Schmitt trigger-komparator og oscillator | Astabel og bistabil multivibrator Vigtig analyse

I denne artikel vil vi undersøge Schmitt trigger Comparator og Oscillator kredsløb med forskellige relaterede parametre i detaljer. Som vi hidtil har set, at en op-amp bruges i forskellige anvendelsesområder, og at være en så alsidig enhed er dens betydning som en del af analoge kredsløb enorm. En af de mest praktiske anvendelser af op-amp er som et multivibratorkredsløb. Vi vil studere detaljeret om typer og arbejde med multivibratorkredsløb konstrueret ved hjælp af op-forstærkere (op-amp multivibratorer) og andre passive enheder såsom kondensatorer, dioder, modstande osv.

Indhold

  • Introduktion af multivibratorer
  • Brug af positiv feedback i multivibrator
  • Hvad er Schmitt trigger?
  • Schmitt trigger-komparator lukket kredsløb eller bistabil multivibrator
  • Spændingsoverførselsegenskaber for Bistable multivibrator
  • Astabel multivibrator eller Schmitt trigger oscillator
  • Oscillatorens arbejdscyklus

Introduktion af multivibrator og Schmitt trigger kredsløb

Multivibrator kredsløb er sekventielle logiske kredsløb og er af mange typer afhængigt af hvordan de oprettes. Nogle multivibratorer kan fremstilles ved hjælp af transistorer og logiske porte, hvorimod der endda er dedikerede chips tilgængelige som multivibratorer såsom NE555 timer. Op-amp multivibratorkredsløbet har et par fordele i forhold til andre multivibratorkredsløb, da de kræver meget færre komponenter til deres arbejde, mindre forspænding og producerer bedre symmetriske rektangulære bølgesignaler ved hjælp af relativt færre komponenter.

Typer af multivibratorer

Der er hovedsageligt tre typer multivibratorkredsløb til stede:

  1. Astabel multivibrator,
  2. monostabil multivibrator
  3. Bistabil multivibrator.

Den monostabile multivibrator har en enkelt stabil tilstand, hvorimod antallet af stabile tilstande, en bistabil multivibrator har, er 2.

Som vi har lært i det foregående afsnit om op-amp som en komparator, kan komparatoren i open-loop-konfigurationen skifte ude af kontrol mellem den positive mætningsforsyningsspænding og den negative mætningsforsyningsspænding, når en indgangsspænding nær til referencespændingens. For at have kontrol på denne ukontrollerbare skift mellem de to tilstande bruges op-forstærkeren derfor i en feedbackkonfiguration (lukket kredsløb), der især er kendt som lukket kredsløb Schmitt trigger kredsløb eller bistabil multivibrator.

Positiv feedback brug i multivibrator og hysterese effekt

Indtil nu har vi lært om den negative feedbackkonfiguration i op-amp i de foregående afsnit. Der er også en anden type feedback-konfiguration kendt som positiv feedback, som også bruges til specifikke applikationer. I positiv feedback-konfiguration føres udgangsspændingen tilbage (forbundet) til den ikke-inverterende (positive) indgangsterminal i modsætning til den negative feedback, hvor udgangsspændingen blev forbundet til den inverterende (negative) indgangsterminal.

En op-amp, der drives i en positiv feedback-konfiguration, har tendens til at forblive i den bestemte outputtilstand, hvor den er til stede, dvs. enten den mættede positive eller mættede negative tilstand. Teknisk set er denne låseadfærd i en af ​​de to tilstande kendt som hysterese.

Hvis det anvendte indgangssignal i komparatoren består af nogle ekstra harmoniske eller pigge (støj), kan udgangen fra komparatoren muligvis skifte til de to mættede tilstande uventet og ukontrollabelt. I dette tilfælde får vi ikke en regelmæssig symmetrisk firkantbølgeoutput af den anvendte input sinusformede bølgeform.

Men hvis vi tilføjer noget positivt feedback til komparatorens indgangssignal, dvs. bruger komparatoren i en positiv feedback-konfiguration; vi introducerer en låsende adfærd i staterne, hvad vi teknisk set kalder som hysterese i output. Indtil og medmindre der er en større ændring i størrelsen af ​​input AC (sinusformet) spændingssignal, vil hystereseeffekten fortsætte med at få kredsløbets output til at forblive i sin nuværende tilstand.

Hvad er Schmitt trigger?

Schmitt-udløser eller bi-stabil multivibrator fungerer i positiv feedback-konfiguration med en loop-gain større end enhed til at fungere som en bi-stabil mode. Spænding V.+ måske.

Schmitt trigger-komparator og oscillator | Astabel og bistabil multivibrator Vigtig analyse
Schmitt trigger-komparator
Schmitt trigger-komparator eller bistabil multivibrator
Schmitt trigger-komparator og oscillator | Astabel og bistabil multivibrator Vigtig analyse
Spændingsoverførselsegenskaberne for Schmitt trigger Comparator

Ovenstående figur repræsenterer udgangsspændingen versus indgangsspændingskurven (som også er kendt som spændingsoverførselsegenskaberne), der især viser hystereseeffekten. Overførselskarakteristikkurven har to specifikke områder, kurven, når indgangsspændingen stiger, og den del af kurven, hvor indgangsspændingen falder. Spændingen V.+ har ikke en konstant værdi, men i stedet er det en funktion af udgangsspændingen V.0.

