使用运放的稳态多振电路

时间：2024-12-07 13:32:23

关键字：多谐振荡器电路 LM358运算放大器多振子电路

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[导读]多谐振荡器电路是一种非常流行和有用的电路在电子领域，它是最基本的电路，你会知道在学习基础电子学。多振子电路可分为两类，第一类称为单稳定多振子，第二类称为不稳定多振子。但在这个项目中，我们将讨论不稳定多谐子，有时也被称为自由运行多谐子。

多谐振荡器电路是一种非常流行和有用的电路在电子领域，它是最基本的电路，你会知道在学习基础电子学。多振子电路可分为两类，第一类称为单稳定多振子，第二类称为不稳定多振子。但在这个项目中，我们将讨论不稳定多谐子，有时也被称为自由运行多谐子。

根据定义，不稳定多振子电路是没有稳定状态的电路。这意味着一旦通电，它就会启动，并继续在高、低状态之间振荡，直到断电。当涉及到制作这样一个不稳定的多振子时，最常见的方法是使用555定时器IC。在我们之前的一个项目中，我们使用555定时器IC制作了一个不稳定的多振子电路，如果您正在寻找类似的东西，您可以检查一下。但是在涉及复杂电路的生产环境中，放置更多的IC只会增加BOM成本。一个更简单的解决方案是使用运算放大器来产生一个稳定的信号。该电路可用于要求简单方波信号的各种应用中。

因此，在这个项目中，我们将使用运算放大器构建一个简单的稳态多谐振荡器，我们将查看所有必要的计算以找出周期，因此我们可以计算电路的频率和占空比。我们还介绍了基本的运算放大器电路，如求和放大器，差分放大器，仪表放大器，电压跟随器，运算放大器积分器等。

这个带运放的稳定多谐振荡器是如何工作的?

这个问题的答案很简单，但要理解它，你需要首先了解一个电路，它被称为施密特触发电路，施密特触发的简化电路如下所示。

施密特触发电路：

上面的原理图显示了一个带正反馈的运算放大器电路，当一个运算放大器配置有正反馈时，它通常被称为施密特触发器。但是为了简单起见，让我们来理解一下施密特触发电路。

该电路使用分压器在输出电压中使用一个器件，并将其馈送到非反相终端。但由于正反馈，输出将不断增长，直到达到饱和。

现在，让我们考虑施密特触发器的输出电压等于正饱和电压，定义为+Vsat，这个电压的分数给到非反相端子。

也就是+Vsat x (R2/(R1+R2))现在如果我们把这个方程看成X，最后的方程就变成了xsat。其中X是反馈电压，我们从分压器得到。现在，当输入电压Vin小于xsat时，输出将处于正饱和电压。因为运算放大器的输出可以用开环增益乘以两端电压差来表示。也就是AoL(VCC+ - VCC-)现在，当反相端的电压大于xsat时，输出将在负饱和电压下饱和。如果你把这些数字代入上面的方程，你就能算出来。

为了更好地理解，如果我们看一下施密特触发电路的传递函数，它看起来像下图所示。

这里，上阈值电压表示为VUT，下阈值电压表示为VLT。可以看到，当输入电压大于上阈值电压时，输出将从正饱和电压切换到负饱和电压。当输入小于下阈值电压时，输出将从负饱和电压切换到正饱和电压。这是施密特触发电路的基本工作原理。

在上述所有场景中，我们都提供了所有的外部信号。如果我们在电容器和电阻器的帮助下为输入提供反馈，那么我们可以使用施密特触发电路作为一个不稳定的多谐振荡器。你可以在下面看到这个运放稳态多振器电路的原理图。

运放稳定多谐振荡器的工作原理

现在，我们假设电路的输出处于正饱和电压，因为我们有一个电阻R3作为反馈，电流将开始流过电阻R3，电容器将开始缓慢充电。正如您在上图中看到的那样，它用黑色虚线表示。当电容器充电达到上阈值电压时，输出将从正饱和电压切换到负饱和电压。当这种情况发生时，电容器将开始向负饱和电压放电。现在，当非反相端电压略高于反相端电压时，输出将再次从负饱和电压切换到正饱和电压。这样通过充放电过程，该电路可以在输出端产生稳态信号。

在这种电路中，时间周期取决于电阻器和电容器的值。它还取决于运算放大器的上、下阈值电压。这就是基于运放的稳态多振器电路的工作原理。既然我们已经了解了基础知识，我们可以继续进行电路的计算。您也可以查看我们关于稳定多谐振荡器的自由运行频率的文章来了解更多信息。

基于运放的稳态多振电路的计算

时间周期或者简单地说输出频率是由电阻R3的值、电容C1的值和反馈电阻比的值决定的。为简单起见，我们计算电阻和电容的值，占空比为50%。如果上下电压不同，则占空比可大于或小于50%。我们假设电路的输出频率为1KHz。由于频率为1KHz，所以时间周期T为1ms，我们可以很容易地从公式T=1/F中得到。

要计算时间段，可以使用下面的公式。