Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt | Multivibrator Astabil dan Bistabil | Analisis penting

Pada artikel ini kita akan mempelajari tentang rangkaian Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt dengan parameter terkait yang berbeda secara rinci. Seperti yang telah kita lihat sampai sekarang bahwa Op-amp digunakan dalam berbagai bidang aplikasi dan menjadi perangkat yang serbaguna, pentingnya sebagai bagian dari rangkaian analog sangat besar. Salah satu aplikasi op-amp yang paling nyaman adalah sebagai rangkaian multivibrator. Kita akan mempelajari secara detail tentang jenis dan cara kerja rangkaian multivibrator yang dibangun dengan menggunakan op-amp (multivibrator op-amp) dan perangkat pasif lainnya seperti kapasitor, dioda, resistor dll.

Konten

  • Pengenalan Multivibrator
  • Penggunaan umpan balik positif di multivibrator
  • Apa pemicu Schmitt?
  • Schmitt memicu komparator sirkuit loop tertutup atau multivibrator bistable
  • Karakteristik transfer tegangan multivibrator Bistabil
  • Multivibrator astabil atau osilator pemicu Schmitt
  • Siklus kerja osilator

Pengenalan Multivibrator dan Sirkuit pemicu Schmitt

Rangkaian multivibrator adalah rangkaian logika sekuensial dan memiliki banyak jenis tergantung pada cara pembuatannya. Beberapa multivibrator dapat dibuat menggunakan transistor dan gerbang logika, bahkan ada chip khusus yang tersedia sebagai multivibrator seperti timer NE555. Rangkaian multivibrator op-amp memiliki beberapa keunggulan dibandingkan rangkaian multivibrator lainnya karena rangkaian tersebut memerlukan komponen yang jauh lebih sedikit untuk kerjanya, lebih sedikit bias, dan menghasilkan sinyal gelombang persegi panjang simetris yang lebih baik dengan menggunakan komponen yang relatif lebih sedikit.

Jenis Multivibrator

Terutama ada tiga jenis sirkuit multivibrator yang ada:

  1. Multivibrator astabil,
  2. Multivibrator monostable
  3. Multivibrator Bistabil.

Multivibrator monostabil memiliki satu status stabil, sedangkan jumlah status stabil yang dimiliki multivibrator bistabil adalah 2.

Seperti yang telah kita pelajari pada bagian sebelumnya tentang op-amp sebagai komparator, pada konfigurasi loop terbuka komparator dapat beralih secara tidak terkendali antara tegangan rel suplai saturasi positif dan tegangan rel suplai saturasi negatif ketika tegangan input mendekati tegangan input. ke tegangan referensi diterapkan. Oleh karena itu, untuk mengontrol peralihan tak terkendali antara dua keadaan ini, op-amp digunakan dalam konfigurasi umpan balik (sirkuit loop tertutup) yang secara khusus dikenal sebagai sirkuit pemicu Schmitt loop tertutup atau multivibrator bistable.

Penggunaan umpan balik positif dalam efek multivibrator dan histeresis

Sampai saat ini, kita telah mempelajari konfigurasi umpan balik negatif pada op-amp pada bagian sebelumnya. Ada juga jenis konfigurasi umpan balik yang dikenal sebagai umpan balik positif, yang juga digunakan untuk aplikasi tertentu. Dalam konfigurasi umpan balik positif, tegangan keluaran diumpankan kembali (terhubung) ke terminal masukan non-pembalik (positif) tidak seperti umpan balik negatif, di mana tegangan keluaran dihubungkan ke terminal masukan pembalik (negatif).

Sebuah op-amp yang dioperasikan dalam konfigurasi umpan balik positif cenderung tetap dalam kondisi keluaran tertentu di mana ia ada, yaitu baik keadaan positif jenuh atau negatif jenuh. Secara teknis, perilaku menempel di salah satu dari dua kondisi ini dikenal sebagai histeresis.

