Comparateur et oscillateur de déclenchement Schmitt | Multivibrateur astable et bistable | Analyse importante

Dans cet article, nous étudierons en détail le comparateur de déclenchement de Schmitt et les circuits de l'oscillateur avec différents paramètres connexes. Comme nous l'avons vu jusqu'à présent, un ampli-op est utilisé dans divers domaines d'applications et étant un appareil si polyvalent, son importance en tant que partie des circuits analogiques est immense. L'une des applications les plus pratiques de l'ampli-op est en tant que circuit multivibrateur. Nous étudierons en détail les types et le fonctionnement des circuits multivibrateurs construits à l'aide d'amplificateurs opérationnels (multivibrateurs amplificateurs opérationnels) et d'autres dispositifs passifs tels que des condensateurs, des diodes, des résistances, etc.

Contenu

  • Introduction des multivibrateurs
  • Utilisation de la rétroaction positive dans le multivibrateur
  • Qu'est-ce que le déclencheur de Schmitt?
  • Comparateur de déclenchement Schmitt circuit fermé ou multivibrateur bistable
  • Caractéristiques de transfert de tension du multivibrateur bistable
  • Multivibrateur Astable ou oscillateur à déclenchement Schmitt
  • Cycle de service de l'oscillateur

Introduction de circuits de déclenchement multivibrateur et Schmitt

Les circuits multivibrateurs sont des circuits logiques séquentiels et sont de nombreux types en fonction de la façon dont ils sont créés. Certains multivibrateurs peuvent être fabriqués à l'aide de transistors et de portes logiques, alors qu'il existe même des puces dédiées disponibles en tant que multivibrateurs tels que le minuteur NE555. Le circuit multivibrateur à amplificateur opérationnel présente quelques avantages par rapport aux autres circuits multivibrateurs car ils nécessitent beaucoup moins de composants pour leur fonctionnement, moins de polarisation et produit de meilleurs signaux d'onde rectangulaire symétriques en utilisant comparativement moins de composants.

Types de multivibrateurs

Il existe principalement trois types de circuits multivibrateurs:

  1. Multivibrateur astable,
  2. multivibrateur monostable
  3. Multivibrateur bistable.

Le multivibrateur monostable a un seul état stable, tandis que le nombre d'états stables d'un multivibrateur bistable est de 2.

Comme nous l'avons appris dans la section précédente sur l'amplificateur opérationnel en tant que comparateur, dans la configuration en boucle ouverte, le comparateur peut commuter de manière incontrôlée entre la tension du rail d'alimentation à saturation positive et la tension du rail d'alimentation à saturation négative lorsqu'une tension d'entrée est proche. à celle de la tension de référence est appliquée. Ainsi, pour avoir le contrôle de cette commutation incontrôlable entre les deux états, l'ampli opérationnel est utilisé dans une configuration de rétroaction (circuit en boucle fermée) qui est particulièrement connue sous le nom de circuit de déclenchement de Schmitt en boucle fermée ou multivibrateur bistable.

Utilisation de la rétroaction positive en multivibrateur et effet d'hystérésis

Jusqu'à présent, nous avons appris la configuration de la rétroaction négative dans les amplis opérationnels dans les sections précédentes. Il existe également un autre type de configuration de rétroaction connue sous le nom de rétroaction positive, qui est également utilisée pour des applications spécifiques. Dans la configuration de rétroaction positive, la tension de sortie est renvoyée (connectée) à la borne d'entrée non inverseuse (positive) contrairement à la rétroaction négative, où la tension de sortie était connectée à la borne d'entrée inverseuse (négative).

Un ampli opérationnel fonctionnant dans une configuration à rétroaction positive a tendance à rester dans cet état de sortie particulier dans lequel il est présent, c'est-à-dire à l'état saturé positif ou saturé négatif. Techniquement, ce comportement de verrouillage dans l'un des deux états est appelé hystérésis.

Si le signal d'entrée appliqué dans le comparateur se compose de quelques harmoniques ou pics (bruit) supplémentaires, alors la sortie du comparateur peut basculer vers les deux états saturés de manière inattendue et incontrôlable. Dans ce cas, nous n'obtiendrons pas une sortie d'onde carrée symétrique régulière de la forme d'onde sinusoïdale d'entrée appliquée.

Mais si nous ajoutons une rétroaction positive au signal d'entrée du comparateur, c'est-à-dire utiliser le comparateur dans une configuration de rétroaction positive; nous allons introduire un comportement de verrouillage dans les états, ce que nous appelons techniquement l'hystérésis dans la sortie. Jusqu'à et à moins qu'il n'y ait un changement majeur dans l'amplitude du signal de tension CA d'entrée (sinusoïdale), l'effet d'hystérésis continuera à faire en sorte que la sortie du circuit reste dans son état actuel.

Qu'est-ce que le déclencheur de Schmitt?

The Déclencheur Schmitt ou le multi-vibrateur bistable fonctionne en configuration de rétroaction positive avec un gain de boucle supérieur à l'unité pour fonctionner comme un mode bistable. Tension V+ peut être.

