Schmitt trigger Comparator and Oscillator | Ασταθής και δισταθής πολυδονητής | Σημαντική ανάλυση

Σε αυτό το άρθρο θα μελετήσουμε για το κύκλωμα Schmitt Trigger Comparator και Oscillator με διαφορετικές σχετικές παραμέτρους λεπτομερώς. Όπως έχουμε δει μέχρι τώρα ότι ένα op-amp χρησιμοποιείται σε διάφορα πεδία εφαρμογών και ότι είναι μια τόσο ευέλικτη συσκευή, η σημασία του ως μέρος των αναλογικών κυκλωμάτων είναι τεράστια. Μία από τις πιο βολικές εφαρμογές του op-amp είναι ως κύκλωμα πολλαπλών δονητών. Θα μελετήσουμε λεπτομερώς τους τύπους και τη λειτουργία του κυκλώματος πολλαπλών δονητών που κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας op-amps (op-amp multivibrators) και άλλες παθητικές συσκευές όπως πυκνωτές, δίοδοι, αντιστάσεις κ.λπ.

Περιεχόμενα

  • Εισαγωγή Multivibrators
  • Θετική χρήση ανατροφοδότησης στο multivibrator
  • Τι είναι η σκανδάλη Schmitt;
  • Schmitt trigger συγκριτής κύκλωμα κλειστού βρόχου ή bistable multivibrator
  • Χαρακτηριστικά μεταφοράς τάσης του Bistable multivibrator
  • Ασταθής ταλαντωτής πολλαπλών δονητών ή Schmitt
  • Κύκλος λειτουργίας του ταλαντωτή

Εισαγωγή του Multivibrator και του Schmitt trigger Circuitry

Τα κυκλώματα πολλαπλών δονητών είναι διαδοχικά λογικά κυκλώματα και είναι πολλών τύπων ανάλογα με τον τρόπο δημιουργίας τους. Ορισμένοι πολυ-δονητές μπορούν να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας τρανζίστορ και λογικές πύλες, ενώ υπάρχουν ακόμη και αποκλειστικά τσιπ διαθέσιμα ως πολυ-δονητές όπως το χρονόμετρο NE555. Το κύκλωμα πολλαπλών δονητών op-amp έχει μερικά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλα κυκλώματα πολλαπλών δονητών, καθώς απαιτούν πολύ λιγότερα εξαρτήματα για τη λειτουργία τους, λιγότερο μεροληψία και παράγει καλύτερα συμμετρικά ορθογώνια σήματα κυμάτων χρησιμοποιώντας συγκριτικά λιγότερα εξαρτήματα.

Τύποι πολλαπλών δονητών

Υπάρχουν κυρίως τρεις τύποι κυκλωμάτων πολλαπλών δονητών:

  1. Ασταθής πολυδονητής,
  2. πολυδονητή
  3. Bistable multivibrator.

Ο μονοσταθερός πολυ-δονητής έχει μία σταθερή κατάσταση, ενώ ο αριθμός των σταθερών καταστάσεων ενός δισταθούς πολλαπλού δονητή είναι 2.

Όπως έχουμε μάθει στην προηγούμενη ενότητα σχετικά με το op-amp ως συγκριτικό, στη διαμόρφωση ανοιχτού βρόχου ο συγκριτής μπορεί να αλλάξει με τρόπο εκτός ελέγχου μεταξύ της τάσης θετικής ράγας τροφοδοσίας κορεσμού και τάσης τροφοδοσίας αρνητικού κορεσμού όταν υπάρχει τάση εισόδου κοντά εφαρμόζεται σε αυτήν της τάσης αναφοράς. Ως εκ τούτου, για να υπάρχει έλεγχος σε αυτήν την ανεξέλεγκτη εναλλαγή μεταξύ των δύο καταστάσεων, το op-amp χρησιμοποιείται σε μια διαμόρφωση ανατροφοδότησης (κύκλωμα κλειστού βρόχου) η οποία είναι ιδιαίτερα γνωστή ως κύκλωμα ενεργοποίησης Schmitt κλειστού βρόχου ή bistable multivibrator.

Θετική χρήση ανατροφοδότησης σε εφέ πολλαπλών δονητών και υστέρησης

Μέχρι τώρα, έχουμε μάθει για τη διαμόρφωση αρνητικών σχολίων σε op-amps στις προηγούμενες ενότητες. Υπάρχει επίσης ένας άλλος τύπος διαμόρφωσης ανατροφοδότησης γνωστός ως θετική ανάδραση, ο οποίος χρησιμοποιείται επίσης για συγκεκριμένες εφαρμογές. Σε διαμόρφωση θετικής ανάδρασης, η τάση εξόδου τροφοδοτείται πίσω (συνδεδεμένη) στο μη αναστρέψιμο (θετικό) τερματικό εισόδου σε αντίθεση με την αρνητική ανατροφοδότηση, όπου η τάση εξόδου συνδέθηκε με το αντίστροφο (αρνητικό) τερματικό εισόδου.

