運算放大器單穩態電路分析-KIA MOS管

基本運算放大器單穩態電路

在初始上電時（即t = 0），輸出（V OUT）將向正電源軌（+ Vcc）或向負電源軌（-Vcc）飽和，因為這是允許的唯一兩個穩定狀態運算放大器。現在讓我們假設輸出已經朝著正電源軌+ Vcc擺動。然后，同相輸入端的電壓V B將等于+ Vcc *β，其中β是反饋分數。

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），以防止其變為正電位。因此，V A處的電勢遠小于V B處的電勢，輸出保持穩定在+ Vcc。同時，電容器（C）充電至相同的0.7伏電位，并通過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脈沖，則由于V B現在為負，因此V A處的0.7v電壓現在變得大于V B處的電壓。因此，施密特（Schmitt）配置的運算放大器的輸出切換狀態，并向負電源軌-Vcc飽和。結果是，V B處的電勢現在等于-Vcc *β。

這種暫時的亞穩定狀態使電容器通過反饋電阻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方向充電。二極管D 1變為反向偏置，因此無效。電容器C將在時間常數τ= RC時放電。

一旦V A處的電容器電壓達到與V B相同的電位，即-Vcc *β，運算放大器便會切換回其原始的永久穩定狀態，而輸出又會再次達到+ Vcc飽和。

請注意，一旦計時周期完成且運算放大器的輸出變回其穩定狀態并向正電源軌飽和，則電容器會嘗試以+ 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：

運算放大器單穩態波形

然后我們可以看到，負向觸發輸入將把運放單穩態電路切換到其臨時不穩定狀態。經過一段延時T之后，電容器C通過反饋電阻R充電，一旦電容器電壓達到所需的電勢，電路便切換回其正常穩定狀態。

輸出的矩形脈沖的此延遲時間（T），即不穩定狀態時間為：

運算放大器單穩態時序周期

如果兩個運算放大器的反饋電阻器具有相同的值，即：R 1  = R 2，那么上式也可以簡化為：

顯然，電容器需要一段時間才能從-Vcc *β再次充電至V D（0.7v），因此在此期間，第二個負脈沖可能不會啟動新的計時周期。

然后，為了確保在施加下一個觸發脈沖時運放單穩態電路正確運行，觸發脈沖之間的時間間隔（T total）必須大于時序時間T加上觸發脈沖所需的時間。電容器充電，（T充電）。

充電恢復時間為：

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是反饋分數。

為了確保運算放大器單穩態電路具有良好的負觸發信號，該信號在負向脈沖的上升沿開始計時周期，并且在電路處于穩定狀態時也可以停止對電路的任何錯誤觸發，我們可以在輸入端添加一個RC差分電路。

微分器電路可用于根據方形或矩形輸入波形產生負輸出尖峰。比較器的閾值電壓急劇下降到其反饋分數以下，β值將運放單穩態帶入其定時周期。微分器電路是使用電阻器電容器（如所示的RC網絡）形成的。

RC微分電路

上面的基本微分電路使用另一個電阻器（RC）網絡，其輸出電壓是輸入電壓相對于時間的導數。當輸入電壓從0變為-Vcc時，電容器開始指數充電。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，從而產生負尖峰，然后隨著電容器充電而呈指數衰減。

通常，對于RC微分電路，負尖峰的峰值大約等于觸發波形的幅度。同樣，作為一般的經驗法則，為了使RC微分電路產生良好的尖銳窄尖峰，時間常數（  τ  ）應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時間常數應小于1 ms（10％）。

使用微分器電路的優勢在于，任何恒定的直流電壓或緩慢變化的信號都將被阻塞，從而僅允許快速變化的觸發脈沖來啟動單穩態時序周期。二極管D確保到達運算放大器同相輸入的觸發脈沖始終為負。

將RC差分電路添加到基本運算放大器單穩態中可以得到：

運算放大器單穩態電路

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