- Làm thế nào để Astable Multivibrator với Op-amp này hoạt động?
- Tính toán cho mạch đa vi điều khiển linh hoạt dựa trên Op-amp
- Các thành phần cần thiết để xây dựng mạch đa vi điều khiển linh hoạt dựa trên Op-amp
- Mạch đa vi mạch Op-amp - Sơ đồ
- Thử nghiệm Mạch đa vi điều khiển Op-amp Astable
Mạch multivibrator là một mạch rất phổ biến và hữu ích trong lĩnh vực điện tử và nó là mạch cơ bản nhất mà bạn sẽ biết khi học điện tử cơ bản. Mạch multivibrator có thể được chia thành hai loại, loại thứ nhất được gọi là multivibrator đơn ổn và loại thứ hai được gọi là multivibrator đáng kinh ngạc. Nhưng trong dự án này, chúng ta sẽ nói về multivibrator đáng kinh ngạc, đôi khi còn được gọi là multivibrator chạy tự do.
Theo định nghĩa, mạch Astable multivibrator là mạch không có trạng thái ổn định. Nó có nghĩa là sau khi được bật nguồn, nó sẽ bắt đầu và nó tiếp tục dao động giữa các trạng thái cao và thấp cho đến khi tắt nguồn. Khi nói đến việc tạo ra một bộ điều khiển đa năng Astable như vậy, cách phổ biến nhất là sử dụng IC hẹn giờ 555. Trong một trong những dự án trước đây của chúng tôi, chúng tôi đã tạo ra một mạch đa vi điều khiển linh hoạt sử dụng IC hẹn giờ 555, bạn có thể kiểm tra nếu bạn đang tìm kiếm thứ tương tự. Nhưng trong môi trường sản xuất có liên quan đến mạch điện phức tạp, việc đặt thêm IC chỉ làm tăng chi phí BOM. Một giải pháp đơn giản hơn có thể là sử dụng Op-amp để tạo ra tín hiệu Astable. Mạch này có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau trong đó yêu cầu về tín hiệu sóng vuông đơn giản.
Vì vậy, trong dự án này, chúng tôi sẽ xây dựng một Bộ điều khiển đa sóng linh hoạt đơn giản bằng Op-amp và chúng tôi sẽ xem xét tất cả các tính toán cần thiết để tìm ra khoảng thời gian do đó chúng tôi có thể tính toán tần số và chu kỳ hoạt động của mạch. Chúng tôi cũng đã đề cập đến các mạch op-amp cơ bản như Bộ khuếch đại tổng hợp, Bộ khuếch đại vi sai, Bộ khuếch đại thiết bị đo, Bộ theo điện áp, Bộ tích hợp Op-Amp, v.v.
Làm thế nào để Astable Multivibrator với Op-amp này hoạt động?
Câu trả lời cho câu hỏi này rất đơn giản, nhưng để hiểu điều này, trước tiên bạn cần phải hiểu một mạch được gọi là mạch kích hoạt Schmitt, một mạch đơn giản của kích hoạt Schmitt được hiển thị bên dưới.
Mạch kích hoạt Schmitt:
Sơ đồ trên cho thấy một mạch Op-amp có phản hồi tích cực, khi một Op-amp được cấu hình với phản hồi tích cực, nó thường được gọi là bộ kích hoạt Schmitt. Nhưng để đơn giản, chúng ta hãy hiểu mạch kích hoạt Schmitt.
Mạch này sử dụng một bộ chia điện áp để sử dụng một thiết bị ở điện áp đầu ra và cấp nguồn cho thiết bị đầu cuối không đảo. Nhưng vì những phản hồi tích cực, sản lượng sẽ liên tục tăng trưởng cho đến khi nó đạt đến mức bão hòa.
Bây giờ, chúng ta hãy xem xét rằng điện áp đầu ra của bộ kích hoạt Schmitt bằng với điện áp bão hòa dương được xác định là + Vsat và một phần của điện áp này được cấp cho thiết bị đầu cuối không đảo.
Đó là + Vsat x (R2 / (R1 + R2)). Bây giờ nếu chúng ta coi phương trình này là X, phương trình cuối cùng sẽ trở thành Xvsat. Trong đó X là điện áp phản hồi, chúng tôi nhận được từ bộ chia điện áp. Bây giờ khi điện áp đầu vào Vin nhỏ hơn điện áp tại Xvsat, thì đầu ra sẽ ở điện áp bão hòa dương. Bởi vì đầu ra của op-amp có thể được cho dưới dạng độ lợi vòng hở nhân với sự khác biệt của điện áp hai đầu. Đó là AoL (VCC + - VCC-). Bây giờ, khi điện áp tại cực nghịch lưu lớn hơn Xvsat, đầu ra sẽ bão hòa ở điện áp bão hòa âm. Nếu bạn đặt các con số trong phương trình trên, bạn có thể tìm ra điều đó.
Để hiểu rõ hơn, chúng ta xem xét hàm truyền của mạch kích hoạt Schmitt sẽ thấy nó giống như hình bên dưới.
Ở đây, điện áp ngưỡng trên được biểu thị là VUT và điện áp ngưỡng dưới được biểu thị là VLT. Như bạn thấy, khi điện áp đầu vào lớn hơn điện áp ngưỡng trên, đầu ra sẽ chuyển từ điện áp bão hòa dương sang điện áp bão hòa âm. Bất cứ khi nào đầu vào nhỏ hơn điện áp ngưỡng thấp hơn, đầu ra sẽ chuyển từ điện áp bão hòa âm sang điện áp bão hòa dương. Đây là hoạt động cơ bản của mạch kích hoạt Schmitt.
