Schmitt gatong Comparator at Oscillator | Kagulat-gulat at Bistable Multivibrator | Mahalagang pagsusuri

Sa artikulong ito ay pag-aaralan namin ang tungkol sa Schmitt trigger Comparator at Oscillator circuitry na may iba't ibang mga kaugnay na parameter nang detalyado. Tulad ng nakita natin hanggang ngayon na ang isang op-amp ay ginagamit sa iba't ibang larangan ng mga aplikasyon at pagiging tulad ng maraming nalalaman aparato ang kahalagahan nito bilang isang bahagi ng mga analog na circuit ay napakalawak. Ang isa sa mga pinaka-maginhawang aplikasyon ng op-amp ay bilang isang multivibrator circuit. Mag-aaral kami nang detalyado tungkol sa mga uri at pagtatrabaho ng multivibrator circuit na itinayo gamit ang mga op-amp (op-amp multivibrators) at iba pang mga passive device tulad ng capacitors, diode, resistors atbp.

Nilalaman

  • Panimula ng Multivibrators
  • Positive na paggamit ng feedback sa multivibrator
  • Ano ang Schmitt trigger?
  • Ang Schmitt ay nag-trigger ng kumparador ng closed-loop circuit o bistable multivibrator
  • Mga katangian ng paglipat ng boltahe ng Bistable multivibrator
  • Kagulat-gulat na multivibrator o Schmitt trigger oscillator
  • Siklo ng tungkulin ng Oscillator

Panimula ng Multivibrator at Schmitt trigger Circuitry

Ang mga multivibrator circuit ay sunud-sunod na mga circuit ng lohika at maraming uri depende sa kung paano nilikha ang mga ito. Ang ilang mga multivibrator ay maaaring gawin gamit ang mga transistor at mga gate ng lohika, samantalang mayroong mga nakatuon na chips na magagamit bilang mga multivibrator tulad ng NE555 timer. Ang op-amp multivibrator circuit ay may ilang mga pakinabang sa iba pang mga multivibrator circuit dahil nangangailangan sila ng mas kaunting mga bahagi para sa kanilang pagtatrabaho, mas mababa ang bias, at gumagawa ng mas mahusay na simetriko na mga hugis-parihaba na signal ng alon gamit ang medyo mas kaunting mga bahagi.

Mga uri ng Multivibrator

Higit sa lahat mayroong tatlong uri ng mga multivibrator circuit na naroroon:

  1. Kagulat-gulat na multivibrator,
  2. monostable multivibrator
  3. Bistable multivibrator.

Ang monostable multivibrator ay may solong matatag na estado, samantalang ang bilang ng mga stable-state na isang bistable multivibrator ay- ay 2.

Tulad ng natutunan sa nakaraang seksyon tungkol sa op-amp bilang isang tagapaghambing, sa pagsasaayos ng open-loop ang kumpare ay maaaring lumipat sa isang paraan ng pagkontrol sa pagitan ng positibong pagbibigay ng saturation ng tren boltahe at negatibong pagbibigay ng saturation ng rail rail kapag may input boltahe na malapit sa boltahe ng sanggunian na inilalapat. Samakatuwid, upang magkaroon ng kontrol sa hindi mapigil na paglipat sa pagitan ng dalawang estado, ang op-amp ay ginagamit sa isang feedback config (closed-loop circuit) na partikular na kilala bilang closed-loop Schmitt trigger circuit o bistable multivibrator.

Positive na paggamit ng feedback sa multivibrator at hysteresis effect

Hanggang ngayon, natutunan namin ang tungkol sa negatibong pagsasaayos ng feedback sa mga op-amp sa mga nakaraang seksyon. Mayroon ding isa pang uri ng pagsasaayos ng feedback na kilala bilang positibong feedback, na ginagamit din para sa mga tukoy na application. Sa positibong pagsasaayos ng feedback, ang boltahe ng output ay ibinalik (na konektado) sa hindi inverting (positibong) input terminal na hindi katulad ng negatibong puna, kung saan ang output boltahe ay konektado sa invertting (negatibong) input terminal.

Ang isang op-amp na pinapatakbo sa isang positibong pagsasaayos ng feedback ay may gawi na manatili sa partikular na estado ng output kung saan ito naroroon, ibig sabihin, alinman sa puspos na positibo o puspos na negatibong estado. Sa teknikal na paraan, ang pag-uugali na ito ng pagdumi sa isa sa dalawang estado ay kilala bilang hysteresis.

Kung ang input na inilapat signal sa kumpare ay binubuo ng ilang karagdagang mga harmonika o spike (ingay), kung gayon ang output ng kumpara ay maaaring lumipat sa dalawang puspos na estado nang hindi inaasahan at hindi mapigilan. Sa kasong ito, hindi kami makakakuha ng isang regular na simetriko square square output ng inilapat na input na sinusoidal waveform.

