Comparador y oscilador de disparador Schmitt | Multivibrador Astable y Biestable | Análisis importante

En este artículo, estudiaremos en detalle los circuitos de oscilador y comparador de disparadores Schmitt con diferentes parámetros relacionados. Como hemos visto hasta ahora, un amplificador operacional se utiliza en varios campos de aplicaciones y, al ser un dispositivo tan versátil, su importancia como parte de los circuitos analógicos es inmensa. Una de las aplicaciones más convenientes del amplificador operacional es como circuito multivibrador. Estudiaremos en detalle sobre los tipos y el funcionamiento de circuitos multivibradores construidos con amplificadores operacionales (amplificadores operacionales multivibradores) y otros dispositivos pasivos como condensadores, diodos, resistencias, etc.

Contenido

  • Introducción de multivibradores
  • Uso de retroalimentación positiva en multivibrador
  • ¿Qué es el disparador de Schmitt?
  • Comparador de disparador Schmitt circuito cerrado o multivibrador biestable
  • Características de transferencia de voltaje del multivibrador biestable
  • Multivibrador astable o oscilador disparador Schmitt
  • Ciclo de trabajo del oscilador

Introducción de los circuitos de disparo multivibrador y Schmitt

Los circuitos multivibradores son circuitos lógicos secuenciales y son de muchos tipos dependiendo de cómo se creen. Algunos multivibradores se pueden hacer usando transistores y puertas lógicas, mientras que incluso hay chips dedicados disponibles como multivibradores como el temporizador NE555. El circuito multivibrador de amplificador operacional tiene algunas ventajas sobre otros circuitos multivibradores, ya que requieren muchos menos componentes para su funcionamiento, menos polarización y produce mejores señales de ondas rectangulares simétricas utilizando comparativamente menos componentes.

Tipos de multivibradores

Existen principalmente tres tipos de circuitos multivibradores presentes:

  1. Multivibrador astable,
  2. multivibrador monoestable
  3. Multivibrador biestable.

El multivibrador monoestable tiene un solo estado estable, mientras que el número de estados estables que tiene un multivibrador biestable es 2.

Como hemos aprendido en la sección anterior sobre el amplificador operacional como comparador, en la configuración de bucle abierto el comparador puede cambiar sin control entre el voltaje del riel de suministro de saturación positiva y el voltaje del riel de suministro de saturación negativa cuando un voltaje de entrada está cerca al de la tensión de referencia se aplica. Por lo tanto, para tener control sobre esta conmutación incontrolable entre los dos estados, el amplificador operacional se usa en una configuración de retroalimentación (circuito de circuito cerrado) que se conoce particularmente como circuito de disparo Schmitt de circuito cerrado o multivibrador biestable.

Uso de retroalimentación positiva en multivibrador y efecto de histéresis

Hasta ahora, hemos aprendido sobre la configuración de retroalimentación negativa en amplificadores operacionales en las secciones anteriores. También existe otro tipo de configuración de retroalimentación conocida como retroalimentación positiva, que también se utiliza para aplicaciones específicas. En la configuración de retroalimentación positiva, la tensión de salida se realimenta (se conecta) al terminal de entrada no inversora (positiva) a diferencia de la retroalimentación negativa, donde la tensión de salida se conecta al terminal de entrada inversora (negativa).

Un amplificador operacional operado en una configuración de retroalimentación positiva tiende a permanecer en ese estado de salida particular en el que está presente, es decir, el estado positivo saturado o negativo saturado. Técnicamente, este comportamiento de bloqueo en uno de los dos estados se conoce como histéresis.

Si la señal de entrada aplicada en el comparador consta de algunos armónicos o picos adicionales (ruido), entonces la salida del comparador puede cambiar a los dos estados saturados de forma inesperada e incontrolable. En este caso, no obtendremos una salida de onda cuadrada simétrica regular de la forma de onda sinusoidal de entrada aplicada.

Pero si agregamos alguna retroalimentación positiva a la señal de entrada del comparador, es decir, usamos el comparador en una configuración de retroalimentación positiva; introduciremos un comportamiento de enclavamiento en los estados, lo que técnicamente llamamos histéresis en la salida. Hasta y a menos que haya un cambio importante en la magnitud de la señal de voltaje de CA (sinusoidal) de entrada, el efecto de histéresis continuará haciendo que la salida del circuito permanezca en su estado actual.

¿Qué es el disparador de Schmitt?

La Schmitt Trigger o multi-vibrador biestable opera en configuración de retroalimentación positiva con una ganancia de bucle mayor que la unidad para funcionar como modo biestable. Voltaje V+ puede ser.

