- Op-amp가있는이 Astable Multivibrator는 어떻게 작동합니까?
- 연산 증폭기 기반의 불안정한 멀티 바이브레이터 회로 계산
- 연산 증폭기 기반의 불안정한 멀티 바이브레이터 회로를 구축하는 데 필요한 구성 요소
- 연산 증폭기 멀티 바이브레이터 회로-회로도
- 연산 증폭기 불안정 멀티 바이브레이터 회로 테스트
멀티 바이브레이터 회로 는 전자 분야에서 매우 인기 있고 유용한 회로이며 기본적인 전자 공학을 배우면서 알게 될 가장 기본적인 회로입니다. 멀티 바이브레이터 회로는 두 가지 범주로 나눌 수 있는데, 첫 번째는 단 안정 멀티 바이브레이터 로, 두 번째는 불안정 멀티 바이브레이터 로 알려져 있습니다. 그러나이 프로젝트에서는 때때로 자유 실행 멀티 바이브레이터 라고도하는 불안정한 멀티 바이브레이터에 대해 이야기 할 것 입니다.
정의에 따라 불안정 멀티 바이브레이터 회로는 안정적인 상태가없는 회로입니다. 이는 일단 전원이 켜지면 시작되고 전원이 꺼질 때까지 계속해서 높은 상태와 낮은 상태 사이에서 진동한다는 것을 의미합니다. 이러한 Astable 멀티 바이브레이터를 만들 때 가장 일반적인 방법은 555 Timer IC를 사용하는 것입니다. 이전 프로젝트 중 하나에서 555 Timer IC를 사용하여 Astable Multivibrator Circuit을 만들었습니다. 그런 것을 찾고 있다면 확인할 수 있습니다. 그러나 복잡한 회로가 관련된 생산 환경에서는 더 많은 IC를 배치하면 BOM 비용이 증가 할뿐입니다. 더 간단한 해결책은 연산 증폭기를 사용하여 불안정한 신호를 생성하는 것입니다. 이 회로는 단순한 구형파 신호가 필요한 다양한 애플리케이션에서 사용할 수 있습니다.
따라서이 프로젝트에서는 Op-amp를 사용하여 간단한 Astable Multivibrator 를 구축 할 것이며,주기를 찾기 위해 필요한 모든 계산을 살펴보고 회로의 주파수와 듀티 사이클을 계산할 수 있습니다. 또한 Summing Amplifier, Differential Amplifier, Instrumentation Amplifier, Voltage Follower, Op-Amp Integrator 등과 같은 기본 연산 증폭기 회로도 다루었습니다.
Op-amp가있는이 Astable Multivibrator는 어떻게 작동합니까?
이 질문에 대한 답은 매우 간단하지만이를 이해하려면 먼저 Schmitt 트리거 회로 로 알려진 회로를 이해해야합니다. Schmitt 트리거 의 단순화 된 회로는 아래와 같습니다.
슈미트 트리거 회로:
위의 회로도는 포지티브 피드백이있는 Op-amp 회로를 보여줍니다. Op-amp가 포지티브 피드백으로 구성된 경우 일반적으로 Schmitt 트리거 라고 합니다. 그러나 단순성을 위해 Schmitt 트리거 회로를 이해해 보겠습니다.
이 회로는 전압 분배기를 사용하여 출력 전압에서 장치를 사용하고이를 비 반전 단자에 공급합니다. 그러나 긍정적 인 피드백으로 인해 출력은 포화 상태에 도달 할 때까지 지속적으로 증가합니다.
이제 슈미트 트리거의 출력 전압이 + Vsat로 정의 된 포지티브 포화 전압과 같고이 전압의 일부가 비 반전 단자에 제공된다고 생각해 봅시다.
이것은 + Vsat x (R2 / (R1 + R2))입니다. 이제이 방정식을 X로 간주하면 최종 방정식은 Xvsat가됩니다. X가 피드백 전압 인 경우 전압 분배기에서 얻습니다. 이제 입력 전압 Vin이 Xvsat의 전압보다 작 으면 출력은 양의 포화 전압이됩니다. 연산 증폭기의 출력은 개방 루프 이득에 2 단자 전압의 차이를 곱한 값으로 주어질 수 있기 때문입니다. AoL (VCC +-VCC-)입니다. 이제 반전 단자의 전압이 Xvsat보다 크면 출력이 음의 포화 전압에서 포화됩니다. 위의 방정식에 숫자를 넣으면 알 수 있습니다.
더 나은 이해를 위해 Schmitt 트리거 회로의 전달 함수를 살펴보면 아래 이미지와 같이 보일 것입니다.
여기서 상한 문턱 전압은 VUT로, 하한 문턱 전압은 VLT로 표시됩니다. 보시다시피 입력 전압이 상한 임계 전압보다 크면 출력이 양의 포화 전압에서 음의 포화 전압으로 전환됩니다. 입력이 하한 임계 전압보다 낮을 때마다 출력은 음의 포화 전압에서 양의 포화 전압으로 전환됩니다. 이것이 슈미트 트리거 회로의 기본 작업입니다.