Trong tất cả các trường hợp trên, chúng tôi đã cung cấp tất cả các tín hiệu bên ngoài. Nếu chúng tôi cung cấp phản hồi cho đầu vào với sự trợ giúp của tụ điện và điện trở, thì chúng tôi có thể sử dụng mạch kích hoạt Schmitt làm bộ điều khiển đa năng Astable. Bạn có thể xem sơ đồ của mạch đa vi mạch Op-amp Astable này bên dưới.
Hoạt động của Astable Multivibrator bằng Op-amp:
Bây giờ, chúng ta sẽ giả sử rằng đầu ra của mạch ở điện áp bão hòa dương cũng bởi vì chúng ta đã đặt một điện trở R3 làm phản hồi, dòng điện sẽ bắt đầu chạy qua điện trở R3, và tụ điện sẽ bắt đầu sạc chậm. Như bạn có thể thấy trong hình trên, nó được hiển thị với đường chấm đen. Khi các điện tích tụ điện đạt đến điện áp ngưỡng trên, đầu ra sẽ chuyển từ điện áp bão hòa dương sang điện áp bão hòa âm. Khi điều đó xảy ra, tụ điện sẽ bắt đầu phóng điện về phía điện áp bão hòa âm. Bây giờ khi điện áp ở đầu cực không nghịch đảo nhiều hơn một chút so với đầu cực nghịch, đầu ra sẽ lại chuyển từ điện áp bão hòa âm sang điện áp bão hòa dương. Bằng cách này, quá trình sạc và xả,mạch này có thể tạo ra tín hiệu Astable ở đầu ra.
Trong mạch này, khoảng thời gian phụ thuộc vào giá trị của điện trở và tụ điện. Nó cũng phụ thuộc vào điện áp ngưỡng trên và dưới của op-amp. Đây là cách hoạt động của mạch đa vi điều khiển Astable dựa trên Op-amp. Bây giờ chúng ta đã hiểu những điều cơ bản, chúng ta có thể chuyển sang tính toán của mạch.
Tính toán cho mạch đa vi điều khiển linh hoạt dựa trên Op-amp
Khoảng thời gian hay nói đơn giản là tần số đầu ra được xác định bởi giá trị của điện trở R3, tụ điện C1 và giá trị của tỷ số điện trở phản hồi. Để đơn giản, chúng tôi đang tính toán giá trị của điện trở và tụ điện với chu kỳ làm việc 50%. Nếu điện áp trên và điện áp dưới khác nhau, thì chu kỳ làm việc có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn 50%. Chúng ta sẽ giả sử tần số đầu ra của mạch là 1KHz. Khi tần số là 1KHz, khoảng thời gian T sẽ là 1ms, chúng ta có thể dễ dàng tìm ra từ công thức T = 1 / F.
Để tính toán khoảng thời gian, có thể sử dụng công thức hiển thị bên dưới.
T = 2RC * logn ((1 + X) / (1-X))
Trong đó R là điện trở, C là điện dung, và chúng ta phải sử dụng hàm Logarit tự nhiên để tính giá trị. Lý do tại sao chúng ta phải sử dụng hàm số lôgarit tự nhiên nằm ngoài phạm vi của bài viết này bởi vì chúng ta phải chứng minh công thức hiển thị ở trên.
Bây giờ, chúng ta sẽ xem xét các giá trị cho R1 = R2 = 10K, C = 0,1uF và chúng ta sẽ tìm ra giá trị cho R3. Chúng ta biết rằng F = 1KHz.
Sau khi tính toán xong, chúng ta có tất cả các giá trị và bây giờ chúng ta có thể chuyển sang tạo mạch thực tế và kiểm tra nó bằng máy hiện sóng.
Các thành phần cần thiết để xây dựng mạch đa vi điều khiển linh hoạt dựa trên Op-amp
Vì đây là một bộ điều khiển đa năng Astable đơn giản, các yêu cầu thành phần cho dự án này rất đơn giản và bạn có thể lấy chúng từ cửa hàng sở thích tại địa phương của mình. Danh sách các thành phần được đưa ra dưới đây.
- IC Op-amp LM358 - 1
- Điện trở 10K - 2
- Điện trở 4,7K - 1
- Tụ điện 0,1uF - 2
- 1N4007 Diode - 4
- Tụ điện 1000uF, 25V - 2
- Biến áp 4.5V - 0 - 4.5V - 1
- Cáp AC - 1
- Breadboard - 1
- Kết nối dây
Mạch đa vi mạch Op-amp - Sơ đồ
Sơ đồ mạch cho Mạch đa vi mạch linh hoạt dựa trên Op-amp được đưa ra dưới đây.
Thử nghiệm Mạch đa vi điều khiển Op-amp Astable
Thiết lập thử nghiệm cho mạch đa vi điều khiển dựa trên Op-amp được trình bày ở trên. Như bạn có thể thấy, chúng tôi đã sử dụng một máy biến áp có bốn điốt và hai tụ điện để tạo ra nguồn cung cấp phân cực kép và chúng tôi đã sử dụng hai điện trở 10K, một điện trở 4,7K và tụ điện 0,1uF để xây dựng mạch xung quanh LM358 Op- amp. Hình ảnh rõ ràng của mạch được hiển thị bên dưới.
Sau khi hoàn thành mạch, tôi rút máy hiện sóng Hantek ra để đo tần số, và nó vào khoảng 920Hz. Nó hơi lệch một chút, nhưng đó là do giá trị của điện trở và tụ điện. Với điều đó, chúng tôi kết thúc dự án. Ảnh chụp đầu ra được hiển thị bên dưới.
Tôi hy vọng bạn thích bài viết và học được điều gì đó mới. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào liên quan đến bài viết, bạn có thể hỏi trong diễn đàn Điện tử của chúng tôi.