构建一个带有运算放大器的双稳态多谐振荡器电路

作者：Debashis Das

双稳态多谐振荡器是您可能在高中或大学学习过的基本电路之一，您可能已经用 555 个定时器或运算放大器、晶体管或电阻器等分立元件构建了一个。这些电路通常被视为简单的教育电路，但即使在今天，它们也被用于实际设计，这并不奇怪，例如，看看这个电子丢失脉冲检测器。

在本文中，我们将借此机会设计和构建一个带有运算放大器的双稳态多谐振荡器电路，它可以根据触发条件改变其状态，我们将通过制作我们的实用版本来完成这篇文章。设计电路并用示波器对其进行测试。

什么是双稳态多谐振荡器电路？

顾名思义，双稳态多谐振荡器有两个稳定状态，这就是它被称为双稳态多谐振荡器的原因。如果您仔细阅读双稳态多谐振荡器电路的主题，这就是您在典型教科书中会发现的内容。但这甚至意味着什么？这意味着在您提供适当的触发脉冲之前，该多谐振荡器电路的输出状态不会改变。现在，当施加触发脉冲时，该多谐振荡器的输出状态将反转并保持这种状态，直到您提供另一个触发脉冲。下图将使您更好地了解该过程。

该电路也称为触发器或锁存器。正如我们之前所讨论的，该电路具有两个稳定状态，这是锁存器的基本特性。触发器和锁存器是任何数字电子系统的基本构建块，可用于存储信息（以理论上的方式）。

了解带运算放大器的双稳态多谐振荡器电路

下图显示了带有运算放大器的双稳态多谐振荡器。

在上面的示意图中，我们使用 C1 和 R1组成了一个微分电路。这个微分器电路负责将输入的输入脉冲转换为一个短尖峰并用于触发电路，但是为什么我们需要一个微分器电路呢？这用于改变两个状态之间的饱和状态。在这个电路中，我们还必须使用带有施密特触发电路的迟滞来防止噪声触发电路。要了解施密特触发器电路的工作原理，您可以查看我们之前关于带运算放大器的非稳态多谐振荡器电路的文章，其中我们已经了解了有关施密特触发器的所有信息，或者您可以查看我们关于施密特触发器的专门文章。

双稳态多谐振荡器电路的计算非常简单。在本节中，我们将全面了解它；在继续之前要记住的一件事是，在触发电路时，触发脉冲的幅度应大于电源电压，否则电路将无法正确触发，触发特性也取决于施密特触发电路。要触发电路，正脉冲需要大于通过分压器的正输出电压，同样，负脉冲也需要更大。我们可以使用下面给出的两个公式来计算它。

对于正触发，我们可以使用-Vout X R3 / （R2 + R3），对于负触发，我们可以使用+Vout X R3 / （R2 + R3）。

构建双稳态多谐振荡器电路所需的组件

由于电路非常简单，所需组件的列表也非常简单，您可以在当地的爱好商店中找到大部分这些组件。要构建这个电路，我们只需要五个组件，它们的列表和图像如下所示。

LM358 运算放大器 - 1
触觉开关 - 2
10K 电阻 - 2
100R 电阻器 - 1
10nF 电容 - 1

运算放大器双稳态多谐振荡器电路

基于运算放大器的双稳态多谐振荡器电路的完整电路图如下所示。

在原理图中，您可以看到我们使用了两个按钮来触发电路。按钮 S1 连接到 +VCC，按钮 S2 连接到 -VCC。这是因为要改变运算放大器的输出状态，我们需要触发运算放大器。

双稳态多谐振荡器电路的测试

基于运算放大器的双稳态多谐振荡器电路的测试设置如上所示。如您所见，我们使用了一个带有四个二极管和两个电容器的变压器来产生一个双极性电源，这是为该电路供电所必需的，我们还使用了两个 10K 电阻将电路配置为施密特触发器。除此之外，我们使用了一个 100R 电阻和一个 0.1uF 电容来构建触发电路。最后，我们连接了两个按钮，并在基于 LM358 的运算放大器旁边完成了电路。电路的特写图像如下所示。

电路完成后，我拿出我的 Hantek 示波器并测量输出，它处于正饱和区。它看起来像下面的图片。

确认后，我按下负触发按钮，观察到输出从正饱和区切换到负饱和区。我做了几次以确认电路工作正常。

最后，我将示波器置于单次捕捉模式，再次触发电路，非常仔细地观察输出的切换。