Spændingsoverførselsegenskaber

I spændingsoverførselsegenskaberne er V= VHeller i høj tilstand. Derefter,

Schmitt trigger-komparator og oscillator | Astabel og bistabil multivibrator Vigtig analyse

Højere krydsspænding VTH

Hvis signalet er mindre end V+forbliver output i sin høje tilstand. Krydsoverspændingen V.TH opstår, når V= V+ og udtrykt som følger:

Schmitt trigger-komparator og oscillator | Astabel og bistabil multivibrator Vigtig analyse

Når Vi > VTH, er spændingen ved den inverterende terminal mere end ved den ikke-inverterende terminal. Spænding V.+ derefter vise sig at være

Schmitt trigger-komparator og oscillator | Astabel og bistabil multivibrator Vigtig analyse

Lavere krydsspænding VTL

Da V<VH indgangsspændingen V.i er stadig mere end V+, og output hviler i sin lave tilstand som Vi fortsæt med at øge; Hvis Vi falder, så længe indgangsspændingen V.i er større end V+forbliver output ved mætningstilstand. Krydsoverspændingen sker her og nu, når V= V+ og denne VTL udtrykt som

Schmitt trigger-komparator og oscillator | Astabel og bistabil multivibrator Vigtig analyse

Som Vi fortsætter med at falde, forbliver den mindre end V+; derfor V0 forbliver i sin høje tilstand. Vi kan observere denne overførselskarakteristik i ovenstående figur. En hystereseeffekt vises i nettooverførselskarakteristikdiagrammet.

Hvad er Schmitt trigger oscillator?

Astabel multivibrator eller Schmitt trigger oscillator

Astabel multivibrator opnået ved at fastgøre et RC-netværk til Schmitt trigger-kredsløbet in-feedback. Når vi går videre gennem sektionen, vil vi se, at kredsløbet ikke har nogen stabile tilstande, og det er derfor også kendt som det astable multivibratorkredsløb.

Schmitt trigger-komparator og oscillator | Astabel og bistabil multivibrator Vigtig analyse
Astabilt multivibratorkredsløb eller Schmitt-triggeroscillator

Som bemærket i figuren er et RC-netværk indstillet i den negative feedbackbane, og den inverterende indgangsterminal er forbundet til jorden gennem kondensatoren, mens den ikke-inverterende terminal er forbundet til forbindelsen mellem modstandene R1 og R2 som vist i figuren.

Først R1 og R2 er at være lig med R, og antage, at udgangskontakterne skifter symmetrisk omkring nul volt, med den høje mættede udgang repræsenteret af V= VP og lavt mættet output angivet med V= -VP. Hvis Ver lav eller V= -VPderefter V+ = - (1/2) V.P.

Når Vx falder lige under V+, skifter udgangen til høj, så V= + V.P og V= + (1/2) VP. Ligningen for spændingen over kondensatoren i et RC-netværk kan udtrykkes som:

Schmitt trigger-komparator og oscillator | Astabel og bistabil multivibrator Vigtig analyse

Hvor τx er den tidskonstant, der kan defineres som τx= RxCx. Spændingen V.x stiger mod en slutspænding V.P på en eksponentiel måde med hensyn til tid. Men når Vx vise sig at være lidt større end V= + (1/2) VP, skifter output til sin lave tilstand af V0 = -VP og Vx = - (1/2) V.P. RxCx netværk bliver udløst af en negativ skarp overgang af spændingerne, og dermed kondensatoren Cx start afladning, og spændingen V.x faldende mod værdi på –VP. Vi kan derfor udtrykke Vas

Schmitt trigger-komparator og oscillator | Astabel og bistabil multivibrator Vigtig analyse

Hvor t1 henviser til det tidspunkt, hvor kredsløbets output skifter til sin lave tilstand. Kondensatorafladningen eksponentielt V+ = - (1/2) V.P, skiftes output igen til højt. Processen gentager sig kontinuerligt over tid, hvilket betyder, at der produceres et firkantbølgeudgangssignal af svingningerne i dette positive feedback-kredsløb. Figuren nedenfor viser udgangsspændingen V.0 og kondensatorspændingen Vx med hensyn til tid.

Schmitt trigger-komparator og oscillator | Astabel og bistabil multivibrator Vigtig analyse
Schmitt Trigger Oscillator: plot af udgangsspænding og kondensatorspænding med hensyn til tid

Tid t1 kan findes ved at erstatte t = t1 og Vx = VP/ 2 i den generelle ligning for spændingen over kondensatoren.

Schmitt trigger-komparator og oscillator | Astabel og bistabil multivibrator Vigtig analyse

Fra ovenstående ligning når vi løser for t1, vi får

Schmitt trigger-komparator og oscillator | Astabel og bistabil multivibrator Vigtig analyse

For tid t2 (som observeret i ovenstående figur), nærmer vi os på en lignende måde, og ud fra en lignende analyse ved hjælp af ovenstående ligning er det tydeligt, at forskellen mellem t2 og T1 er også 1.1RxCx. Ud fra dette kan vi udlede, at tidsperioden for svingning T kan defineres som T = 2.2 RxCx

Og frekvensen kan således udtrykkes som  

 Schmitt trigger-komparator og oscillator | Astabel og bistabil multivibrator Vigtig analyse

Driftscyklus for oscillator

Procentdelen af ​​tid, hvor udgangsspændingen (V.0) af multivibratoren er i sin høje tilstand, betegnes især som oscillatorens driftscyklus.

Oscillatorens pligtcyklus er           

Schmitt trigger-komparator og oscillator | Astabel og bistabil multivibrator Vigtig analyse

Som observeret i figuren, der viser udgangsspænding og kondensatorspænding versus tid, er driftscyklussen 50%.

For mere elektronikrelateret artikel Klik her

Om Amrit Shaw

Schmitt trigger-komparator og oscillator | Astabel og bistabil multivibrator Vigtig analyseOpret forbindelse til vores tidligere forfatter: LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/amrit-shaw/)

en English
X