Генератор прямоугольных импульсов на NE555: принцип работы, схема и применение

Как работает генератор прямоугольных импульсов на микросхеме NE555. Какие компоненты нужны для его сборки. Где применяются такие генераторы. На что обратить внимание при разработке схемы.

Содержание

Принцип работы генератора импульсов на NE555

Микросхема NE555 представляет собой универсальный таймер, который можно настроить для генерации прямоугольных импульсов. Принцип работы генератора на NE555 основан на заряде и разряде внешнего конденсатора:

  • Когда напряжение на конденсаторе достигает 2/3 от напряжения питания, срабатывает внутренний компаратор и выход микросхемы переключается в низкое состояние.
  • Конденсатор начинает разряжаться через резистор до уровня 1/3 от напряжения питания.
  • При достижении этого уровня срабатывает второй компаратор, и выход переключается обратно в высокое состояние.
  • Процесс повторяется, формируя на выходе прямоугольные импульсы.

Частота генерируемых импульсов зависит от номиналов внешних резистора и конденсатора и может быть рассчитана по формуле:


f = 1 / (0.7 * (R1 + 2R2) * C)

Где R1 и R2 — сопротивления резисторов, C — емкость конденсатора.

Схема генератора импульсов на NE555

Базовая схема генератора прямоугольных импульсов на NE555 выглядит следующим образом:

[Здесь можно было бы разместить изображение схемы]

Основные компоненты схемы:

  • Микросхема NE555
  • Резистор R1 (1-100 кОм)
  • Резистор R2 (1-100 кОм)
  • Конденсатор C1 (1 нФ — 100 мкФ)
  • Источник питания 5-15 В

Для стабильной работы рекомендуется также добавить развязывающий конденсатор 0.1 мкФ между выводами питания и земли микросхемы.

Применение генераторов прямоугольных импульсов

Генераторы на базе NE555 находят широкое применение в различных электронных устройствах:

  • Формирование тактовых сигналов для цифровых схем
  • Генерация звуковых сигналов
  • Управление светодиодной индикацией
  • Модуляция сигналов в системах передачи данных
  • Формирование временных интервалов в таймерах
  • Тестирование и отладка электронных устройств

На что обратить внимание при разработке

При проектировании генератора импульсов на NE555 следует учитывать несколько важных моментов:


  • Диапазон рабочих частот NE555 составляет примерно от 0.1 Гц до 500 кГц. На более высоких частотах стабильность работы ухудшается.
  • Для получения симметричных импульсов (скважность 50%) следует выбирать R2 значительно больше R1.
  • Чем меньше емкость конденсатора C1, тем выше будет частота генерации.
  • Для уменьшения джиттера рекомендуется использовать качественные компоненты с малым температурным дрейфом.
  • При работе на высоких частотах важно обеспечить хорошую развязку по питанию и минимизировать длину проводников.

Как рассчитать номиналы компонентов

Для расчета номиналов компонентов генератора можно использовать следующий алгоритм:

  1. Определите требуемую частоту генерации f.
  2. Выберите емкость конденсатора C из диапазона 1 нФ — 100 мкФ.
  3. Рассчитайте суммарное сопротивление R по формуле: R = 1 / (1.4 * f * C).
  4. Выберите R1 = R/3, R2 = 2R/3 для получения скважности близкой к 50%.
  5. Округлите полученные значения до ближайших стандартных номиналов.

При необходимости точной подстройки частоты можно заменить R2 на переменный резистор.


Преимущества и недостатки генератора на NE555

Генератор прямоугольных импульсов на базе NE555 имеет ряд достоинств:

  • Простота схемы и доступность компонентов
  • Широкий диапазон рабочих частот
  • Возможность работы в нестабильных условиях
  • Низкая стоимость реализации

Однако у такого решения есть и некоторые недостатки:

  • Относительно высокий джиттер на высоких частотах
  • Нестабильность частоты при изменении напряжения питания
  • Ограниченная точность установки частоты
  • Сложность получения коротких импульсов

Альтернативные решения

Для генерации прямоугольных импульсов можно использовать и другие схемотехнические решения:

  • Генераторы на логических элементах (например, на инверторах)
  • Генераторы на операционных усилителях
  • Специализированные микросхемы генераторов (например, серия 74HC)
  • Кварцевые генераторы (для высокостабильных частот)
  • Программируемые генераторы на микроконтроллерах

Выбор конкретного решения зависит от требований к стабильности частоты, диапазону перестройки, уровню выходного сигнала и другим параметрам.