위의 모든 시나리오에서 우리는 모든 신호를 외부 적으로 제공했습니다. 커패시터와 저항의 도움으로 입력에 피드백을 제공하면 Schmitt 트리거 회로를 Astable 멀티 바이브레이터로 사용할 수 있습니다. 아래에서이 Op-amp Astable 멀티 바이브레이터 회로의 회로도를 볼 수 있습니다.
Op-amp를 사용하는 Astable Multivibrator의 작동:
이제 우리는 저항 R3을 피드백으로 사용했기 때문에 회로의 출력이 양의 포화 전압에 있다고 가정하고 전류가 저항 R3을 통해 흐르기 시작하고 커패시터가 천천히 충전되기 시작합니다. 위 이미지에서 볼 수 있듯이 검은 색 점선으로 표시됩니다. 커패시터 충전이 상위 임계 전압에 도달하면 출력이 양의 포화 전압에서 음의 포화 전압으로 전환됩니다. 이 경우 커패시터는 음의 포화 전압을 향해 방전되기 시작합니다. 이제 비 반전 단자의 전압이 반전 단자보다 약간 더 높으면 출력이 다시 음의 포화 전압에서 양의 포화 전압으로 전환됩니다. 이렇게 충전 및 방전 과정을 통해이 회로는 출력에서 불안정 신호를 생성 할 수 있습니다.
이 회로에서 시간주기는 저항과 커패시터의 값에 따라 달라집니다. 또한 연산 증폭기의 상한 및 하한 임계 전압에 따라 다릅니다. 이것이 Op-amp 기반의 Astable 멀티 바이브레이터 회로가 작동하는 방식입니다. 이제 기본 사항을 이해 했으므로 회로 계산으로 넘어갈 수 있습니다.
연산 증폭기 기반의 불안정한 멀티 바이브레이터 회로 계산
시간주기 또는 간단히 말하면 출력 주파수는 저항 R3, 커패시터 C1 및 피드백 저항 비율 값에 의해 결정됩니다. 간단히하기 위해 듀티 사이클이 50 % 인 저항과 커패시터의 값을 계산합니다. 상한 전압과 하한 전압이 다르면 듀티 사이클이 50 %보다 크거나 작을 수 있습니다. 회로의 출력 주파수는 1KHz라고 가정합니다. 주파수가 1KHz이므로 시간주기 T는 1ms가되며 공식 T = 1 / F에서 쉽게 알 수 있습니다.
기간을 계산하려면 아래에 표시된 공식을 사용할 수 있습니다.
T = 2RC * logn ((1 + X) / (1-X))
여기서 R은 저항이고 C는 커패시턴스이며 값을 계산하려면 자연 로그 함수를 사용해야합니다. 자연 로그 함수를 사용해야하는 이유는 위에 표시된 공식을 증명해야하기 때문에이 기사의 범위를 벗어납니다.
이제 우리는 R1 = R2 = 10K, C = 0.1uF의 값을 고려하고 R3의 값을 알아낼 것입니다. 우리는 F = 1KHz라는 것을 알고 있습니다.
계산이 완료되면 모든 값을 얻었으며 이제 실제 회로를 만들고 오실로스코프로 테스트 할 수 있습니다.
연산 증폭기 기반의 불안정한 멀티 바이브레이터 회로를 구축하는 데 필요한 구성 요소
이것은 간단한 Astable 멀티 바이브레이터이기 때문에이 프로젝트의 구성 요소 요구 사항은 매우 간단하며 지역 취미 상점에서 얻을 수 있습니다. 구성 요소 목록은 다음과 같습니다.
- LM358 연산 증폭기 IC-1
- 10K 저항기-2
- 4.7K 저항-1
- 0.1uF 커패시터-2
- 1N4007 다이오드-4
- 1000uF, 25V 커패시터-2
- 4.5V-0-4.5V 변압기-1
- AC 케이블-1
- 브레드 보드-1
- 전선 연결
연산 증폭기 멀티 바이브레이터 회로-회로도
위한 회로도 불안정한 기반 멀티 바이브레이터 회로 연산 증폭기는 아래에 주어진다.
연산 증폭기 불안정 멀티 바이브레이터 회로 테스트
연산 증폭기 기반 멀티 바이브레이터 회로의 테스트 설정은 위에 나와 있습니다. 보시다시피, 우리는 이중 극성 전원을 생성하기 위해 4 개의 다이오드와 2 개의 커패시터가있는 변압기를 사용했으며, LM358 Op- 주변에 회로를 구축하기 위해 2 개의 10K 저항, 1 개의 4.7K 저항 및 0.1uF 커패시터를 사용했습니다. 앰프. 회로의 명확한 이미지가 아래에 나와 있습니다.
회로가 완성 된 후 주파수를 측정하기 위해 Hantek 오실로스코프를 꺼 냈는데 약 920Hz였습니다. 약간 떨어져 있었지만 그것은 저항과 커패시터의 값 때문입니다. 이것으로 프로젝트를 마칩니다. 출력의 스냅 샷은 다음과 같습니다.
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