運(yùn)算放大器單穩(wěn)態(tài)電路分析-KIA MOS管

基本運(yùn)算放大器單穩(wěn)態(tài)電路

運(yùn)算放大器單穩(wěn)態(tài)電路

在初始上電時(shí)（即t = 0），輸出（V OUT）將向正電源軌（+ Vcc）或向負(fù)電源軌（-Vcc）飽和，因?yàn)檫@是允許的唯一兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)算放大器。現(xiàn)在讓我們假設(shè)輸出已經(jīng)朝著正電源軌+ Vcc擺動(dòng)。然后，同相輸入端的電壓V B將等于+ Vcc *β，其中β是反饋分?jǐn)?shù)。

反相輸入保持在0.7伏，即二極管的正向壓降D 1，并由二極管鉗位至0v（接地），以防止其變?yōu)檎娢弧Ｒ虼耍琕 A處的電勢(shì)遠(yuǎn)小于V B處的電勢(shì)，輸出保持穩(wěn)定在+ Vcc。同時(shí)，電容器（C）充電至相同的0.7伏電位，并通過(guò)二極管的正向偏置電壓降保持在該處。

如果我們向同相輸入施加負(fù)脈沖，則由于V B現(xiàn)在為負(fù)，因此V A處的0.7v電壓現(xiàn)在變得大于V B處的電壓。因此，施密特（Schmitt）配置的運(yùn)算放大器的輸出切換狀態(tài)，并向負(fù)電源軌-Vcc飽和。結(jié)果是，V B處的電勢(shì)現(xiàn)在等于-Vcc *β。

這種暫時(shí)的亞穩(wěn)定狀態(tài)使電容器通過(guò)反饋電阻R從+0.7伏下降到也剛剛切換的飽和輸出-Vcc，以相反的方向按指數(shù)方向充電。二極管D 1變?yōu)榉聪蚱茫虼藷o(wú)效。電容器C將在時(shí)間常數(shù)τ= RC時(shí)放電。

一旦V A處的電容器電壓達(dá)到與V B相同的電位，即-Vcc *β，運(yùn)算放大器便會(huì)切換回其原始的永久穩(wěn)定狀態(tài)，而輸出又會(huì)再次達(dá)到+ Vcc飽和。

請(qǐng)注意，一旦計(jì)時(shí)周期完成且運(yùn)算放大器的輸出變回其穩(wěn)定狀態(tài)并向正電源軌飽和，則電容器會(huì)嘗試以+ Vcc反向充電，但只能充電至0.7v的最大值由二極管給定的正向壓降。我們可以用圖形方式顯示此效果：

運(yùn)算放大器單穩(wěn)態(tài)波形

運(yùn)算放大器單穩(wěn)態(tài)電路

然后我們可以看到，負(fù)向觸發(fā)輸入將把運(yùn)放單穩(wěn)態(tài)電路切換到其臨時(shí)不穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)過(guò)一段延時(shí)T之后，電容器C通過(guò)反饋電阻R充電，一旦電容器電壓達(dá)到所需的電勢(shì)，電路便切換回其正常穩(wěn)定狀態(tài)。

輸出的矩形脈沖的此延遲時(shí)間（T），即不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)間為：

運(yùn)算放大器單穩(wěn)態(tài)時(shí)序周期

運(yùn)算放大器單穩(wěn)態(tài)電路

如果兩個(gè)運(yùn)算放大器的反饋電阻器具有相同的值，即：R 1 = R 2，那么上式也可以簡(jiǎn)化為：

運(yùn)算放大器單穩(wěn)態(tài)電路

顯然，電容器需要一段時(shí)間才能從-Vcc *β再次充電至V D（0.7v），因此在此期間，第二個(gè)負(fù)脈沖可能不會(huì)啟動(dòng)新的計(jì)時(shí)周期。

然后，為了確保在施加下一個(gè)觸發(fā)脈沖時(shí)運(yùn)放單穩(wěn)態(tài)電路正確運(yùn)行，觸發(fā)脈沖之間的時(shí)間間隔（T total）必須大于時(shí)序時(shí)間T加上觸發(fā)脈沖所需的時(shí)間。電容器充電，（T充電）。

充電恢復(fù)時(shí)間為：

運(yùn)算放大器單穩(wěn)態(tài)電路

其中：Vcc是電源電壓，V D是二極管的正向壓降（通常約為0.6至0.7伏），β是反饋分?jǐn)?shù)。

為了確保運(yùn)算放大器單穩(wěn)態(tài)電路具有良好的負(fù)觸發(fā)信號(hào)，該信號(hào)在負(fù)向脈沖的上升沿開(kāi)始計(jì)時(shí)周期，并且在電路處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)也可以停止對(duì)電路的任何錯(cuò)誤觸發(fā)，我們可以在輸入端添加一個(gè)RC差分電路。

微分器電路可用于根據(jù)方形或矩形輸入波形產(chǎn)生負(fù)輸出尖峰。比較器的閾值電壓急劇下降到其反饋分?jǐn)?shù)以下，β值將運(yùn)放單穩(wěn)態(tài)帶入其定時(shí)周期。微分器電路是使用電阻器電容器（如所示的RC網(wǎng)絡(luò)）形成的。

RC微分電路

運(yùn)算放大器單穩(wěn)態(tài)電路

上面的基本微分電路使用另一個(gè)電阻器（RC）網(wǎng)絡(luò)，其輸出電壓是輸入電壓相對(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。當(dāng)輸入電壓從0變?yōu)?Vcc時(shí)，電容器開(kāi)始指數(shù)充電。由于電容器電壓Vc最初為零，因此微分器輸出電壓突然從0跳升至-Vcc，從而產(chǎn)生負(fù)尖峰，然后隨著電容器充電而呈指數(shù)衰減。

通常，對(duì)于RC微分電路，負(fù)尖峰的峰值大約等于觸發(fā)波形的幅度。同樣，作為一般的經(jīng)驗(yàn)法則，為了使RC微分電路產(chǎn)生良好的尖銳窄尖峰，時(shí)間常數(shù)（ τ ）應(yīng)至少比輸入脈沖寬度小十倍。因此，例如，如果輸入脈沖寬度為10 ms，則5RC時(shí)間常數(shù)應(yīng)小于1 ms（10％）。

使用微分器電路的優(yōu)勢(shì)在于，任何恒定的直流電壓或緩慢變化的信號(hào)都將被阻塞，從而僅允許快速變化的觸發(fā)脈沖來(lái)啟動(dòng)單穩(wěn)態(tài)時(shí)序周期。二極管D確保到達(dá)運(yùn)算放大器同相輸入的觸發(fā)脈沖始終為負(fù)。

將RC差分電路添加到基本運(yùn)算放大器單穩(wěn)態(tài)中可以得到：

運(yùn)算放大器單穩(wěn)態(tài)電路