Заключение

Генератор прямоугольных импульсов на NE555 представляет собой простое и эффективное решение для многих практических задач. Понимание принципов его работы и особенностей проектирования позволяет создавать надежные устройства для широкого спектра применений. При этом важно учитывать ограничения данной схемы и при необходимости рассматривать альтернативные варианты реализации генераторов импульсов.


Генераторы прямоугольных импульсов | Основы электроакустики

Главная » Генераторы сигналов

Генераторы прямоугольных импульсов

 

В электронной технике широко применяются устройства, форма выходного напряжения которых резко отличается от синусоидальной. Такие колебания называют релаксационными, мультивибратор представляет собой разновидность одного из релаксационных генераторов. Мультивибратор (от латинских слов

multim – много и vibro – колебание) – релаксационный генератор импульсов прямоугольной формы, выполненный в виде усилительного устройства с цепью положительной обратной связи (ПОС).

Генераторы импульсных сигналов могут работать в одном из трех режимов: автоколебательном, ждущем или синхронизации.

В автоколебательном режиме генераторы непрерывно формируют импульсные сигналы без внешнего воздействия. В ждущем режиме генераторы формируют импульсный сигнал по приходу внешнего (запускающего) импульса. В режиме синхронизации генераторы вырабатывают импульсы напряжения, частота которых равна или кратна частоте синхронизирующего сигнала.

Сущность работы мультивибратора – переключение энергии конденсатора C с заряда на разряд, от источника питания к резистору R. Это переключение осуществляется с помощью электронных ключей.

Мультивибратор можно построить на базе биполярных и полевых транзисторов, операционных усилителей, таймеров, выполненных в виде интегральных микросхем, потенциальных логических элементов или специализированных интегральных микросхем. Последний вариант получает все большее распространение.

Генераторы импульсов на операционных усилителях. На рис. 16.7 показан классический релаксационный RС-генератор. Работает он таким образом: допустим, что когда впервые прикладывается напряжение, выходной сигнал ОУ выходит на положительное насыщение (каким образом это произойдет – неважно). Конденсатор начинает заряжаться до напряжения UВХ ВЫКЛ спостоянной времени, равной τ = RC.Когда напряжение конденсатора достигнет напряжения UВХ ВЫКЛ R1 / (R1+R2), ОУ переключается в состояние отрицательного насыщения (он включен как триггер Шмитта) и конденсатор начинает разряжаться до UВХ ВКЛR
1
/(R1+R2), с той же самой постоянной времени. Цикл повторяется с не зависящим от напряжения питания периодом (рис. 16.8):  T =    В случае использования вместо резистора R двух разных резисторов и диодов можно построить несимметричный мультивибратор (рис.16.9), у которого длительности положительного и отрицательного импульсов не совпадают.

Разная длительность положительного и отрицательного импульсов обеспечивается различными постоянными времени перезаряда емкостей τ1 и τ2τ1 = R3C; и τ2 =R4C.  (16.8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 16.7. Генератор прямоугольных импульсов на ОУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.16.8. Временные диаграммы работы генератора

 

Функциональные генераторы, которые одновременно вырабатывают колебания различных видов: прямоугольные, треугольные, синусоидальные, можно реализовать на ОУ. Генерация переменного напряжения треугольной формы осуществляется по простой схеме с помощью интегратора и триггера Шмитта. В свою очередь, используя простой блок формирования синусоидальной функции (например, фильтр нижних частот) из треугольного напряжения можно получить синусоидальное. Структурная схема такого генератора изображена на рисунок 16.10.

 

Рис. 16.11. Принципиальная схема функционального генератора

Амплитуда треугольного напряжения  зависит только от установки уровня срабатывания триггера Шмитта и составляет

 

UD = Uмакс(16.9)

 

где Uмакс– граница насыщения операционного усилителя DA1. Период колебаний равен удвоенному времени, которое необходимо интегратору, чтобы его выходное напряжение изменялось от  до . Отсюда следует:   Т = 4RCТаким образом, частота формируемого напряжения не зависит от уровня границы насыщения Uмакс операционного усилителя.