Ένα op-amp που λειτουργεί σε μια διαμόρφωση θετικής ανάδρασης τείνει να παραμείνει στη συγκεκριμένη κατάσταση εξόδου στην οποία είναι παρούσα, δηλαδή είτε στην κορεσμένη θετική είτε στην κορεσμένη αρνητική κατάσταση. Τεχνικά, αυτή η συμπεριφορά μανδαλώσεως σε μία από τις δύο καταστάσεις είναι γνωστή ως υστέρηση.

Εάν το σήμα εισόδου που εφαρμόζεται στο συγκριτικό αποτελείται από μερικές πρόσθετες αρμονικές ή αιχμές (θόρυβος), τότε η έξοδος του συγκριτή ενδέχεται να μεταβεί στις δύο κορεσμένες καταστάσεις απροσδόκητα και ανεξέλεγκτα. Σε αυτήν την περίπτωση, δεν θα έχουμε κανονική συμμετρική έξοδο τετραγωνικού κύματος της εφαρμοζόμενης ημιτονοειδούς κυματομορφής εισόδου.

Αλλά αν προσθέσουμε κάποια θετικά σχόλια στο σήμα εισόδου του συγκριτή, δηλαδή χρησιμοποιήστε το συγκριτικό σε μια διαμόρφωση θετικής ανάδρασης. θα εισαγάγουμε μια συμπεριφορά μανδάλωσης στις πολιτείες, αυτό που τεχνικά ονομάζουμε υστέρηση στην έξοδο. Μέχρι και εκτός εάν υπάρξει σημαντική αλλαγή στο μέγεθος του σήματος τάσης AC (ημιτονοειδής) εισόδου, το φαινόμενο υστέρησης θα συνεχίσει να κάνει την έξοδο του κυκλώματος να παραμένει στην τρέχουσα κατάσταση.

Τι είναι η σκανδάλη Schmitt;

Η Σκανδάλη Schmitt ή το multi-vibrator bi-stable λειτουργεί σε διαμόρφωση θετικής ανατροφοδότησης με κέρδος βρόχου μεγαλύτερο από ενότητα για απόδοση ως αμφίδρομη λειτουργία. Τάση V+ μπορεί να είναι.

Συγκριτής σκανδάλης Schmitt
Συγκριτής σκανδάλης Schmitt ή bistable multivibrator
Τα χαρακτηριστικά μεταφοράς τάσης του Schmitt trigger Comparator

Το παραπάνω σχήμα αντιπροσωπεύει την τάση εξόδου έναντι της καμπύλης τάσης εισόδου (η οποία είναι επίσης γνωστή ως χαρακτηριστικά μεταφοράς τάσης), δείχνοντας ιδιαίτερα το φαινόμενο υστέρησης. Η χαρακτηριστική καμπύλη μεταφοράς έχει δύο συγκεκριμένες περιοχές, την καμπύλη καθώς αυξάνεται η τάση εισόδου και το τμήμα της καμπύλης στο οποίο μειώνεται η τάση εισόδου. Η τάση V+ δεν έχει σταθερή τιμή, αλλά αντ 'αυτού είναι συνάρτηση της τάσης εξόδου V0.

Χαρακτηριστικά μεταφοράς τάσης

Στα χαρακτηριστικά μεταφοράς τάσης, V= VH, ή σε υψηλή κατάσταση. Τότε,

Υψηλότερη τάση διασταύρωσης VTH

Εάν το σήμα είναι μικρότερο από αυτό του V+, η έξοδος παραμένει στην υψηλή του κατάσταση. Η τάση διασταύρωσης VTH συμβαίνει όταν V= V+ και εκφράζεται ως εξής:

Όταν Vi > VTH, η τάση στον ακροδέκτη αντιστροφής είναι περισσότερο από ό, τι στον ακροδέκτη μη αναστροφής. Τάση V+ μετά αποδειχθείτε

Χαμηλότερη τάση διασταύρωσης VTL

Από VH η τάση εισόδου Vi είναι ακόμα περισσότερο από το V+, και η έξοδος στηρίζεται σε χαμηλή κατάσταση ως Vi συνεχίστε να αυξάνετε. Εάν Vi μειώνεται, αρκεί η τάση εισόδου Vi είναι μεγαλύτερο από το V+, η έξοδος παραμένει σε κατάσταση κορεσμού. Η τάση διασταύρωσης εδώ και τώρα εμφανίζεται όταν V= V+ και αυτό το VTL εκφράστηκε ώς

Ως Vi συνεχίζει να μειώνεται, παραμένει λιγότερο από το V.+; ως εκ τούτου, V0 παραμένει στην υψηλή του κατάσταση. Μπορούμε να παρατηρήσουμε αυτό το χαρακτηριστικό μεταφοράς στο παραπάνω σχήμα. Ένα φαινόμενο υστέρησης φαίνεται στο χαρακτηριστικό διάγραμμα καθαρής μεταφοράς.

