構(gòu)建一個(gè)帶有運(yùn)算放大器的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路

雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器是您可能在高中或大學(xué)學(xué)習(xí)過的基本電路之一，您可能已經(jīng)用 555 個(gè)定時(shí)器或運(yùn)算放大器、晶體管或電阻器等分立元件構(gòu)建了一個(gè)。這些電路通常被視為簡單的教育電路，但即使在今天，它們也被用于實(shí)際設(shè)計(jì)，這并不奇怪，例如，看看這個(gè)電子丟失脈沖檢測器。

在本文中，我們將借此機(jī)會設(shè)計(jì)和構(gòu)建一個(gè)帶有運(yùn)算放大器的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路，它可以根據(jù)觸發(fā)條件改變其狀態(tài)，我們將通過制作我們的實(shí)用版本來完成這篇文章。設(shè)計(jì)電路并用示波器對其進(jìn)行測試。

什么是雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路？

顧名思義，雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，這就是它被稱為雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的原因。如果您仔細(xì)閱讀雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路的主題，這就是您在典型教科書中會發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容。但這甚至意味著什么？這意味著在您提供適當(dāng)?shù)挠|發(fā)脈沖之前，該多諧振蕩器電路的輸出狀態(tài)不會改變?，F(xiàn)在，當(dāng)施加觸發(fā)脈沖時(shí)，該多諧振蕩器的輸出狀態(tài)將反轉(zhuǎn)并保持這種狀態(tài)，直到您提供另一個(gè)觸發(fā)脈沖。下圖將使您更好地了解該過程。

該電路也稱為觸發(fā)器或鎖存器。正如我們之前所討論的，該電路具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，這是鎖存器的基本特性。觸發(fā)器 和鎖存器是任何數(shù)字電子系統(tǒng)的基本構(gòu)建塊，可用于存儲信息（以理論上的方式）。

了解帶運(yùn)算放大器的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路

下圖顯示了帶有運(yùn)算放大器的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。

在上面的示意圖中，我們使用 C1 和 R1組成了一個(gè)微分電路。這個(gè)微分器電路負(fù)責(zé)將輸入的輸入脈沖轉(zhuǎn)換為一個(gè)短尖峰并用于觸發(fā)電路，但是為什么我們需要一個(gè)微分器電路呢？這用于改變兩個(gè)狀態(tài)之間的飽和狀態(tài)。在這個(gè)電路中，我們還必須使用帶有施密特觸發(fā)電路的遲滯來防止噪聲觸發(fā)電路。要了解施密特觸發(fā)器電路的工作原理，您可以查看我們之前關(guān)于帶運(yùn)算放大器的非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路的文章，其中我們已經(jīng)了解了有關(guān)施密特觸發(fā)器的所有信息，或者您可以查看我們關(guān)于施密特觸發(fā)器的專門文章。

雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路的計(jì)算非常簡單。在本節(jié)中，我們將全面了解它；在繼續(xù)之前要記住的一件事是，在觸發(fā)電路時(shí)，觸發(fā)脈沖的幅度應(yīng)大于電源電壓，否則電路將無法正確觸發(fā)，觸發(fā)特性也取決于施密特觸發(fā)電路。要觸發(fā)電路，正脈沖需要大于通過分壓器的正輸出電壓，同樣，負(fù)脈沖也需要更大。我們可以使用下面給出的兩個(gè)公式來計(jì)算它。

對于正觸發(fā)，我們可以使用-Vout X R3 / （R2 + R3），對于負(fù)觸發(fā)，我們可以使用+Vout X R3 / （R2 + R3）。

構(gòu)建雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路所需的組件

由于電路非常簡單，所需組件的列表也非常簡單，您可以在當(dāng)?shù)氐膼酆蒙痰曛姓业酱蟛糠诌@些組件。要構(gòu)建這個(gè)電路，我們只需要五個(gè)組件，它們的列表和圖像如下所示。

LM358 運(yùn)算放大器 - 1

觸覺開關(guān) - 2

10K 電阻 - 2

100R 電阻器 - 1

10nF 電容 - 1

運(yùn)算放大器雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路

基于運(yùn)算放大器的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路的完整電路圖如下所示。

在原理圖中，您可以看到我們使用了兩個(gè)按鈕來觸發(fā)電路。按鈕 S1 連接到 +VCC，按鈕 S2 連接到 -VCC。這是因?yàn)橐淖冞\(yùn)算放大器的輸出狀態(tài)，我們需要觸發(fā)運(yùn)算放大器。

雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路的測試

基于運(yùn)算放大器的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路的測試設(shè)置如上所示。如您所見，我們使用了一個(gè)帶有四個(gè)二極管和兩個(gè)電容器的變壓器來產(chǎn)生一個(gè)雙極性電源，這是為該電路供電所必需的，我們還使用了兩個(gè) 10K 電阻將電路配置為施密特觸發(fā)器。除此之外，我們使用了一個(gè) 100R 電阻和一個(gè) 0.1uF 電容來構(gòu)建觸發(fā)電路。最后，我們連接了兩個(gè)按鈕，并在基于 LM358 的運(yùn)算放大器旁邊完成了電路。電路的特寫圖像如下所示。

電路完成后，我拿出我的 Hantek 示波器并測量輸出，它處于正飽和區(qū)。它看起來像下面的圖片。

確認(rèn)后，我按下負(fù)觸發(fā)按鈕，觀察到輸出從正飽和區(qū)切換到負(fù)飽和區(qū)。我做了幾次以確認(rèn)電路工作正常。

最后，我將示波器置于單次捕捉模式，再次觸發(fā)電路，非常仔細(xì)地觀察輸出的切換。