Comparador de gatillo Schmitt
Comparador de disparador Schmitt o multivibrador biestable
Las características de transferencia de voltaje de Schmitt trigger Comparator

La figura anterior representa el voltaje de salida frente a la curva de voltaje de entrada (que también se conoce como características de transferencia de voltaje), mostrando particularmente el efecto de histéresis. La curva característica de transferencia tiene dos regiones específicas, la curva a medida que aumenta el voltaje de entrada y la parte de la curva en la que disminuye el voltaje de entrada. El voltaje V+ no tiene un valor constante, sino que es una función de la tensión de salida V0.

Características de transferencia de voltaje

En las características de transferencia de voltaje, VV =H, o en estado alto. Entonces,

Mayor voltaje de cruce VTH

Si la señal es menor que la de V+, la salida permanece en su estado alto. El voltaje de cruce VTH ocurre cuando VV =+ y expresado como sigue:

Cuando Vi > VTH, el voltaje en el terminal inversor es mayor que en el terminal no inversor. Voltaje V+ luego resulta ser

Tensión de cruce inferior VTL

Dado que V<VH el voltaje de entrada Vi es todavía más que V+, y la salida descansa en su estado bajo cuando Vi seguir aumentando; Si Vi disminuye, siempre que el voltaje de entrada Vi es mayor que V+, la salida permanece en estado de saturación. El voltaje de cruce aquí y ahora ocurre cuando VV =+ y esta VTL expresado como

Como Vi sigue disminuyendo, permanece por debajo de V+; por lo tanto, V0 permanece en su estado alto. Podemos observar esta característica de transferencia en la figura anterior. Se muestra un efecto de histéresis en el diagrama de características de transferencia neta.

¿Qué es el oscilador disparador Schmitt?

Multivibrador astable o oscilador disparador Schmitt

Multivibrador estable que se logra mediante la fijación de una red RC al circuito de disparo Schmitt en retroalimentación -ve. A medida que avanzaremos en la sección, veremos que el circuito no tiene estados estables y, por lo tanto, también se lo conoce como circuito multivibrador astable.

Circuito multivibrador astable o oscilador disparador Schmitt

Como se observa en la figura, una red RC se establece en la ruta de retroalimentación negativa, y el terminal de entrada inversora está conectado a tierra a través del capacitor mientras que el terminal no inversor está conectado a la unión entre las resistencias R1 Y R2 como se muestra en la figura.

Al principio, R1 Y R2 debe ser igual a R, y suponga que la salida cambia simétricamente alrededor de cero voltios, con la salida alta saturada representada por VV =P y baja salida saturada indicada por V= -VP. Si Ves bajo, o V= -VP, luego V+ = - (1/2) VP.

Cuando Vx cae ligeramente por debajo de V+, la salida cambia a alta para que V= + VP Y V= + (1/2) VP. La ecuación para el voltaje a través del capacitor en una red RC se puede expresar como:

Dónde τx es la constante de tiempo que se puede definir comoτx= RxCx. El voltaje Vx aumenta hacia un voltaje final VP de manera exponencial con respecto al tiempo. Sin embargo, cuando Vx resulta ser ligeramente mayor que V= + (1/2) VP, la salida cambia a su estado bajo de V0 = -VP Y Vx = - (1/2) VP. El rxCx La red se activa por una transición brusca negativa de los voltajes y, por lo tanto, el condensador Cx comenzar a descargar, y el voltaje Vx disminuyendo hacia el valor de –VP. Por tanto, podemos expresar Vas

Donde T1 se refiere al instante de tiempo cuando la salida del circuito cambia a su estado bajo. El condensador se descarga exponencialmente V+ = - (1/2) VP, la salida vuelve a cambiar a alta. El proceso se repite continuamente a lo largo del tiempo, lo que significa que las oscilaciones de este circuito de retroalimentación positiva producen una señal de salida de onda cuadrada. La siguiente figura muestra el voltaje de salida V0 y la tensión del condensador Vx con respecto al tiempo.

El oscilador disparador Schmitt: gráfico de voltaje de salida y voltaje del capacitor con respecto al tiempo

Tiempo t1 se puede encontrar sustituyendo t = t1 Y Vx V =P/ 2 en la ecuación general para el voltaje a través del capacitor.

De la ecuación anterior cuando resolvemos para t1, obtenemos

Para el tiempo t2 (como se observa en la figura anterior), nos acercamos de manera similar y, a partir de un análisis similar usando la ecuación anterior, es evidente que la diferencia entre t2 y T1 también es 1.1RxCx. De esto, podemos inferir que el período de tiempo de oscilación T se puede definir como T = 2.2 RxCx

Y la frecuencia, por tanto, se puede expresar como  

 

Ciclo de trabajo del oscilador

El porcentaje de tiempo que el voltaje de salida (V0) del multivibrador está en su estado alto se denomina particularmente ciclo de trabajo del oscilador.

El ciclo de trabajo del oscilador es           

Como se observa en la figura, que muestra el voltaje de salida y el voltaje del capacitor en función del tiempo, el ciclo de trabajo es del 50%.

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Sobre Amrit Shaw

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