Τι είναι ο ταλαντωτής ενεργοποίησης Schmitt;

Ασταθής ταλαντωτής πολλαπλών δονητών ή Schmitt

Πραγματοποιήσιμος πολυ-δονητής που επιτυγχάνεται με τη διόρθωση ενός δικτύου RC στο κύκλωμα σκανδάλης Schmitt σε - ανατροφοδότηση. Καθώς θα προχωρήσουμε στην ενότητα, θα δούμε ότι το κύκλωμα δεν έχει σταθερές καταστάσεις και ως εκ τούτου, είναι επίσης γνωστό ως κύκλωμα ασβεστίου πολλαπλών δονητών.

Κύκλωμα Astable Multivibrator ή Schmitt Trigger Oscillator

Όπως παρατηρήθηκε στο σχήμα, ένα δίκτυο RC βρίσκεται στη διαδρομή αρνητικής ανάδρασης και ο ακροδέκτης εισόδου αντιστροφής συνδέεται στη γείωση μέσω του πυκνωτή ενώ ο ακροδέκτης μη αναστροφής συνδέεται στη διασταύρωση μεταξύ των αντιστάσεων R1 Και R2 όπως φαίνεται στο σχήμα.

Αρχικά, R1 Και R2 πρέπει να είναι ίσο με το R, και υποθέστε ότι η έξοδος μεταβαίνει συμμετρικά περίπου μηδενικά βολτ, με την υψηλή κορεσμένη έξοδο να αντιπροσωπεύεται από το V= VP και χαμηλή κορεσμένη έξοδος που υποδεικνύεται από το V= -VP. Εάν Vείναι χαμηλή, ή V= -VP, τότε V+ = - (1/2) VP.

Όταν Vx πέφτει λίγο κάτω από το V.+, η έξοδος αλλάζει σε υψηλή, έτσι ώστε V= + VP και V= + (1/2) VP. Η εξίσωση για την τάση στον πυκνωτή σε ένα δίκτυο RC μπορεί να εκφραστεί ως:

όπου τx είναι η σταθερά χρόνου που μπορεί να οριστεί ωςττx= RxCx. Η τάση Vx αυξάνεται προς μια τελική τάση VP με εκθετικό τρόπο σε σχέση με το χρόνο. Ωστόσο, όταν Vx αποδειχθεί ότι είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από το V= + (1/2) VP, η έξοδος μετατοπίζεται στη χαμηλή του κατάσταση V0 = -VP και Vx = - (1/2) VP. Το RxCx Το δίκτυο ενεργοποιείται από μια αρνητική απότομη μετάβαση των τάσεων, και ως εκ τούτου, ο πυκνωτής Cx ξεκινήστε την εκφόρτιση και η τάση Vx μείωση προς την τιμή –VP. Μπορούμε λοιπόν να εκφράσουμε το Vas

Όπου τ1 αναφέρεται στη στιγμή που η έξοδος του κυκλώματος μεταβαίνει στη χαμηλή του κατάσταση. Ο πυκνωτής εκφορτώνει εκθετικά V+ = - (1/2) VP, η έξοδος αλλάζει και πάλι σε υψηλή. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται συνεχώς με την πάροδο του χρόνου, πράγμα που σημαίνει ότι ένα σήμα εξόδου τετραγωνικού κύματος παράγεται από τις ταλαντώσεις αυτού του κυκλώματος θετικής ανάδρασης. Το παρακάτω σχήμα δείχνει την τάση εξόδου V0 και η τάση πυκνωτή Vx σε σχέση με το χρόνο.

The Schmitt Trigger Oscillator: Οικόπεδο τάσης εξόδου και τάσης πυκνωτή σε σχέση με το χρόνο

Ώρα t1 μπορεί να βρεθεί αντικαθιστώντας το t = t1 και Vx = VP/ 2 στη γενική εξίσωση για την τάση στον πυκνωτή.

Από την παραπάνω εξίσωση όταν επιλύουμε το t1, παίρνουμε

Για το χρόνο t2 (όπως παρατηρήθηκε στο παραπάνω σχήμα), προσεγγίζουμε με παρόμοιο τρόπο και, από μια παρόμοια ανάλυση χρησιμοποιώντας την παραπάνω εξίσωση, είναι προφανές ότι η διαφορά μεταξύ t2 και t1 είναι επίσης 1.1RxCx. Από αυτό, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η χρονική περίοδος ταλάντωσης T μπορεί να οριστεί ως T = 2.2 RxCx

Και έτσι η συχνότητα μπορεί να εκφραστεί ως  

 

Κύκλος λειτουργίας του ταλαντωτή

Το ποσοστό χρόνου της τάσης εξόδου (V0) του πολυ-δονητή βρίσκεται σε υψηλή κατάσταση ονομάζεται ιδιαίτερα ως κύκλος λειτουργίας του ταλαντωτή.

Ο κύκλος λειτουργίας του ταλαντωτή είναι           

Όπως παρατηρείται στο σχήμα, που απεικονίζει την τάση εξόδου και την τάση του πυκνωτή έναντι του χρόνου, ο κύκλος λειτουργίας είναι 50%.

Για περισσότερα άρθρα σχετικά με την Ηλεκτρονική Κάνε κλικ εδώ

Σχετικά με τον Amrit Shaw

Συνδεθείτε στον πρώην συντάκτη μας: LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/amrit-shaw/)

Lambda Geeks