Erhalten einer Dreieckswelle aus einer Rechteckwelle mit einem LM324N-Operationsverstärker

Ich erzeuge eine Rechteckwelle mit einem 555-Timer-Chip und versuche, eine Dreieckwelle aus dem Ausgang des 555 zu erhalten, indem ich einen Operationsverstärker (LM324N) als Integrator verwende. Der Operationsverstärker befindet sich im Einzelstromversorgungsmodus, wobei Pin 4 (V+) mit Vcc (+5 V) und Pin 11 (GND) mit GND verbunden ist. Zuerst dachte ich, es könnte daran liegen, dass ich die Eingänge des Operationsverstärkers sättige, aber dann habe ich den Ausgang des 555 mit einem Digitalmultimeter gemessen und es zeigt an, dass er etwa 3,5 V ausgibt, wenn der AUSGANG des 555 auf HIGH geht. In der Anfangskonfiguration ( blau in der Zeichnung) pulsiert die LED1 wie es sollte zusammen mit dem 555 OUTPUT, aber die LED2 (Op-Amp-Ausgang) ist ständig aus.

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Dann habe ich die Polarität der LED umgekehrt und sie mit Vcc anstelle von GND verdrahtet (wie in Rot zu sehen) und sie bleibt immer eingeschaltet, unabhängig vom 555-Ausgang.

Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist über einen 220-Ohm-Widerstand mit 555 OUTPUT und über einen 10 Nanofarad-Kondensator mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (Pin 1) verbunden, der nichtinvertierende Eingang (Pin 3) ist mit Masse verbunden.

Was mache ich hier falsch? Und wie kann ich mit einem Operationsverstärker eine Dreieckwelle aus dem Rechteckwellenausgang bekommen?

Gibt es eine Chance, dass Sie das in ein schematisches Diagramm anstatt in einen Schaltplan umwandeln können? Das Schema gibt den Zweck der Pins an. Ihre PIN-Nummern nicht. In den Editor ist ein Schaltplan-Tool integriert. Ihr Diagramm wird ebenfalls gedreht.
Ich weiß nicht, warum der Schaltplan gedreht ist, auf meinem Computer war es in Ordnung. Ich werde es in einen richtigen Schaltplan umwandeln und hochladen, sobald ich kann :)
Haben Sie RC des Integrationsteils überprüft? Was ist VCC? Was ist die Art von LED2?
Vcc ist die Versorgungsspannung für den 555 und den LM324, die 5 V beträgt, die 2 LEDs sind identisch. Ich weiß nicht, was du meinst mit der Überprüfung des RC
Damit der Integrator funktioniert, muss die Eingangsspannung in Bezug auf den nichtinvertierenden Eingang „positiv“ und „negativ“ sein. Versuchen Sie, einen einfachen Spannungsteiler (2 x 4k7) zwischen der Versorgung und 0 V hinzuzufügen, wobei der Mittelpunkt mit dem nicht invertierenden Eingang verbunden ist.
Ich hatte keine 4k7-Widerstände zur Hand, aber ich habe einen Spannungsteiler mit 2x 2,2-kOhm-Widerständen gebaut und den Mittelpunkt mit dem nicht invertierenden Eingang verbunden. Was jetzt passiert, ist, dass LED2 (Ausgang des Operationsverstärkers) immer dann eingeschaltet ist, wenn der Ausgang des 555 niedrig ist und umgekehrt.
Es gibt einfachere Möglichkeiten, dies zu tun, indem zugelassen wird, dass das Laden und Entladen der Timing-Kappe nur Konstantstrommechanismen verwendet: all-electric.com/schematic/eticircuits/…

Antworten (3)

Nachdem Sie nun einen Schaltplan und keinen Schaltplan gezeichnet haben, wird das Problem klar.

Ihr Integrator ist ein invertierender Typ, und wenn der Eingang positiv wird, sollte der Ausgang negativ werden, was nicht möglich ist, da keine negative Versorgung vorhanden ist. Einige andere Probleme wurden in den anderen Antworten angesprochen.