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Comparateur de déclenchement Schmitt
Comparateur de déclenchement Schmitt ou multivibrateur bistable
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Les caractéristiques de transfert de tension du comparateur de déclenchement Schmitt

La figure ci-dessus représente la tension de sortie par rapport à la courbe de tension d'entrée (également connue sous le nom de caractéristiques de transfert de tension), montrant en particulier l'effet d'hystérésis. La courbe caractéristique de transfert a deux régions spécifiques, la courbe lorsque la tension d'entrée augmente et la partie de la courbe dans laquelle la tension d'entrée diminue. La tension V+ n'a pas de valeur constante, mais au contraire, c'est une fonction de la tension de sortie V0.

Caractéristiques de transfert de tension

Dans les caractéristiques de transfert de tension, V= VH, ou en état élevé. Ensuite,

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Tension de croisement supérieure VTH

Si le signal est inférieur à celui de V+, la sortie reste à son état haut. La tension de croisement VTH se produit lorsque V= V+ et exprimé comme suit:

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Lorsque Vi > VTH, la tension à la borne inverseuse est supérieure à celle à la borne non inverseuse. Tension V+ puis s'avérer être

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Tension de croisement inférieure VTL

Depuis V<VH la tension d'entrée Vi est toujours plus que V+, et la sortie reste dans son état bas comme Vi continuer à augmenter; Si Vi diminue, tant que la tension d'entrée Vi est plus grand que V+, la sortie reste à l'état de saturation. La tension de croisement se produit ici et maintenant lorsque V= V+ et ce VTL exprimé comme

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Comme Vi continue de diminuer, il reste inférieur à V+; donc, V0 reste dans son état élevé. Nous pouvons observer cette caractéristique de transfert dans la figure ci-dessus. Un effet d'hystérésis est indiqué dans le diagramme des caractéristiques de transfert net.

Qu'est-ce que l'oscillateur à déclenchement Schmitt?

Multivibrateur Astable ou oscillateur à déclenchement Schmitt

Multivibrateur astable réalisé en fixant un réseau RC au circuit de déclenchement de Schmitt en rétroaction –ve. Au fur et à mesure que nous avancerons dans la section, nous verrons que le circuit n'a pas d'états stables et, par conséquent, il est également connu sous le nom de circuit multivibrateur astable.

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Circuit multivibrateur Astable ou oscillateur à déclenchement Schmitt

Comme indiqué sur la figure, un réseau RC est défini dans le chemin de rétroaction négative et la borne d'entrée inverseuse est connectée à la terre via le condensateur tandis que la borne non inverseuse est connectée à la jonction entre les résistances R1 Et R2 comme indiqué sur la figure.

Au début, R1 Et R2 doit être égal à R, et supposer que la sortie commute symétriquement autour de zéro volt, avec la sortie saturée élevée représentée par V= VP et faible sortie saturée indiquée par V= -VP. Si Vest faible, ou V= -VP, puis V+ = - (1/2) VP.

Lorsque Vx tombe juste légèrement en dessous de V+, la sortie passe à haut de sorte que V= + VP Et V= + (1/2) VP. L'équation de la tension aux bornes du condensateur dans un réseau RC peut être exprimée comme suit:

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Où τx est la constante de temps qui peut être définie comme tx= RxCx. La tension Vx augmente vers une tension finale VP de manière exponentielle par rapport au temps. Cependant, lorsque Vx s'avèrent être légèrement supérieur à V= + (1/2) VP, la sortie passe à son état bas de V0 = -VP Et Vx = - (1/2) VP. Le RxCx Le réseau est déclenché par une transition nette négative des tensions, et par conséquent, le condensateur Cx commencez à décharger, et la tension Vx décroissant vers une valeur de –VP. On peut donc exprimer Vas

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Où t1 se réfère à l'instant où la sortie du circuit passe à son état bas. Le condensateur se décharge de façon exponentielle V+ = - (1/2) VP, la sortie passe à nouveau à haut. Le processus se répète continuellement dans le temps, ce qui signifie qu'un signal de sortie carré est produit par les oscillations de ce circuit de rétroaction positive. La figure ci-dessous montre la tension de sortie V0 et la tension du condensateur Vx par rapport au temps.

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L'oscillateur à déclenchement Schmitt: tracé de la tension de sortie et de la tension du condensateur par rapport au temps

Heure t1 peut être trouvée en remplaçant t = t1 Et Vx = VP/ 2 dans l'équation générale de la tension aux bornes du condensateur.

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À partir de l'équation ci-dessus lorsque nous résolvons pour t1, on a

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Pour le temps t2 (comme observé dans la figure ci-dessus), nous abordons de manière similaire, et, à partir d'une analyse similaire utilisant l'équation ci-dessus, il est évident que la différence entre t2 et T1 est également 1.1RxCx. De là, on peut déduire que la période de temps d'oscillation T peut être définie comme T = 2.2 RxCx

Et la fréquence peut donc être exprimée comme  

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Cycle de service de l'oscillateur

Le pourcentage de temps pendant lequel la tension de sortie (V0) du multi-vibrateur est dans son état haut est notamment appelé rapport cyclique de l'oscillateur.

Le cycle de service de l'oscillateur est           

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Comme observé sur la figure, représentant la tension de sortie et la tension du condensateur en fonction du temps, le cycle de service est de 50%.

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À propos d'Amrit Shaw

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