- ¿Cómo funciona este multivibrador Astable con amplificador operacional?
- El cálculo para el circuito multivibrador estable basado en amplificador operacional
- Componentes necesarios para construir un circuito multivibrador estable basado en amplificador operacional
- Circuito multivibrador de amplificador operacional - Esquema
- Prueba del circuito multivibrador Astable del amplificador operacional
El circuito multivibrador es un circuito muy popular y útil en el campo de la electrónica y es el circuito más básico que conocerá mientras aprende electrónica básica. El circuito multivibrador se puede dividir en dos categorías, la primera se conoce como multivibrador monoestable y la segunda se conoce como multivibrador astable. Pero en este proyecto, hablaremos sobre el multivibrador astable, a veces también conocido como multivibrador de ejecución libre.
Por definición, un circuito multivibrador Astable es un circuito que no tiene un estado estable. Significa que una vez encendido, se inicia y continúa oscilando entre los estados alto y bajo hasta que se apaga. Cuando se trata de hacer un multivibrador Astable, la forma más común es usar un 555 Timer IC. En uno de nuestros proyectos anteriores, hicimos un circuito multivibrador Astable usando el 555 Timer IC, puede verificarlo si está buscando algo así. Pero en un entorno de producción, mientras hay circuitos complejos involucrados, poner más circuitos integrados simplemente se suma al costo de la lista de materiales. Una solución más sencilla podría ser utilizar un amplificador operacional para generar una señal Astable. Este circuito se puede utilizar en una variedad de aplicaciones donde se requiere una señal de onda cuadrada simple.
Entonces, en este proyecto, vamos a construir un multivibrador Astable simple usando Op-amp, y veremos todos los cálculos necesarios para averiguar el período, por lo tanto, podemos calcular la frecuencia y el ciclo de trabajo del circuito. También hemos cubierto circuitos básicos de amplificador operacional como el amplificador sumador, el amplificador diferencial, el amplificador de instrumentación, el seguidor de voltaje, el integrador de amplificador operacional, etc.
¿Cómo funciona este multivibrador Astable con amplificador operacional?
La respuesta a esta pregunta es muy simple, pero para entender esto, es necesario entender primero un circuito que se conoce como el circuito disparador Schmitt, un circuito simplificado del disparador de Schmitt se muestra a continuación.
El circuito de disparo de Schmitt:
El esquema anterior muestra un circuito de amplificador operacional con retroalimentación positiva, cuando un amplificador operacional está configurado con retroalimentación positiva, se conoce comúnmente como el disparador Schmitt. Pero en aras de la simplicidad, entendamos el circuito de disparo de Schmitt.
Este circuito usa un divisor de voltaje para usar un dispositivo en el voltaje de salida y lo alimenta al terminal no inversor. Pero debido a la retroalimentación positiva, la salida crecerá continuamente hasta alcanzar la saturación.
Ahora, consideremos que el voltaje de salida del disparador Schmitt es igual al voltaje de saturación positivo definido como + Vsat y la fracción de este voltaje se le da al terminal no inversor.
Que es + Vsat x (R2 / (R1 + R2)). Ahora, si consideramos esta ecuación como X, la ecuación final se convierte en Xvsat. Donde X es el voltaje de retroalimentación, lo obtenemos del divisor de voltaje. Ahora, cuando el voltaje de entrada Vin es menor que el voltaje en Xvsat, entonces la salida tendrá un voltaje de saturación positivo. Porque la salida del amplificador operacional se puede dar como ganancia de bucle abierto multiplicada por la diferencia de voltaje de dos terminales. Que es AoL (VCC + - VCC-). Ahora, cuando el voltaje en el terminal inversor es mayor que Xvsat, la salida se saturará al voltaje de saturación negativo. Si pones los números en la ecuación anterior, puedes averiguarlo.
Para una mejor comprensión, si observamos la función de transferencia del circuito disparador Schmitt, se verá como la imagen que se muestra a continuación.
Aquí, el voltaje de umbral superior se representa como VUT y el voltaje de umbral inferior se representa como VLT. Como puede ver, cuando el voltaje de entrada es mayor que el voltaje de umbral superior, la salida cambiará de voltaje de saturación positivo a voltaje de saturación negativo. Siempre que la entrada sea menor que el voltaje de umbral más bajo, la salida cambiará de voltaje de saturación negativo a voltaje de saturación positivo. Este es el funcionamiento básico del circuito de disparo Schmitt.
En todos los escenarios anteriores, hemos proporcionado todas las señales externamente. Si proporcionamos retroalimentación a la entrada con la ayuda de un condensador y una resistencia, entonces podemos usar el circuito de disparo Schmitt como un multivibrador Astable. Puede ver el esquema de este circuito multivibrador Astable de amplificador operacional a continuación.