Ein einfacherer Weg, dies zu tun, ist mit einem Paar Operationsverstärker.

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Abbildung 1. Dieses Operationsverstärkerpaar erzeugt eine Rechteck- und eine Dreieckswellenform. Für den Einzelversorgungsbetrieb würden die geerdeten Operationsverstärker-Pins mit der halb positiven Versorgung verbunden. Quelle: DIY Stompboxen .

Ein nettes Merkmal dieser Anordnung ist, dass der Integratorausgang niemals gesättigt wird (wenn die Komponenten natürlich stimmen) und die Frequenz nur durch Ändern von R3 eingestellt werden kann.

Eine Websuche nach „Integrator-Oszillator“ sollte Ihnen alle Informationen liefern, die Sie benötigen.

Aktualisieren

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Abbildung 2. Ein Oszillator, mit dem Sie im Simulator spielen können.

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Abbildung 3. Simulatoreinstellungen.

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Abbildung 4. Simulatorergebnis.

Ich habe die Schaltung wie im obigen Diagramm mit dem positiven Operationsverstärker der Versorgung auf +5 V und GND auf Masse verdrahtet. Ich habe R1 = 1 kOhm und R2 = R3 = 220 Ohm verwendet. Die Schaltung oszilliert nicht und hat stattdessen das Quadrat immer eingeschaltet mit etwa 3,53 V und das Dreieck immer ausgeschaltet mit etwa 0,06 V. Was mache ich hier falsch? Könnte (nach der Reparatur) diese Ausgänge auch zum Ansteuern eines Lautsprechers verwenden oder würde ich zusätzliche Schritte benötigen?
Siehe Aktualisierung. Sie sollten es wie gezeigt verdrahtet haben. Beobachten Sie Ihre Ausgangslast. Es ist nur ein Operationsverstärker und die Mindestlast wäre 1k höher, es sei denn, Sie wissen, was Sie tun. Es könnte eine LED leuchten. Es wird keinen Lautsprecher mit Strom versorgen.
Was muss ich mit dem Ausgang des Operationsverstärkers tun, um höhere Lasten treiben zu können?
Eine Art Leistungsverstärker. Du drückst dich bei deiner Bewerbung ziemlich vage aus. Ich kann es nicht erraten. Verwenden Sie zum Anhören einen Satz Computerlautsprecher mit eingebautem Verstärker. Fügen Sie einen Kondensator in Reihe mit dem Ausgang hinzu, da dort eine Vorspannung von 2,5 V DC anliegt. Beginnen Sie mit leiser Lautstärke!
Der 10F-Wert für C2 klingt aber etwas unpraktisch, oder?
10 μF. Behoben, danke. Es dient nur dazu, die 1/2-Versorgungsreferenz stabil zu halten.
Der Operationsverstärker war als Integrator verdrahtet, und mit der an den Operationsverstärkerausgang angeschlossenen LED hoffte ich, "die Rechteckwelle zu sehen" (LED-Helligkeit nimmt zu und ab). Ich mache das nur, weil ich kein Oszilloskop habe. Was ist falsch an diesem Ansatz?
Die LED kann mehr Strom fordern, als der Operationsverstärker liefern kann. Überprüfen Sie das Datenblatt. Beachten Sie aus der Simulation, dass sich der Ausgang bei einer Single-Ended-Versorgung um den 2,5-V-Mittelpunkt bewegt. Möglicherweise müssen Sie die Hysterese etwas ändern, um die Amplitude der Dreieckswelle zu erhöhen, wenn Sie hoffen, sie zu sehen. Spielen Sie mit R1- und R2-Werten, um eine größere Veränderung zu erzielen.