Одновибратор – это мультивибратор в ждущем режиме. Исходя из функциональных признаков, одновибратору часто присваивают и другие названия: спусковая система, заторможенный мультивибратор, однотактный релаксатор и др. Однако независимо от названия одновибратор представляет собой устройство с положительной обратной связью, имеющее одно устойчивое и одно временно-устойчивое состояние, формирующие одиночный прямоугольный импульс.

Формирование импульса прямоугольной формы осуществляется одновибратором после поступления запускающего импульса, который переводит одновибратор из устойчивого состояния во временно устойчивое. Момент окончания временно устойчивого состояния определяется времязадающей цепочкой. Изменяя постоянную времени цепочки (плавно или скачком), можно регулировать длительность выходных импульсов в широких пределах. Поэтому одновибраторы широко применяются для формирования прямоугольных импульсов заданной длительности и амплитуды и для задержки импульсов на заданное время.

Одновибратор может быть получен из автоколебательного мультивибратора, если его принудительно запереть в одном из временно устойчивых состояний, превратив его в устойчивое (рис. 16.12).

В схему введены диод VD2, осуществляющий ждущий режим и цепь запуска на элементах С1, R3, VD1. Схема имеет одно устойчивое состояние, когда напряжение на выходе равно отрицательному напряжению насыщения ОУ U– .

В исходном состоянии (на выходе U–) диод VD2 открыт, напряжение на инвертирующем входе UИ примерно равно нулю, а напряжение на неинвертирующем входеUН = U– R2 / (R1 + R2), UН – UИ < 0, UВЫХ = U– .Диод VD1, подключенный к неинвертирующему входу, заперт. В момент времени t1 (рис. 16.13) входной сигнал открывает этот диод, на неинвертирующий вход подается положительный сигнал, (на инвертирующем входе остается нулевой сигнал), на выходе ОУ появляется положительной напряжение. После этого начинается заряд конденсатора C. Когда напряжение на нем становится больше напряжения UН = U+ R2 / (R1 + R2), дифференциальный сигнал UН – UИ становится отрицательным и ОУ возвращается в исходное устойчивое состояние. Очередной запускающий импульс можно подавать только после момента времени t3.

 

 

 

 

 

Рис.16.12. Принципиальная схема одновибратора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.16.13. Временные диаграммы работы одновибратора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Генераторы импульсов на интегральных микросхемах таймеров

Генераторы на логических элементах

Импульсные стабилизаторы напряжения

Триггер Шмитта

Кварцевые генераторы

Аналоговые компараторы напряжения Устройство и принцип действия

Генераторы гармонических колебаний

Генераторы сигналов

Мультивибратор на компараторе / Хабр

Предыстория

Однажды мне потребовалось повозиться с силовой электроникой и понадобился генератор прямоугольных импульсов с выходным напряжением порядка 24В и частотой колебаний 50. .100 кГц. С оборудованием было сложно и пришлось, как всегда, обходиться подручными средствами.

Самое простое решение — сделать мультивибратор на 2-х транзисторах. Но этот вариант плохой, во-первых, транзисторный мультивибратор не дает импульсов с крутыми фронтами, а это значит, что если он управляет силовыми ключами преобразователя, то в них возникнут большие потери на переключение. Во-вторых, частота колебаний мультивибратора сильно зависит от питающего напряжения. 

Происходит это потому, что при переключении мультивибратора к переходу база-эмиттер закрытого транзистора прикладывается запирающее напряжение, практически равное напряжению питания.

Итак, на базу транзистора попадает -24В, а напряжение пробоя перехода -5..-10В. Естественно, при переключении происходит лавинный пробой перехода. Мультивибратор, конечно, будет работать, но надежность его работы невысока, а частота колебаний сильно зависит от напряжения питания.

Решение задачи

Что же делать? Напряжение 24В выдержит любой операционный усилитель, поэтому можно сделать мультивибратор на ОУ, а еще лучше на компараторе. Компаратор специально спроектирован так, чтобы получить максимальную скорость переключения. Схему такого мультивибратора можно найти в любом учебнике электроники, например, в [1] или [2].

Рис.1. Теория.

Как она устроена? Смотрим на рисунок. В схеме есть заряд-разрядная цепочка RC и управляемый делитель напряжения R1, R2, R3. Напряжение на делителе управляется напряжением на выходе компаратора. Если на выходе компаратора будет логическая единица, то оно равно V1, а если логический ноль, то V0. 

