Schmitt-trigger-comparator of bistabiele multivibrator
Schmitt-trigger Comparator en oscillator | Astabiele en bistabiele multivibrator | Belangrijke analyse
De spanningsoverdrachtkenmerken van Schmitt-trigger-comparator

De bovenstaande afbeelding vertegenwoordigt de uitgangsspanning versus de ingangsspanningcurve (ook bekend als de spanningsoverdrachtkarakteristieken), en toont met name het hysterese-effect. De overdrachtskarakteristiek heeft twee specifieke gebieden: de curve naarmate de ingangsspanning toeneemt en het deel van de curve waarin de ingangsspanning afneemt. De spanning V+ heeft geen constante waarde, maar is een functie van de uitgangsspanning V0.

Spanningsoverdracht kenmerken

In de spanningsoverdrachtskarakteristieken, V= VH, of in hoge staat. Dan,

Schmitt-trigger Comparator en oscillator | Astabiele en bistabiele multivibrator | Belangrijke analyse

Hogere cross-overspanning V.TH

Als het signaal kleiner is dan dat van V+, blijft de output in zijn hoge staat. De cross-overspanning VTH treedt op wanneer V= V+ en uitgedrukt als volgt:

Schmitt-trigger Comparator en oscillator | Astabiele en bistabiele multivibrator | Belangrijke analyse

Toen Vi > VTHis de spanning op de inverterende aansluiting hoger dan op de niet-inverterende aansluiting. Spanning V.+ dan blijken te zijn

Schmitt-trigger Comparator en oscillator | Astabiele en bistabiele multivibrator | Belangrijke analyse

Lagere Cross-overspanning V.TL

Aangezien V<VH de ingangsspanning Vi is nog steeds meer dan V+, en de output rust in zijn lage staat als Vi blijven toenemen; Als Vi afneemt, zolang de ingangsspanning Vi is groter dan V+, blijft de output in verzadigingstoestand. De cross-overspanning treedt hier en nu op als V= V+ en deze VTL uitgedrukt als

Schmitt-trigger Comparator en oscillator | Astabiele en bistabiele multivibrator | Belangrijke analyse

Zoals Vi blijft afnemen, het blijft kleiner dan V+; daarom V0 blijft in zijn hoge staat. We kunnen deze overdrachtskarakteristiek waarnemen in de bovenstaande figuur. Een hysterese-effect wordt weergegeven in het diagram van de netto-overdrachtskarakteristiek.

Wat is een Schmitt-trigger-oscillator?

Stabiele multivibrator of Schmitt-trigger-oscillator

Een stabiele multivibrator wordt bereikt door een RC-netwerk te bevestigen aan het Schmitt-triggercircuit in -ve-feedback. Terwijl we door de sectie gaan, zullen we zien dat het circuit geen stabiele toestanden heeft en daarom ook bekend staat als het astabiele multivibratorcircuit.

Schmitt-trigger Comparator en oscillator | Astabiele en bistabiele multivibrator | Belangrijke analyse
Stabiel multivibratorcircuit of Schmitt-triggeroscillator

Zoals opgemerkt in de figuur, is een RC-netwerk ingesteld in het negatieve feedbackpad en is de inverterende ingangsklem via de condensator met de aarde verbonden, terwijl de niet-inverterende aansluiting is verbonden met de kruising tussen de weerstanden R1 en R2 zoals weergegeven in de afbeelding.

In eerste instantie was R1 en R2 is gelijk aan R, en neem aan dat de uitgang symmetrisch ongeveer nul volt schakelt, waarbij de hoge verzadigde uitgang wordt weergegeven door V= VP en lage verzadigde output aangegeven door V= -VP. Als Vis laag, of V= -VP, dan V+ = - (1/2) V.P.

Toen Vx daalt net iets onder V+, schakelt de uitgang naar hoog zodat V= + VP en V= + (1/2) VP. De vergelijking voor de spanning over de condensator in een RC-netwerk kan worden uitgedrukt als:

Schmitt-trigger Comparator en oscillator | Astabiele en bistabiele multivibrator | Belangrijke analyse

Waar τx is de tijdconstante die kan worden gedefinieerd alsτx= RxCx. De spanning Vx stijgt naar een uiteindelijke spanning VP op een exponentiële manier met betrekking tot de tijd. Echter, wanneer Vx blijken iets groter te zijn dan V= + (1/2) VP, verschuift de output naar zijn lage staat van V0 = -VP en Vx = - (1/2) V.P. De RxCx netwerk wordt geactiveerd door een negatieve scherpe overgang van de spanningen, en dus de condensator Cx beginnen met ontladen, en de spanning Vx afnemend naar waarde van –VP. We kunnen daarom V uitdrukkenas

Schmitt-trigger Comparator en oscillator | Astabiele en bistabiele multivibrator | Belangrijke analyse

Waar t1 verwijst naar het tijdstip waarop de uitgang van het circuit naar zijn lage toestand overschakelt. De condensator ontlaadt exponentieel V+ = - (1/2) V.P, schuift de output weer naar hoog. Het proces herhaalt zich continu in de tijd, wat betekent dat een rechthoekig uitgangssignaal wordt geproduceerd door de oscillaties van dit positieve feedbackcircuit. De onderstaande afbeelding toont de uitgangsspanning V0 en de condensatorspanning Vx met betrekking tot tijd.

Schmitt-trigger Comparator en oscillator | Astabiele en bistabiele multivibrator | Belangrijke analyse
De Schmitt Trigger Oscillator: plot van uitgangsspanning en condensatorspanning in verhouding tot de tijd

Tijd t1 kan worden gevonden door t = t te vervangen1 en Vx = VP/ 2 in de algemene vergelijking voor de spanning over de condensator.

Schmitt-trigger Comparator en oscillator | Astabiele en bistabiele multivibrator | Belangrijke analyse

Uit de bovenstaande vergelijking wanneer we oplossen voor t1, we krijgen

Schmitt-trigger Comparator en oscillator | Astabiele en bistabiele multivibrator | Belangrijke analyse

Voor tijd t2 (zoals waargenomen in de bovenstaande figuur), benaderen we op een vergelijkbare manier, en uit een vergelijkbare analyse met behulp van de bovenstaande vergelijking, is het duidelijk dat het verschil tussen t2 en t1 is ook 1.1RxCx. Hieruit kunnen we afleiden dat de oscillatietijd T kan worden gedefinieerd als T = 2.2 RxCx

En de frequentie kan dus worden uitgedrukt als  

 Schmitt-trigger Comparator en oscillator | Astabiele en bistabiele multivibrator | Belangrijke analyse

Inschakelduur van oscillator

Het percentage van de tijd dat de uitgangsspanning (V.0) van de multi-vibrator in zijn hoge staat is, wordt in het bijzonder de duty-cycle van de oscillator genoemd.

De werkcyclus van de oscillator is           

Schmitt-trigger Comparator en oscillator | Astabiele en bistabiele multivibrator | Belangrijke analyse

Zoals waargenomen in de afbeelding, waarbij de uitgangsspanning en de condensatorspanning als functie van de tijd worden weergegeven, is de inschakelduur 50%.

Voor meer elektronica gerelateerd artikel Klik hier

Over Amrit Shaw

Schmitt-trigger Comparator en oscillator | Astabiele en bistabiele multivibrator | Belangrijke analyseMaak verbinding met onze ex-auteur: LinkedIn(https://www.linkedin.com/in/amrit-shaw/)

en English
X