Jika sinyal input yang diterapkan di komparator terdiri dari beberapa harmonik tambahan atau lonjakan (noise), maka output dari komparator mungkin beralih ke dua status jenuh secara tidak terduga dan tidak terkendali. Dalam hal ini, kita tidak akan mendapatkan keluaran gelombang persegi simetris biasa dari bentuk gelombang sinusoidal masukan yang diterapkan.

Tetapi jika kita menambahkan beberapa umpan balik positif ke sinyal masukan pembanding, yaitu gunakan pembanding dalam konfigurasi umpan balik positif; kami akan memperkenalkan perilaku latching di negara bagian, yang secara teknis kami sebut sebagai histeresis ke dalam output. Sampai dan kecuali jika ada perubahan besar dalam besaran sinyal tegangan input AC (sinusoidal), efek histeresis akan terus membuat output rangkaian tetap dalam keadaan saat ini.

Apa pemicu Schmitt?

The Schmitt memicu atau multi-vibrator bi-stable beroperasi dalam konfigurasi umpan balik positif dengan gain loop lebih besar dari satu untuk bekerja sebagai mode bi-stable. Voltase V.+ dapat.

Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt | Multivibrator Astabil dan Bistabil | Analisis penting
Pembanding pemicu Schmitt
Schmitt memicu komparator atau bistable multivibrator
Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt | Multivibrator Astabil dan Bistabil | Analisis penting
Karakteristik transfer tegangan dari Pembanding pemicu Schmitt

Gambar di atas mewakili tegangan keluaran versus kurva tegangan masukan (yang juga dikenal sebagai karakteristik transfer tegangan), khususnya yang menunjukkan efek histeresis. Kurva karakteristik transfer memiliki dua daerah spesifik, kurva ketika tegangan input meningkat dan bagian kurva di mana tegangan input menurun. Tegangan V.+ tidak memiliki nilai konstan, tetapi sebagai fungsi dari tegangan keluaran V.0.

Karakteristik transfer tegangan

Dalam karakteristik transfer tegangan, V= VH, atau dalam kondisi tinggi. Kemudian,

Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt | Multivibrator Astabil dan Bistabil | Analisis penting

Tegangan Cross-over V yang lebih tinggiTH

Jika sinyal kurang dari V+, output tetap pada status tinggi. Tegangan cross-over VTH terjadi ketika V= V+ dan dinyatakan sebagai berikut:

Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt | Multivibrator Astabil dan Bistabil | Analisis penting

Saat Vi > VTH, tegangan pada terminal pembalik lebih dari pada terminal non-pembalik. Voltase V.+ kemudian berubah menjadi

Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt | Multivibrator Astabil dan Bistabil | Analisis penting

Tegangan Cross-over yang lebih rendah VTL

Sejak V<VH tegangan input Vi masih lebih dari V+, dan keluarannya berada dalam kondisi rendahnya sebagai Vi terus meningkat; Jika Vi menurun, selama tegangan input Vi lebih besar dari V+, output tetap dalam keadaan jenuh. Tegangan cross-over di sini dan sekarang terjadi saat V.= V+ dan V iniTL diekspresikan sebagai

Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt | Multivibrator Astabil dan Bistabil | Analisis penting

Sebagai Vi terus menurun, tetap kurang dari V.+; oleh karena itu, V0 tetap dalam kondisi tinggi. Karakteristik transfer ini dapat kita amati pada gambar di atas. Efek histeresis ditunjukkan dalam diagram karakteristik transfer bersih.

Apa itu osilator pemicu Schmitt?

Multivibrator astabil atau osilator pemicu Schmitt

Multivibrator astabil dilakukan dengan memasang jaringan RC ke sirkuit pemicu Schmitt dalam umpan balik –ve. Seperti yang akan kita lanjutkan melalui bagian ini, kita akan melihat bahwa rangkaian tidak memiliki status stabil dan oleh karena itu, ia juga dikenal sebagai rangkaian multivibrator astabil.

Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt | Multivibrator Astabil dan Bistabil | Analisis penting
Rangkaian Multivibrator Astabil atau Osilator pemicu Schmitt

Seperti yang terlihat pada gambar, jaringan RC diatur di jalur umpan balik negatif, dan terminal input pembalik terhubung ke tanah melalui kapasitor sementara terminal non-pembalik terhubung ke persimpangan antara resistor R1 Dan R2 seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Awalnya, R1 Dan R2 harus sama dengan R, dan asumsikan output beralih secara simetris sekitar nol volt, dengan output jenuh tinggi diwakili oleh V= VP dan output jenuh rendah ditunjukkan oleh V.= -VP. Jika Vrendah, atau V.= -VP, lalu V+ = - (1/2) VP.

Saat Vx turun sedikit di bawah V.+, output berubah menjadi tinggi sehingga V= + VP Dan V= + (1/2) VP. Persamaan tegangan yang melintasi kapasitor dalam jaringan RC dapat dinyatakan sebagai:

Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt | Multivibrator Astabil dan Bistabil | Analisis penting

Dimana τx adalah konstanta waktu yang dapat didefinisikan sebagai τx= RxCx. Tegangan Vx meningkat menuju tegangan akhir VP secara eksponensial sehubungan dengan waktu. Namun, saat Vx ternyata sedikit lebih besar dari V.= + (1/2) VP, output bergeser ke status V rendah0 = -VP Dan Vx = - (1/2) VP. RxCx jaringan dipicu oleh transisi tajam negatif dari tegangan, dan karenanya, kapasitor Cx mulai pemakaian, dan tegangan Vx menurun menuju nilai –VP. Karena itu kami dapat mengekspresikan Vas

Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt | Multivibrator Astabil dan Bistabil | Analisis penting

Dimana t1 mengacu pada waktu instan ketika output rangkaian beralih ke kondisi rendah. Pelepasan kapasitor secara eksponensial V+ = - (1/2) VP, output kembali bergeser ke tinggi. Proses ini berulang terus menerus dari waktu ke waktu, yang berarti sinyal keluaran gelombang persegi dihasilkan oleh osilasi rangkaian umpan balik positif ini. Gambar di bawah ini menunjukkan tegangan keluaran V.0 dan tegangan kapasitor Vx sehubungan dengan waktu.

Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt | Multivibrator Astabil dan Bistabil | Analisis penting
Osilator Pemicu Schmitt: Plot tegangan Output dan Tegangan Kapasitor sehubungan dengan waktu

Waktu t1 dapat ditemukan dengan mensubstitusi t = t1 Dan Vx = VP/ 2 dalam persamaan umum untuk tegangan melintasi kapasitor.

Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt | Multivibrator Astabil dan Bistabil | Analisis penting

Dari persamaan di atas saat kita mencari t1, kita mendapatkan

Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt | Multivibrator Astabil dan Bistabil | Analisis penting

Untuk waktu t2 (seperti yang diamati pada gambar di atas), kami mendekati dengan cara yang sama, dan, dari analisis serupa menggunakan persamaan di atas, terbukti bahwa perbedaan antara t2 dan T1 juga 1.1RxCx. Dari sini, kita dapat menyimpulkan bahwa periode waktu osilasi T dapat didefinisikan sebagai T = 2.2 R.xCx

Dan frekuensi dengan demikian dapat dinyatakan sebagai  

 Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt | Multivibrator Astabil dan Bistabil | Analisis penting

Siklus kerja Osilator

Persentase waktu tegangan keluaran (V0) dari multi-vibrator dalam keadaan tinggi secara khusus disebut sebagai siklus kerja osilator.

Siklus kerja osilator adalah           

Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt | Multivibrator Astabil dan Bistabil | Analisis penting

Seperti yang diamati pada gambar, yang menggambarkan tegangan keluaran dan tegangan kapasitor terhadap waktu, siklus kerja adalah 50%.

Untuk artikel terkait Elektronik lainnya klik disini

Tentang Amrit Shaw

Pembanding dan Osilator pemicu Schmitt | Multivibrator Astabil dan Bistabil | Analisis pentingTerhubung ke mantan penulis kami: LinkedIn(https://www.linkedin.com/in/amrit-shaw/)

en English
X