Ngunit kung magdagdag kami ng ilang positibong feedback sa signal ng input ng kumpara, ibig sabihin gamitin ang kumpare sa isang positibong pagsasaayos ng feedback; magpapakilala kami ng isang pag-uugali ng pagdidikit sa mga estado, kung ano ang teknikal na tinatawag naming hysteresis sa output. Hanggang at maliban kung may isang pangunahing pagbabago sa laki ng input ng AC (sinusoidal) boltahe signal, ang epekto ng hysteresis ay magpapatuloy na ang output ng circuit ay mananatili sa kasalukuyang estado.

Ano ang Schmitt trigger?

Ang Schmitt gatilyo o bi-stable multi-vibrator ay nagpapatakbo ng positibong pagsasaayos ng feedback na may loop-gain na mas malaki kaysa sa pagkakaisa upang maisagawa bilang isang bi-stable mode. Boltahe V+ ay maaaring maging.

Schmitt gatong Comparator at Oscillator | Kagulat-gulat at Bistable Multivibrator | Mahalagang pagsusuri
Schmitt trigger kumpara
Schmitt gatsa kumpara o bistable multivibrator
Schmitt gatong Comparator at Oscillator | Kagulat-gulat at Bistable Multivibrator | Mahalagang pagsusuri
Ang mga katangian ng paglipat ng Boltahe ng Schmitt trigger Comparator

Ang figure sa itaas ay kumakatawan sa output boltahe kumpara sa input boltahe na curve (na kilala rin bilang mga katangian ng paglipat ng boltahe), partikular na ipinapakita ang epekto ng hysteresis. Ang transfer curve ng katangian ay may dalawang tukoy na mga rehiyon, ang curve habang ang pagtaas ng boltahe ng input at ang bahagi ng curve kung saan bumababa ang boltahe ng pag-input. Ang boltahe V+ ay walang pare-pareho na halaga, ngunit sa halip, ito ay isang pagpapaandar ng output boltahe V0.

Mga katangian ng paglipat ng boltahe

Sa mga katangian ng paglipat ng boltahe, V= VH, o nasa mataas na estado. Pagkatapos,

Schmitt gatong Comparator at Oscillator | Kagulat-gulat at Bistable Multivibrator | Mahalagang pagsusuri

Mas mataas na boltahe ng Cross-over VTH

Kung ang signal ay mas mababa kaysa sa V+, ang output ay mananatili sa mataas na estado nito. Ang cross-over boltahe VTH nangyayari kapag V= V+ at ipinahayag bilang mga sumusunod:

Schmitt gatong Comparator at Oscillator | Kagulat-gulat at Bistable Multivibrator | Mahalagang pagsusuri

Nang Vi > VTH, ang boltahe sa inverting terminal ay higit pa sa non-inverting terminal. Boltahe V+ pagkatapos ay maging

Schmitt gatong Comparator at Oscillator | Kagulat-gulat at Bistable Multivibrator | Mahalagang pagsusuri

Mas mababang Cross-over boltahe VTL

Dahil V<VH ang boltahe ng input Vi ay higit pa sa V+, at ang output ay nakasalalay sa mababang estado nito bilang Vi magpatuloy upang madagdagan; Kung Vi bumababa, basta ang input boltahe Vi ay mas malaki kaysa sa V+, ang output ay mananatili sa saturation state. Ang cross-over voltage dito at ngayon ay nangyayari kapag V= V+ at ang VTL ipinahayag bilang

Schmitt gatong Comparator at Oscillator | Kagulat-gulat at Bistable Multivibrator | Mahalagang pagsusuri

Bilang Vi patuloy na bumababa, mananatili itong mas mababa sa V+; samakatuwid, V0 nananatili sa mataas na estado nito. Maaari nating obserbahan ang katangian ng paglipat na ito sa nasa itaas na pigura. Ang isang epekto ng hysteresis ay ipinapakita sa diagram ng katangian ng net transfer.

Ano ang Schmitt trigger oscillator?

Kagulat-gulat na multivibrator o Schmitt trigger oscillator

Nakakagulat na multivibrator na nagawa sa pamamagitan ng pag-aayos ng isang RC network sa Schmitt trigger circuit sa –ve feedback. Sa pagsulong namin sa seksyon, makikita natin na ang circuit ay walang matatag na estado at samakatuwid, kilala rin ito bilang astable multivibrator circuit.

Schmitt gatong Comparator at Oscillator | Kagulat-gulat at Bistable Multivibrator | Mahalagang pagsusuri
Ang nakakagulat na circuit ng Multivibrator o Schmitt ay nag-trigger ng Oscillator

Tulad ng napansin sa pigura, ang isang RC network ay nakatakda sa negatibong landas ng feedback, at ang inverting input terminal ay konektado sa lupa sa pamamagitan ng capacitor habang ang non-inverting terminal ay konektado sa kantong sa pagitan ng resistors R1 at R2 tulad ng ipinakita sa pigura.

