Circuito multivibrador astável usando op

O circuito multivibrador é um circuito muito popular e útil no campo da eletrônica e é o circuito mais básico que você conhecerá enquanto estiver aprendendo eletrônica básica. O circuito multivibrador pode ser dividido em duas categorias, a primeira é conhecida como multivibrador monoestável e a segunda como multivibrador astável. Mas neste projeto, vamos falar sobre o multivibrador astável, às vezes também conhecido como um multivibrador de funcionamento livre.

Por definição, um circuito multivibrador Astable é um circuito que não tem estado estável. Isso significa que, uma vez ligado, ele inicia e continua a oscilar entre os estados alto e baixo até que a energia seja desligada. Quando se trata de fazer um multivibrador Astable, a maneira mais comum é usar um 555 Timer IC. Em um de nossos projetos anteriores, fizemos um Circuito Multivibrador Astable Usando o 555 Timer IC, você pode verificar se estiver procurando por algo assim. Mas, em um ambiente de produção, enquanto há circuitos complexos envolvidos, colocar mais ICs apenas aumenta o custo de BOM. Uma solução mais simples poderia ser usar um amp Op para gerar um sinal Astable. Este circuito pode ser usado em uma variedade de aplicações onde um sinal de onda quadrada simples é um requisito.

Portanto, neste projeto, vamos construir um Multivibrador Astable simples usando Op-amp, e vamos dar uma olhada em todos os cálculos necessários para descobrir o período, portanto, podemos calcular a frequência e o ciclo de trabalho do circuito. Também cobrimos circuitos básicos de op-amp, como o amplificador somador, amplificador diferencial, amplificador de instrumentação, seguidor de tensão, integrador de amp op, etc.

Como funciona este Multivibrador Astable com Op-amp?

A resposta a esta pergunta é muito simples, mas para entender isso, você precisa primeiro entender um circuito que é conhecido como circuito de disparo Schmitt, um circuito simplificado do disparo Schmitt é mostrado abaixo.

O circuito Schmitt Trigger:

O esquema acima mostra um circuito Op-amp com feedback positivo, quando um Op-amp é configurado com feedback positivo, é comumente conhecido como gatilho Schmitt. Mas por uma questão de simplicidade, vamos entender o circuito de gatilho Schmitt.

Este circuito usa um divisor de tensão para usar um dispositivo na tensão de saída e alimenta o terminal não inversor. Mas, por causa do feedback positivo, a saída aumentará continuamente até atingir a saturação.

Agora, vamos considerar que a tensão de saída do gatilho Schmitt é igual à tensão de saturação positiva definida como + Vsat e a fração dessa tensão é dada ao terminal não inversor.

Que é + Vsat x (R2 / (R1 + R2)). Agora, se considerarmos esta equação como X, a equação final se torna Xvsat. Onde X é a tensão de feedback, obtemos do divisor de tensão. Agora, quando a tensão de entrada Vin é menor do que a tensão em Xvsat, a saída estará na tensão de saturação positiva. Porque a saída do op-amp pode ser dada como ganho de malha aberta multiplicado pela diferença de tensão de dois terminais. Que é AoL (VCC + - VCC-). Agora, quando a tensão no terminal de inversão é maior do que Xvsat, a saída saturará na tensão de saturação negativa. Se você colocar os números na equação acima, poderá descobrir isso.

Para melhor compreensão, se olharmos para a função de transferência do circuito de disparo Schmitt, ela se parecerá com a imagem mostrada abaixo.

Aqui, a tensão de limite superior é representada como VUT e a tensão de limite inferior é representada como VLT. Como você pode ver, quando a tensão de entrada é maior do que a tensão de limite superior, a saída mudará de tensão de saturação positiva para tensão de saturação negativa. Sempre que a entrada for menor que a tensão limite inferior, a saída mudará de tensão de saturação negativa para tensão de saturação positiva. Este é o funcionamento básico do circuito de gatilho Schmitt.

Em todos os cenários acima, fornecemos todos os sinais externamente. Se fornecermos feedback para a entrada com a ajuda de um capacitor e um resistor, então podemos usar o circuito de disparo Schmitt como um multivibrador Astable. Você pode ver o esquema deste circuito multivibrador Astable Op-amp abaixo.

