|
Met één op-amp, drie weerstanden en een condensator kunt u een schakeling bouwen die prachtige rechthoekgolven genereert. Met een kleine uitbreiding kunt u de schakeling transformeren in een pulsgenerator met instelbare pulsbreedte en frequentie. |
Het schema van de generator
Het kan eenvoudiger!
Uit de in het artikel 'Op-amp cursus: functiegenerator' besproken functiegenerator kunt u een rechthoekgolf aftappen. Nu zijn er, als u geen prijs stelt op ook een driehoek, eenvoudigere schakelingen voor het opwekken van een rechthoekgolf te verzinnen. In de meeste gevallen hebt u dergelijke signalen immers alleen maar nodig voor het sturen van digitale schakelingen en dan hebt u geen voordeel van het beschikbaar zijn van een driehoek. Vandaar dat we in dit artikel de meest simpele methode bespreken voor het opwekken van een rechthoekvormig signaal met een op-amp. Het schema is getekend in onderstaande figuur.
 |
| Het basisschema van een op-amp als rechthoekgolf generator. (© 2018 Jos Verstraten) |
Ook bij deze schakeling ziet u een dubbele terugkoppeling: een resistieve tussen de uitgang en de positieve ingang, een RC-kring tussen de uitgang en de negatieve ingang. De werking van de schakeling volgt uit de rechter grafieken.
Stel dat bij het inschakelen van de voedingsspanning de uitgangsspanning van de op-amp gelijk is aan de positieve voedingsspanning. Door middel van de spanningsdeler R2-R3 zal de helft van deze uitgangsspanning op de positieve ingang terecht komen. De condensator C1 was uiteraard volledig ontladen. De negatieve ingang staat op een negatievere spanning dan de positieve ingang, de uitgangsspanning is inderdaad gelijk aan de positieve voedingsspanning.
De condensator gaat zich opladen via de weerstand R1. De spanning op de negatieve ingang stijgt dus en na een bepaalde tijd wordt deze spanning groter dan de spanning op de positieve ingang. De op-amp klapt om, de uitgangsspanning loopt vast tegen de negatieve voedingsspanning. De positieve ingang wordt ingesteld op de helft van deze spanning. De condensator gaat nu ontladen, R1 is immers op een zeer negatieve spanning aangesloten. Na een bepaalde tijd wordt de spanning op de negatieve ingang kleiner dan de spanning op de positieve ingang, de op-amp klapt weer om.
Experimenteer mee met deze cursus!
U kunt de experimenten die in deze cursus worden beschreven zélf uitvoeren.
Daarvoor moet u echter eerst onze 'analoge trainer' nabouwen.
De uitgebreide beschrijving van de zelfbouw van dit apparaat treft u aan op de onderstaande link:
Hobby-lab: bouw een analoge trainer
De rechthoekgenerator op uw experimenteerprint
In onderstaande figuur is deze schakeling ingevuld op uw universele experimenteerprint. Door het variëren van de waarden van C1 en R1 kunt u de frequentie veranderen. Op het meetpunt M3 ziet u dat door het tempo waarin de meternaald van de ene hoek naar de andere gaat.
 |
| Het schema van de rechthoekgolf generator op uw experimenteerprint. (© 2018 Jos Verstraten) |
Op de uitgang van de schakeling verschijnt een blokgolf, waarvan de frequentie wordt bepaald door het op- en ontladen van de condensator C1 via de weerstand R1. Het volstaat dus de waarde van een van beide componenten te variëren voor het regelen van de frequentie. Meestal schakelt u de condensator om voor het kiezen van het frequentiebereik en regelt u met de potentiometer R1 de frequentie in het geselecteerde bereik.
Symmetrisch of asymmetrisch?
Uitbreiding naar instelbare pulsbreedte
De schakeling van bovenstaande figuur wekt een ongeveer symmetrische blokgolf op. Het tijdinterval t1-t2 is ongeveer gelijk aan het tijdinterval t2-t3. Voor sommige toepassingen kan dat bezwaarlijk zijn. Met enige kleine uitbreidingen kunt u de schakeling omvormen tot een pulsgenerator, die smalle positieve of negatieve pulsjes kan opwekken. Het universele schema van een pulsgenerator met een op-amp is getekend in onderstaande figuur. Door middel van twee dioden wordt het laden en ontladen van de condensator afzonderlijk geregeld door twee weerstanden R3 en R4. Als de uitgangsspanning van de op-amp positief is, dan zal D1 sperren en D2 geleiden. Door deze laatste diode vloeit dan de laadstroom, waarvan de grootte wordt bepaald door de waarde van de weerstand R4. Als de uitgang negatief is, dan spert D2 en gaat D1 geleiden. De condensator wordt dan ontladen door de weerstand R3.
In de rechter grafieken zijn de spanningen op de diverse punten van de schakeling getekend voor twee diverse instellingen van de potentiometers. In het ene geval wekt de schakeling smalle negatieve pulsen op, in het andere geval iets bredere positieve pulsen.
 |
| Uitbreiding van de schakeling naar een pulsgenerator. (© 2018 Jos Verstraten) |
Uit dit experiment blijkt dat u een op-amp kunt integreren in een digitaal systeem, opgebouwd met C-MOS schakelingen. Vaak hebt u in een digitaal systeem behoefte aan een klokoscillator en zijn alle poorten, beschikbaar in de gebruikte digitale IC’s, bezet door andere functies. Het is dan vaak voordeliger een goedkoop op-amp’je toe te passen dan een nieuw digitaal IC te introduceren waarvan slechts de helft of een vierde wordt gebruikt.
Wel één waarschuwing: de normale goedkope op-amp’s, zoals 741 en 3140, zijn in wezen laagfrequente schakelingen. Het is niet mogelijk met deze schakelingen pulsen op te wekken met stijgtijden van enige tientallen nanoseconden, zoals dat wel kan met digitale schakelingen. Deze eigenschap van op-amp’s beperkt de bruikbaarheid van deze schakelingen in digitale systemen.
Als u echter een of ander eenvoudig digitaal deurbelletje wilt ontwikkelen, kunt u de klokoscillator zonder meer in handen geven van een op-amp. Haal het echter niet in uw hoofd in een snelle computerschakeling op-amp's te gebruiken. Dat gaat gegarandeerd mis!
|
|