Как работает схема? Подадим питание. В начальный момент времени конденсатор С еще не зарядился, и напряжение на нем и на инвертирующем (минусовом) входе компаратора равно нулю. На не инвертирующем (плюсовом) входе напряжение больше нуля. Поэтому на выходе компаратора будет логическая единица, т. е. напряжение, почти равное напряжению питания Vs (если Rн намного меньше R3).

Напряжение на “плюсовом” входе V1 задает делитель, верхнее плечо которого образуют резисторы R1 и R3, подключенные параллельно к источнику Vs, а в нижнем плече стоит резистор R2.

Конденсатор C постепенно заряжается выходным напряжением компаратора. Как только напряжение на конденсаторе достигает напряжения V1, компаратор перебросится и на его выходе появляется логический ноль. 

Напряжение на управляемом делителе уменьшится до величины V0 (сейчас в верхнем плече стоит резистор R1, а в нижнем параллельно соединенные R2 и R3). Конденсатор С2 станет разряжаться. Как только напряжение на нем достигнет напряжения V0, компаратор снова перебросится и далее цикл колебаний повторится.

Расчет периода

Теперь можно рассчитать период колебаний мультивибратора. 

По закону Ома напряжение V1 равно:

Преобразуем эту формулу через проводимости: 

V1 = Vs / ( 1 + R1||R3 / R2 ) = Vs / ( 1 + y2 / (y1 + y3) ) = Vs ( y1 + y3 ) / ( y1 + y2 + y3 )

Если все сопротивления равны, то V1 = (2 / 3) Vs

Затем находим напряжение V0 оно равно:

Преобразуем эту формулу через проводимости:

V0 = Vs / (1 + R1 / R2||R3 ) = Vs / ( 1 + ( y2 + y3 ) / y1 ) = Vs y1 / ( y1 + y2 + y3 )

Если все сопротивления равны, то V0 = Vs / 3

При переключении компаратора конденсатор С разряжается по экспоненте. Время разряда равно времени заряда и равно половине периода. Тогда:

Отсюда T = 2 RC ln( V1 / V0 ) = 2 RC ln[ ( y1 + y3 ) / y1 ]

Окончательно период мультивибратора равен:

В частном случае, если R1 = R3 период T= 1,386 RC

Если же R3 = 2 R1 период T= 0,811 RC

Практика

После этих глубоких изысканий пора приступить к делу 🤠. Берем самый распространенный компаратор LM311. Предельное напряжение его питания 36 В. Это подходит. Предельный выходной ток 50 мА. Сопротивление нагрузки выбираем 2 кОм, при этом ток через него 12 мА, а выделяемая мощность 144 мВт, что вполне приемлемо. Сопротивления R1 — R3 должны составлять десятки килоом, причем R3 по крайне мере на порядок больше чем Rн. Выбираем их значения равными 20 кОм. Емкость конденсатора C = 2200 пФ.

Рис.2. Практическая схема.

Чтобы не тратить время на разводку печатной платы, я воспользовался многоразовой макеткой. Получившаяся экспериментальная установка показана на рисунке 3.

Рис.3. Эксперимент.

Видно, что верхушка импульсов из-за тока зарядки конденсатора слегка «скошена». Частота колебаний получилась 14,12 кГц, а расчетная 16,4 кГц, расхождение почти 14% , что явно больше 5% допуска элементов. Почему так происходит? Чтобы разобраться, возьмем несколько попавшихся под руку конденсаторов и измерим как меняется частота от емкости.

Емкость конденсатора, пФ

Тип, вид диэлектрика

Частота колебаний, кГц

Собственная емкость монтажа

1350

47

К10-17б имп, NP0

486

680

К10-17б имп, NP0

48,26

1000

К73-17, NP0

35,06

2200

К10-17б имп, X7R

14,12

Максимально возможная частота колебаний определяется собственной емкостью компаратора и монтажа См и равна 1350 кГц. Отсюда нетрудно вычислить, что См=27 пФ. Фронты импульсов показаны на рисунке 4 слева, их форма сильно завалена. Достаточно крутые фронты можно получить на частоте ниже 500 кГц.

Рис.4. Работа на высоких частотах.

Сравним теорию с практикой с учетом емкости монтажа.

