مدار مولد موج مربعی با تراشه آپ امپ LM358
در این مقاله آموزشی مدار مولد موج مربعی را با استفاده از تراشه آپ امپ LM358 بررسی خواهیم کرد. این تقویت کننده عملیاتی LM358 به اندازه ای همه کاره است که بتواند برای تولید یک خروجی موج مربعی پیکربندی شود.
مولد موج مربعی یک مدار الکترونیکی مبتنی بر تقویت کننده عملیاتی، مدار ساده است که یک خروجی موج مربعی تولید می کند که معمولاً در ژنراتورهای تابع استفاده می شود.در اینجا این مولد با استفاده از آپ امپ LM358 طراحی شده است؛ اما اول تعریفی از آپ امپ LM358 داشته باشیم.
آپ امپ LM358
LM358 یک آی سی تقویت کننده عملیاتی پرکاربرد دوگانه بوده که دارای طیف گسترده ای از قابلیت ها است. این آی سی در چندین بسته مختلف موجود است که آن را برای کاربردهای مختلف سازگار می کند. مدار داخلی LM358 با ترانزیستورهای متعدد طراحی شده است تا وظایف مختلف آنالوگ را به طور موثر انجام دهد.
LM358 که به دلیل بهره بالا، مصرف انرژی کم و توانایی کار از یک منبع تغذیه در طیف وسیعی از ولتاژها قابل توجه است، به ویژه برای دستگاه هایی که با باتری کار می کنند مناسب است. علاوه بر این، آی سی در هر دو مرحله ورودی و خروجی مجهز به حفاظت اتصال کوتاه است که از قطعات داخلی در برابر آسیب اضافه بار محافظت می کند. این باعث می شود LM358 برای بسیاری از مدارهای آنالوگ که به استحکام عملیاتی نیاز دارند، گزینه ای مطمئن باشد؛همچنین در مدارهای مختلف از جمله مقایسه کننده ها، مولدهای موج، تقویت کننده ها و … کاربرد دارد.
لیست قطعات مورد نیاز برای مدار مولد موج مربعی با استفاده از آی سی LM358
نمودار مدار مولد موج مربعی با استفاده از آی سی LM358
مدار راه انداز مولد موج مربعی طبق تصویر زیر پیکربندی شده است که یک راه اندازی منظم با استفاده از تقویت کننده عملیاتی LM358 است؛ هسته مدار شامل خود آپ امپ LM358 است که با سه مقاومت ثابت (R1، R2 و R3)، یک مقاومت متغیر (RV1) و یک خازن (C1) همراه شده است.
از نظر چیدمان مدار، یک حلقه بازخورد وجود دارد. خروجی از آپ امپ از طریق R2 به ورودی غیر معکوس خود باز می‌گردد. این حلقه همان چیزی است که پسماند لازم را برای عملیات پایدار اشمیت فراهم می کند. مقاومت‌های R1 و R2 یک مقسم ولتاژ هستند که سطوح آستانه بحرانی را در ورودی غیر معکوس تنظیم میکند – این آستانه‌ها به تعیین زمانی که op-amp خروجی خود را تغییر می‌دهد کمک میکند. در همین حال، خازن C1 به ورودی معکوس متصل است و نقش حیاتی در زمان بندی مدار بازی می کند، زیرا طبق تنظیمات مقاومت های مجاور شارژ و دشارژ می شود. این راه‌اندازی نه تنها امواج مربعی را از طریق LM358 به‌طور مؤثری پخش میکند، بلکه امکان تنظیم آسان فرکانس را از طریق مقاومت متغیر RV1 نیز فراهم میکند.
مولد موج مربعی با استفاده از چگونه LM358 چگونه کار میکند؟
این مدار مولد موج مربعی با استفاده از آپ امپ LM358 براساس اصول تریگر اشمیت عمل می کند که نوعی مدار مقایسه کننده با پسماند است.
شرایط اولیه و شارژ:
هنگامی که مدار تغذیه می شود، خازن C1 از طریق مقاومت های R3 و مقاومت متغیر RV1 شروع به شارژ می کند. وضعیت اولیه خروجی آپ امپ (پایه 1) توسط سطوح ولتاژ در ورودی های غیر معکوس (پایه 3) و معکوس (پایه 2) آن تعیین می شود. در ابتدا، ورودی غیر معکوس، تحت تأثیر تقسیم کننده ولتاژ تشکیل شده توسط R1 و R2، در ولتاژ کمتری نسبت به ورودی معکوس قرار دارد.
رسیدن به آستانه بالا:
با شارژ شدن C1، ولتاژ در ورودی معکوس (پایه 2) افزایش می یابد. هنگامی که این ولتاژ از ولتاژ ورودی غیر معکوس (پایه 3) فراتر رفت، خروجی آپ امپ از پایین به بالا تغییر می کند. این نقطه سوئیچینگ آستانه بالایی ماشه اشمیت است که با نسبت های R1 و R2 تنظیم می شود.
بازخورد و تخلیه:
با خروجی بالا، بازخورد از طریق R2 ولتاژ را در ورودی غیر معکوس افزایش می‌دهد و در واقع آستانه بالاتری را برای عبور ورودی معکوس تنظیم میکند. در همین حال، خازن C1 از طریق R3 و RV1 شروع به تخلیه می کند.
رسیدن به آستانه پایین:
ولتاژ در ورودی معکوس با تخلیه C1 کاهش می یابد. هنگامی که در ورودی غیر معکوس به زیر آستانه بالا می رود، خروجی آپ امپ از بالا به پایین سوئیچ می شود. این آستانه پایین برای مشخصه هیسترزیس ماشه اشمیت بسیار مهم است، و از ایجاد نویز در سوئیچ های کاذب جلوگیری می کند.
چرخه تکرار:
پس از اینکه خروجی به پایین تغییر کرد، بازخورد از طریق R2 مجدداً ولتاژ ورودی غیر معکوس را کاهش می دهد و شرایط را برای چرخه دیگری از شارژ و دشارژ C1 تنظیم می کند. این چرخه به طور مداوم تکرار می شود و یک موج مربعی پایدار در خروجی ایجاد می کند.
تنظیم فرکانس:
فرکانس خروجی موج مربعی را می توان با تغییر مقاومت RV1 تنظیم کرد. افزایش RV1 مقاومت کل در مسیر شارژ و دشارژ C1 را افزایش می دهد که سرعت تغییر ولتاژ در ورودی معکوس را کاهش می دهد و در نتیجه فرکانس موج مربعی خروجی را کاهش می دهد.
شبیه سازی مدار
مدار را می توان با استفاده از نرم افزار Proteus شبیه سازی کرد. شبیه سازی مدار زیر خروجی کاملی را در اسیلوسکوپ می دهد. برای مشاهده تغییر شکل موج می توانید مقدار مقاومت ها را تغییر دهید.
این مدار از یک راه اندازی ساده استفاده می کند که در آن یک خازن از طریق گروهی از مقاومت ها شارژ و دشارژ می‌شود و آپ امپ LM358 مانند یک سوئیچ عمل می کند که بین دو حالت می چرخد. این تنظیم به تولید یک موج مربعی ثابت و تمیز کمک می کند که برای بسیاری از برنامه های الکترونیکی مفید است.
این مدار در عین سادگی یک DIY جذاب برای علاقمندان به حوزه الکترونیک است که در آغاز راه این رشته پرفراز نشیب هستند. همچنین می توانید یک مدار مولد امواج مثلثی با 741 براساس ژنراتور پالس بسازید.
