Релаксационный генератор на операционном усилителе

2 августа 2021

В рамках статьи Генератор с мостом Вина на NE5532 мы сделали наш первый генератор на ОУ. Но этот генератор не лишен недостатков. Например, он медленно стартует после подачи питания — десятки миллисекунд. Для некоторых задач это может быть проблемой. Поэтому сегодня мы рассмотрим другую схему.

Fun fact! Релаксационным называется любой генератор, компоненты которого не обладают резонансными свойствами. К таким генератором относятся мультивибратор на NPN-транзисторах и таймер 555 в автоколебательном режиме.

Схема следующая:

Схема релаксационного генератора на операционном усилителе

Модель для LTspice можно скачать здесь.

Операционный усилитель здесь работает в режиме компаратора. В начальный момент времени оба входа притянуты к VGND, поэтому на выходе также имеем напряжение VGND. Но это состояние неустойчивое. Из-за шумов в цепи выход ОУ быстро изменится, например, на высокий. Теперь C1 заряжается через R3 до тех пор, пока напряжение на нем не превысит напряжение на делителе R1-R2. В этот момент на выходе ОУ возникает низкое напряжение. С1 разряжается до тех пор, пока напряжение не упадет ниже напряжения на делителе. После чего процесс повторяется.

Период колебаний можно вычислить так:

Beta = R2/(R1+R2)
T = 2*R3*C1*log((1+Beta)/(1-Beta))

Для указанных номиналов:

>>> from math import log
>>> R1 = 33_000
>>> R2 = 27_000
>>> Beta = R2/(R1+R2)
>>> Beta
0.45
>>> R3 = 51_000
>>> C1 = 0.01/1000/1000
>>> T = 2*R3*C1*log((1+Beta)/(1-Beta))
>>> 1/T
1011.3385530812199

… частота должна составить около 1000 Гц.

Проверяем:

Выход релаксационного генератора на LM741

И действительно, получили меандр с частотой 1 кГц.

Что же до инвертирующего входа:

Напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя

… на нем имеем сигнал треугольной формы. В обоих случаях канал осциллографа был развязан по постоянному току.

Схема привлекает своей простотой. В отличие от генератора с мостом Вина, этот генератор стартует мгновенно. На выходе, правда, не синусоида, но сигнал можно отфильтровать. Для этого прекрасно подойдут активные фильтры.

Метки: , .