Емкость, пФ

Частота теоретическая, кГц

Частота практическая, кГц

Погрешность, %

27

1350

1350

0

47+27

487,5

486

-0,3

680+27

51,025

48,26

-5

1000+27

35,13

35,06

-0,1

2200+27

16,2

14,12

-12,8

Теперь ясно, что все дело в диэлектрике. Диэлектрическая проницаемость керамики X7R, а особенно Y5V, сильно зависит от напряжения и температуры. Поэтому конденсаторы с таким диэлектриком не стоит применять в частотозадающих и интегрирующих цепях.

Конечно, вместо LM311 можно применить и аналогичные отечественные компараторы 521СА3 или 554СА3, в этой схеме они работают ничуть не хуже [3].

Стало интересно, а как поведет себя схема при изменениях температуры?

Чтобы это узнать я сделал другой макет. Резисторы брались высокоточные, типа С2-29В 0,1% R1-R3=30,1 кОм, R=37,5 кОм, а конденсатор С марки К73-17 величиной 0,1 мкФ.

Расчетный период схемы T = 1,386 RC = 5,2 мс соответствует частоте 192,4 Гц.

Температура, ℃

Частота,Гц

Отклонение, %

+85

191,4

-1,2

+25

193,7

0

-40

200,9

+3,7

Максимальное отклонение частоты в индустриальном диапазоне температур составило почти 4%. Но его можно уменьшить, применив высокостабильный конденсатор К71-7, а также микросхемы с низкими входными токами и температурным дрейфом напряжения смещения.

Литература.
  1. П. Хоровиц. У. Хилл. Искусство схемотехники: Пер. с англ. — Изд. 7-е. — М.: Мир, БИНОМ, 2011. — 704c. ил./ Cтр.321.

  2. Г.И. Волович. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. 2-е изд, испр. — М.: Додека, 2007. — 528c. ил./ Cтр.197.

  3. Б. Успенский. Интегральные компараторы напряжения //В помощь радиолюбителю: Сборник.Вып.97/ Сост Б.Г.Успенский — М.:ДОСААФ, 1987. — 78.с ил./ Стр.49.

Схема генератора прямоугольных импульсов на ИС операционного усилителя 741

Электронные схемыСхемы операционных усилителей

AdminПоследнее обновление: 21 августа 2022 г.

2 2 минуты чтения

В этом уроке мы познакомимся со схемой генератора прямоугольных импульсов с ИС ОУ 741 . Операционный усилитель может быть сконфигурирован для генерации треугольной формы волны.


Содержание

Обзор

Операционный усилитель 741 IC — один из самых популярных и универсальных операционных усилителей, который можно использовать во многих приложениях, включая компаратор, генератор волн, усилитель и т. д.

Генератор прямоугольных импульсов представляет собой электронную схему, которая генерирует прямоугольные импульсы. Генератор прямоугольных сигналов на основе операционного усилителя представляет собой простую схему, которая широко используется в функциональных генераторах. Схема генератора прямоугольных импульсов разработана с использованием операционного усилителя 741.


Список материалов

Ниже перечислены компоненты, необходимые для практического изучения данного руководства.

С.Н. Компоненты Описание Количество
1 Резистор 10 кОм 2
2 Резистор 12 кОм 1
3 Конденсатор 1 мкФ, 16 В (электролитический конденсатор) 1
4 ИС операционного усилителя LM741
1

ИС операционного усилителя LM741

LM741 — микросхема операционного усилителя с множеством функций. IC доступен во многих различных упаковках. Количество транзисторов, используемых во внутренней схеме ИС, равно 20. ИС может использоваться в широком диапазоне аналоговых проектов.

Такие характеристики, как высокий коэффициент усиления, низкое потребление тока и широкий диапазон напряжений питания, делают его идеальным для использования в схемах с батарейным питанием. Кроме того, ИС также защищена от перегрузки с обеих сторон, т. е. входа и выхода, эта функция защищает внутреннюю схему ИС от повреждения при перегрузке.

Проверьте спецификации IC LM741


Схема генератора прямоугольных импульсов

Схема генератора прямоугольных импульсов с использованием операционного усилителя показана на рисунке ниже. Один конденсатор подключается к инвертирующей клемме операционного усилителя одним контактом, соединенным с землей, а резистор для зарядки и разрядки конденсатора также подключается к инвертирующей клемме к выходу.

Один делитель напряжения состоит из двух резисторов и подключается к выходу и земле на неинвертирующем контакте.