Noong una, R1 at R2 ay katumbas ng R, at ipalagay na ang output switch symmetrically tungkol sa zero volts, na may mataas na saturated output na kinakatawan ng V= VP at mababang puspos na output na ipinahiwatig ng V= -VP. Kung Vmababa, o V= -VP, pagkatapos V+ = - (1/2) VP.

Nang Vx bumaba nang bahagya lamang sa ibaba V+, ang output ay lilipat sa mataas upang V= + VP at V= + (1/2) VP. Ang equation para sa boltahe sa kabuuan ng capacitor sa isang RC network ay maaaring ipahayag bilang:

Schmitt gatong Comparator at Oscillator | Kagulat-gulat at Bistable Multivibrator | Mahalagang pagsusuri

Saan τx ay ang pare-pareho ang oras na maaaring tukuyin bilangτx= RxCx. Ang boltahe Vx nagdaragdag patungo sa isang panghuling boltahe VP sa isang exponential na paraan patungkol sa oras. Gayunpaman, nang si Vx naging mas malaki nang bahagya kaysa sa V= + (1/2) VP, ang output ay lumilipat sa mababang estado ng V0 = -VP at Vx = - (1/2) VP. Ang RxCx ang network ay napalitaw ng isang negatibong matalim na paglipat ng mga voltages, at samakatuwid, ang capacitor Cx simulang ilabas, at ang boltahe Vx bumababa patungo sa halaga ng –VP. Maaari nating ipahayag ang Vas

Schmitt gatong Comparator at Oscillator | Kagulat-gulat at Bistable Multivibrator | Mahalagang pagsusuri

Kung saan t1 tumutukoy sa oras na instant kapag ang output ng circuit ay lumilipat sa mababang estado nito. Ang paglabas ng capacitor exponentially V+ = - (1/2) VP, ang output ay muling lumilipat sa mataas. Ang proseso ay paulit-ulit na patuloy sa paglipas ng panahon, na nangangahulugang isang square-wave output signal ay ginawa ng mga oscillation ng positibong feedback circuit na ito. Ipinapakita ng pigura sa ibaba ang output boltahe V0 at ang boltahe ng capacitor Vx na may paggalang sa oras.

Schmitt gatong Comparator at Oscillator | Kagulat-gulat at Bistable Multivibrator | Mahalagang pagsusuri
Ang Schmitt Trigger Oscillator: Plot ng Output boltahe at Capacitor Boltahe na may paggalang sa oras

Oras t1 maaaring matagpuan sa pamamagitan ng pagpapalit ng t = t1 at Vx = VP/ 2 sa pangkalahatang equation para sa boltahe sa buong kapasitor.

Schmitt gatong Comparator at Oscillator | Kagulat-gulat at Bistable Multivibrator | Mahalagang pagsusuri

Mula sa equation sa itaas kapag nilulutas namin para sa t1, makuha namin

Schmitt gatong Comparator at Oscillator | Kagulat-gulat at Bistable Multivibrator | Mahalagang pagsusuri

Para sa oras t2 (tulad ng naobserbahan sa itaas na pigura), lumapit kami sa isang katulad na paraan, at, mula sa isang katulad na pagtatasa gamit ang equation sa itaas, maliwanag na ang pagkakaiba sa pagitan ng t2 at t1 ay 1.1R dinxCx. Mula dito, mahihinuha natin na ang tagal ng panahon ng oscillation T ay maaaring tukuyin bilang T = 2.2 RxCx

At ang dalas sa gayon ay maaaring ipahayag bilang  

 Schmitt gatong Comparator at Oscillator | Kagulat-gulat at Bistable Multivibrator | Mahalagang pagsusuri

Pag-ikot ng tungkulin ng Oscillator

Ang porsyento ng oras ng output boltahe (V0) ng multi-vibrator ay nasa mataas na estado na ito ay partikular na tinukoy bilang duty cycle ng oscillator.

Ang ikot ng tungkulin ng oscillator ay           

Schmitt gatong Comparator at Oscillator | Kagulat-gulat at Bistable Multivibrator | Mahalagang pagsusuri

Tulad ng naobserbahan sa pigura, na naglalarawan ng boltahe ng output at boltahe ng capacitor kumpara sa oras, ang cycle ng tungkulin ay 50%.

Para sa higit pang artikulong nauugnay sa Elektronika pindutin dito

Tungkol kay Amrit Shaw

Schmitt gatong Comparator at Oscillator | Kagulat-gulat at Bistable Multivibrator | Mahalagang pagsusuriKumonekta sa aming dating may-akda: LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/amrit-shaw/)

en English
X