Trabalho do Multivibrador Astable usando Op-amp:

Agora, vamos assumir que a saída do circuito está em tensão de saturação positiva também porque colocamos um resistor R3 como feedback, a corrente começará a fluir pelo resistor R3 e o capacitor começará a carregar lentamente. Como você pode ver na imagem acima, ele é mostrado com a linha pontilhada preta. Quando as cargas do capacitor atingem a tensão de limite superior, a saída mudará de tensão de saturação positiva para tensão de saturação negativa. Quando isso acontecer, o capacitor começará a descarregar em direção à tensão de saturação negativa. Agora, quando a tensão no terminal não inversor for um pouco maior do que no terminal inversor, a saída mudará novamente de tensão de saturação negativa para tensão de saturação positiva. Desta forma, pelo processo de carga e descarga,este circuito pode gerar o sinal Astable na saída.

Neste circuito, o período de tempo depende do valor do resistor e do capacitor. Também depende da tensão limite superior e inferior do amplificador operacional. É assim que funciona um circuito multivibrador Astable baseado em amp-Op. Agora que entendemos o básico, podemos passar ao cálculo do circuito.

O Cálculo para Circuito Multivibrador Astable baseado em amp Op

O período de tempo ou simplesmente a frequência de saída é determinado pelo valor do resistor R3, o capacitor C1 e o valor da relação do resistor de feedback. Para simplificar, estamos calculando o valor do resistor e do capacitor com um ciclo de trabalho de 50%. Se as tensões superior e inferior forem diferentes, o ciclo de trabalho pode ser maior ou menor que 50%. Assumiremos que a frequência de saída do circuito é 1KHz. Como a frequência é 1KHz, o período de tempo T será de 1ms, o que podemos descobrir facilmente pela fórmula T = 1 / F.

Para calcular o período de tempo, a fórmula mostrada abaixo pode ser usada.

T = 2RC * logn ((1 + X) / (1-X))

Onde R é a resistência, C é a capacitância, e temos que usar a função logarítmica natural para calcular o valor. A razão pela qual temos que usar a função logarítmica natural está fora do escopo deste artigo, pois para isso temos que provar a fórmula mostrada acima.

Agora, vamos considerar os valores de R1 = R2 = 10K, C = 0,1uF e descobriremos o valor de R3. Sabemos que F = 1KHz.

Assim que os cálculos forem feitos, temos todos os valores e agora podemos prosseguir para fazer o circuito real e testá-lo com o osciloscópio.

Componentes necessários para construir um circuito multivibrador astável baseado em amp op

Como este é um multivibrador Astable simples, os requisitos dos componentes para este projeto são muito simples e você pode obtê-los em sua loja local de hobbies. A lista de componentes é fornecida abaixo.

• IC LM358 Op-amp - 1
• Resistores 10K - 2
• Resistor 4.7K - 1
• Capacitor 0,1uF - 2
• Diodo 1N4007 - 4
• Capacitores 1000uF, 25V - 2
• Transformador 4,5 V - 0 - 4,5 V - 1
• Cabo AC - 1
• Placa de ensaio - 1
• Fios de conexão

Circuito Multivibrador Op-amp - Esquemático

O diagrama do circuito para o Circuito Multivibrador Astable baseado em amp Op é fornecido abaixo.

Testando o Circuito Multivibrador Astável Op-amp

A configuração de teste para o circuito multivibrador baseado em amp Op é mostrada acima. Como você pode ver, usamos um transformador com quatro diodos e dois capacitores para produzir uma fonte de polaridade dupla e dois resistores de 10K, um resistor de 4,7K e um capacitor de 0,1uF para construir o circuito em torno do LM358 Op- amp. Uma imagem clara do circuito é mostrada abaixo.

Depois que o circuito foi concluído, retirei meu osciloscópio Hantek para medir a frequência, e ele estava em torno de 920Hz. Estava um pouco estranho, mas isso se deve ao valor do resistor e do capacitor. Com isso, concluímos o projeto. Um instantâneo da saída é mostrado abaixo.

Espero que tenha gostado do artigo e aprendido algo novo. Se você tiver alguma dúvida sobre o artigo, pergunte em nosso fórum de Eletrônica.