Es scheint, dass Sie eine Dreieckswelle von einer Rechteckwelle wollen. Wenn ja, gibt es eine Reihe von Dingen, die mit dieser Schaltung nicht stimmen:

  1. Es gibt überhaupt keinen DC-Rückkopplungspfad. Das bedeutet, dass selbst der kleinste Versatz im Integrator schließlich dazu führt, dass er auf die eine oder andere Schiene trifft. Wenn Sie sich nur um die AC-Komponente des Ausgangs kümmern, ist dies möglicherweise in Ordnung.
  2. Der Eingang ist immer Null oder positiv. Da der Integrator invertiert, wird der Ausgang nach kurzer Zeit immer Low.
  3. Der LM324 ist dafür keine gute Wahl. Insbesondere erfordert es etwas Headroom am oberen Ende und es hat einen relativ hohen Eingangsruhestrom.
  4. Es ist nicht klar, was der Zweck der LED ist. Es macht wenig Sinn, es von einer Dreieckswelle aus zu fahren.
  5. Das Ansteuern der LED direkt vom Ausgang des Operationsverstärkers erfordert, dass sie einen erheblichen Strom liefert. Vielleicht kann dieser Verstärker damit umgehen, aber das sollten Sie sorgfältig prüfen. Ein besser geeigneter Verstärker ist weniger wahrscheinlich in der Lage, den Strom zu liefern.
3. Was wäre ein besserer Operationsverstärker für diese Anwendung? Ich versuche erst jetzt, mich mit der Funktionsweise von Operationsverstärkern zu befassen, und habe keine Erfahrung mit ihnen. 4. Die LED ist da, damit "ich die Wellenform sehen kann". Ich wollte ursprünglich einen Lautsprecher mit dem Ausgang ansteuern, damit ich die Rechteck- und Dreieckwellenausgänge hören konnte, aber ich bin mir nicht ganz sicher, wie ich das machen soll.
@andr: Ein CMOS-Rail-to-Rail-Operationsverstärker wäre die bessere Wahl. Sie müssen jedoch noch Nr. 2 beheben. Der positive Eingang sollte etwa 1/2 der Versorgungsspannung betragen oder +-Versorgungen verwenden.
Ich habe den invertierenden Eingang mit einem Spannungsteiler aus 2 2,2k-Widerständen auf etwa die Hälfte der Versorgung gelegt, und jetzt schwingen sie phasenverschoben. Wenn der 555-Ausgang auf LOW geht, geht der Opamp-Ausgang auf HIGH und umgekehrt (wobei LED2 mit Masse verbunden ist). Sollte ich nicht sehen, dass sich die LED2-Lichtintensität während des Zyklus ändert (wenn es sich um eine Dreieckswelle handelt)?

Je nachdem, wie gerade die geraden Bits des Dreiecks sein sollen, ist der einfachste Weg, dies anzunähern, die Verwendung des 324, um die Spannung am Zeitkondensator zu puffern. Während der Oszillation steigt es zwischen 1/3 und 2/3 Vcc an (vorausgesetzt, der 555-Steuerspannungsstift ist offen, was Ihrer ist).

Obwohl die geraden Bits nicht zu gerade sind, sind die spitzen Bits sehr spitz ;-)

Wie kann ich das anstellen? könnte ich den Operationsverstärker als Spannungsfolger verwenden und Pin 2 des 555 als invertierenden Eingang verwenden?
@andreas.vitikan 555 Pin 2 ist der 'Triangle Wave'-Ausgang. Puffern Sie dies, indem Sie es zu einem nicht invertierenden Eingang des 324 führen, z. B. Pin 1, und machen Sie diesen Verstärker zu einem Puffer, indem Sie die Pins 2 (Inv-Eingang) und 3 (Ausgang) miteinander verbinden und den Ausgang von Pin 3 nehmen. Nehmen Sie 4 und 11 mit ihrer normalen Stromversorgung bzw. Erde.
Erhalten einer Dreieckswelle aus einer Rechteckwelle mit einem LM324N-Operationsverstärker
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