Работа генератора прямоугольных импульсов с использованием операционного усилителя 741

Предположим, что напряжение на инвертирующем выводе равно V2, что равно напряжению на конденсаторе. Также предположим, что напряжение на неинвертирующем выводе равно V1. Разница напряжений между неинвертирующей и инвертирующей клеммами называется дифференциальным входным напряжением и определяется Vin.

В исходном состоянии, когда конденсатор полностью разряжен, напряжение на инвертирующем выводе будет равно нулю, т.е. V2 = 0В

Следовательно, дифференциальное входное напряжение (Vin) = V1-V2 = V1-0 = V1

Когда Vin положительное, выход также положительный, в этом случае конденсатор начинает заряжаться через резистор R2 до положительного напряжения насыщения. пока V1 = V2.

Когда напряжение на конденсаторе увеличивается немного больше, чем дифференциальное напряжение V1.
Отрицательное Vin = V1-V2 (V2>V1)

Затем выход будет переключаться с положительного напряжения насыщения на отрицательное напряжение насыщения. В этом случае конденсатор начинает разряжаться через резистор R2, потому что V2 становится больше, чем Vвых. Опять же, после достижения V2 немного меньше, чем V1, выход снова переключится на положительное напряжение насыщения. Этот процесс повторяется снова и снова, в результате чего генерируется прямоугольная волна.


Моделирование схемы

Схема может быть смоделирована с помощью программного обеспечения Proteus. Моделирование схемы ниже дает идеальный выходной сигнал на осциллографе. Вы можете изменить значение резисторов, чтобы наблюдать за изменением формы сигнала.

Вы также можете проверить этот пост: Схема генератора треугольных волн с операционным усилителем IC 741, и для просмотра формы волны вы можете создать свой собственный осциллограф DIY дома.

Связанные статьи

Схема генератора прямоугольных импульсов с операционным усилителем IC 741 — Circuit Schools

В этом уроке вы узнаете о схеме генератора прямоугольных импульсов с использованием OP-AMP IC741 . С помощью нескольких резисторов и конденсаторов, подключенных к операционному усилителю , мы создадим прямоугольную волну на выходе. Используя эту прямоугольную волну, вы также можете генерировать треугольную волну, о которой мы расскажем в нашей следующей статье.

Итак, сначала давайте кратко узнаем об операционном усилителе, затем создадим с ним схему, а затем изучим как работает схема генератора прямоугольных импульсов с подробными формулами. Генератор прямоугольных импульсов также называется Нестабильный мультивибратор .

Содержание

Что такое операционный усилитель OP-AMP?

Операционный усилитель (ОА или операционный усилитель) представляет собой усилитель с высоким коэффициентом усиления, напрямую связанный, который обычно питается от положительных и отрицательных источников, что позволяет ему получать отклонения как над, так и под землей или в опорной точке, которые обдуманный. Он особенно характеризуется своей реакцией на: частоту, изменение фазы и высокий коэффициент усиления, который определяется внешней обратной связью. Благодаря своей конструкции он имеет высокое входное сопротивление (Z) и очень низкое выходное сопротивление. Это символ:

ИС операционного усилителя LM741 Обзор:

LM741 представляет собой интегральную схему, соответствующую серии операционных усилителей, которые предназначены для общих целей, поскольку они используются в качестве компараторов, мультивибраторов или усилителей.

Этот усилитель появился на свет в 1963 году в руках Fairchild Semiconductors с целью создания «вездеходного» операционного усилителя. Регистрационный номер этой интегральной схемы не случаен:

  • Число 741 означает, что операционный усилитель состоит из 7 функциональных контактов.
  • 4 контакта с возможностью приема входного сигнала
  • И только 1 выходной контакт
  • Так и образуется число 7-4-1 .

Так же, как и данные, внутри них находится очень сложное расположение резисторов, конденсаторов и, прежде всего, транзисторов, именно это расположение обеспечивает все волшебство и заключено в единую схему.

ОУ LM741 Схема контактов:

Ниже приведена микросхема LM741 вместе со схемой выводов.

Как мы уже говорили, есть 4 входных контакта зеленого цвета и один выходной контакт на контакте 6. И имеет 7 используемых контактов.

Схема генератора прямоугольных импульсов

Принципиальная схема нестабильного мультивибратора приведена ниже.

 

Как видно из приведенной выше схемы генератора прямоугольных импульсов, конденсатор C и один резистор R подключены к инвертирующему выводу операционного усилителя. Неинвертирующий вывод соединен с делителем напряжения, который имеет 2 резистора R1 и R2. Мы подадим питание +12 вольт и +12 вольт на контакты 7 и 4 операционного усилителя 741 соответственно.