Funcionamiento del multivibrador Astable usando amplificador operacional:
Ahora, asumiremos que la salida del circuito está en voltaje de saturación positivo también porque hemos puesto una resistencia R3 como retroalimentación, la corriente comenzará a fluir a través de la resistencia R3 y el capacitor comenzará a cargarse lentamente. Como puede ver en la imagen de arriba, se muestra con la línea punteada negra. Cuando las cargas del capacitor alcanzan el voltaje de umbral superior, la salida cambiará de voltaje de saturación positivo a voltaje de saturación negativo. Cuando eso sucede, el capacitor comenzará a descargarse hacia el voltaje de saturación negativo. Ahora, cuando el voltaje en el terminal no inversor es ligeramente mayor que el terminal inversor, la salida volverá a cambiar de voltaje de saturación negativo a voltaje de saturación positivo. De esta manera mediante el proceso de carga y descarga,este circuito puede generar la señal Astable en la salida.
En este circuito, el período de tiempo depende del valor de la resistencia y el condensador. También depende del voltaje de umbral superior e inferior del amplificador operacional. Así es como funciona un circuito multivibrador Astable basado en amplificador operacional. Ahora que hemos entendido los conceptos básicos, podemos pasar al cálculo del circuito.
El cálculo para el circuito multivibrador estable basado en amplificador operacional
El período de tiempo o simplemente digamos que la frecuencia de salida está determinada por el valor de la resistencia R3, el condensador C1 y el valor de la relación de la resistencia de retroalimentación. Para simplificar, estamos calculando el valor de la resistencia y el condensador con un ciclo de trabajo del 50%. Si los voltajes superior e inferior son diferentes, entonces el ciclo de trabajo puede ser más o menos del 50%. Supondremos que la frecuencia de salida del circuito es de 1 KHz. Como la frecuencia es de 1 KHz, el período de tiempo T será de 1 ms, que podemos averiguar fácilmente con la fórmula T = 1 / F.
Para calcular el período de tiempo, se puede utilizar la fórmula que se muestra a continuación.
T = 2RC * logn ((1 + X) / (1-X))
Donde R es la Resistencia, C es la capacitancia, y tenemos que usar la función logarítmica natural para calcular el valor. La razón por la que tenemos que usar la función logarítmica natural está fuera del alcance de este artículo porque para eso tenemos que probar la fórmula que se muestra arriba.
Ahora, consideraremos los valores para R1 = R2 = 10K, C = 0.1uF y encontraremos el valor para R3. Sabemos que F = 1KHz.
Una vez hechos los cálculos, tenemos todos los valores, y ahora podemos pasar a hacer el circuito real y probarlo con el osciloscopio.
Componentes necesarios para construir un circuito multivibrador estable basado en amplificador operacional
Como se trata de un multivibrador Astable simple, los requisitos de los componentes para este proyecto son muy simples y puede obtenerlos en su tienda de pasatiempos local. La lista de componentes se da a continuación.
- Circuito integrado de amplificador operacional LM358 - 1
- Resistencias 10K - 2
- Resistencia 4.7K - 1
- Condensador 0.1uF - 2
- Diodo 1N4007 - 4
- Condensadores 1000uF, 25V - 2
- 4.5V - 0 - Transformador de 4.5V - 1
- Cable de CA - 1
- Protoboard - 1
- Conexión de cables
Circuito multivibrador de amplificador operacional - Esquema
El diagrama de circuito para el circuito multivibrador estable basado en amplificador operacional se muestra a continuación.
Prueba del circuito multivibrador Astable del amplificador operacional
La configuración de prueba para el circuito multivibrador basado en amplificador operacional se muestra arriba. Como puede ver, hemos usado un transformador con cuatro diodos y dos capacitores para producir un suministro de polaridad dual, y hemos usado dos resistencias de 10K, una resistencia de 4.7K y un capacitor de 0.1uF para construir el circuito alrededor del LM358 Op- amperio. A continuación se muestra una imagen clara del circuito.
Una vez que se completó el circuito, saqué mi osciloscopio Hantek para medir la frecuencia, y estaba alrededor de 920Hz. Estaba un poco apagado, pero eso se debe al valor de la resistencia y el condensador. Con eso concluimos el proyecto. A continuación se muestra una instantánea de la salida.
Espero que les haya gustado el artículo y hayan aprendido algo nuevo. Si tiene alguna pregunta sobre el artículo, puede hacerla en nuestro foro de Electrónica.