Итак, выше показана схема для ОУ в качестве генератора прямоугольных импульсов. На выходе Vo, если мы заставим его переключаться между положительным напряжением насыщения, а также отрицательным напряжением насыщения, мы можем получить прямоугольную волну на выходе этой схемы операционного усилителя. Он также известен как нестабильный мультивибратор или автономный мультивибратор.

Работа генератора прямоугольных импульсов с использованием операционного усилителя 741

предположим, что напряжение на инвертирующем выводе равно V2, что представляет собой не что иное, как напряжение на конденсаторе C. назовем напряжение на неинвертирующем выводе как V1, а дифференциальное напряжение принимается за вид. Vid — дифференциальное напряжение между неинвертирующей и инвертирующей клеммами.

Дифференциальное напряжение Vid = V1-V2

Как только мы подаем напряжения питания на этот операционный усилитель, изначально конденсатор C не имеет заряда, поэтому на начальном этапе V2 можно принять за 0 вольт. Тогда дифференциальное напряжение принимается Vid = V1-0.

Теперь у вас возникнут сомнения в том, что такое напряжение на V1, потому что мы не предоставляем здесь никаких входных данных. Таким образом, V1 является не чем иным, как функцией выходного напряжения смещения, а также зависит от значений R1 и R2.

Таким образом, в начальном состоянии Vid представляет собой не что иное, как выходное напряжение смещения, но оно может быть положительным или отрицательным и зависит от полярности выходного напряжения смещения.

Теперь посмотрим на соответствующие сигналы схемы. Так как Vid в этом случае положителен, коэффициент усиления этого операционного усилителя максимален, потому что C не имеет никакого заряда. так что это положительное напряжение приведет к положительному напряжению насыщения на выходе операционного усилителя. Таким образом, мы можем изобразить начальную волну как: если Vid положительный, то на выходе будет положительное напряжение насыщения.

Теперь в это время конденсатор C начинает заряжаться в сторону положительного напряжения насыщения через этот резистор R и увеличивает свое напряжение V2 от 0 до определенного значения. скажем, как V1, потому что после получения значения V1 или после получения значения немного больше, чем V1. V2 даст отрицательный выход, и выход будет переключен с положительного напряжения насыщения на отрицательное напряжение насыщения.

Когда выход находится в отрицательном напряжении насыщения, конденсатор C начнет разряжаться до определенного уровня через резистор R. И когда V2 станет немного меньше, чем V1, выход снова переключится на положительное напряжение насыщения. Этот процесс продолжается снова и снова, что приводит к генерации прямоугольной волны.

Здесь величина V1 зависит от R1, R2 и Vsat. Уравнение для V1 можно записать, как показано ниже.

Здесь время T равно

Как мы знаем, Частота = 1/Время

Решая это уравнение, далее мы получаем уравнение для частоты fo как

Частота волны обратно пропорциональна R и C.

Давайте составим квадрат частоты 1 кГц волна

Здесь частота = 1 кГц, конденсатор C = 0,05 мкФ и R1 = 10 кОм, так как из приведенного выше уравнения R2 = 1,16 R1, мы получаем R2 = 11,6 кОм.

Чтобы получить значение R, используйте приведенное ниже уравнение

, подставив значения, которые мы уже знаем, мы можем получить значение R как 10 кОм.

Теперь давайте создадим схему для генератора прямоугольных импульсов частотой 1 кГц.

Для этой схемы нестабильного мультивибратора нам понадобится

  • ОУ 741 IC
  • 2 резистора по 10 кОм
  • 1X 11,6K резистор
  • 1X Конденсатор 0,05 мкФ
  • Провода для подключения

Моделирование генератора прямоугольных импульсов в программном обеспечении Proteus

Вы можете спроектировать и смоделировать эту схему в программном обеспечении Proteus, которое имеет множество компонентов и, в основном, цифровой осциллятор, который нам нужен для проверки форм сигналов в этой схеме. Мы использовали его и поделились скриншотом прямоугольной волны ниже.

Или, если вы построили эту схему и хотите протестировать ее вживую, обратитесь к этой статье, в которой вы сможете собрать самодельный осциллограф с помощью Raspberry Pi Pico: Осциллограф для смартфона своими руками с использованием Raspberry Pi Pico.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *