¿Por qué IC1 no es un comparador?

Supongo que al "completar el circuito de retroalimentación" te refieres a "mantener las entradas invertidas y no inversoras al mismo voltaje". Este es básicamente el único objetivo en la vida del op-amp, y dado un feedback negativo adecuado, lo logrará. Si no puede, entonces impulsará la salida en un riel de suministro o en el otro intentando hacerlo.

Entonces, ¿por qué IC1 puede lograr esto, mientras que el multivibrador astable no puede? Consideremos los componentes esenciales de cada uno:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Ahora considere la definición de capacitancia:

$$ I (t) = C \ frac {\ mathrm dV (t)} {\ mathrm dt} $$

Podría tener un poco más de sentido algebraicamente reorganizado:

$$ \ frac {\ mathrm dV (t)} {\ mathrm dt} = \ frac {I (t)} {C} $$

Eso dice, "la tasa de cambio de la corriente con respecto al tiempo es igual a la corriente dividida por la capacitancia". Por lo tanto, si coloca 1A a través de un capacitor 1F, el voltaje cambia a una velocidad de 1V / s. Si aumenta la corriente o disminuye la capacitancia, el voltaje cambiará más rápido. Para que la tensión cambie instantáneamente, necesita una corriente infinita o una capacitancia cero.

Para IC1, es fácil para el op-amp responder a cualquier cambio en la entrada. El voltaje a través de un capacitor quiere permanecer constante, toma tiempo y corriente cambiarlo. Si en algún momento la tensión de entrada aumenta en 1 V, la salida puede aumentar en 1 V, e instantáneamente la entrada inversora también aumenta en 1 V, y las dos entradas tienen el mismo voltaje. Misión cumplida .

Pero ¿qué pasa con IC3? Digamos que la entrada aumenta en 1V al instante. ¿Qué puede hacer el opamp? Puede aumentar el voltaje de salida, pero el voltaje en C2 (y, por lo tanto, en la entrada inversora) no puede cambiar instantáneamente. Cambiarlo instantáneamente requeriría una corriente infinita. Pero eso es imposible, porque la corriente que el amplificador operacional puede conducir a través del capacitor está limitada por R1.

Entonces, en cambio, el amplificador operacional hará lo mejor que puede y saturará la salida en el riel de alimentación positivo. Eventualmente, logrará cargar C2 para que coincida con el voltaje en la entrada, y el voltaje de salida irá a 0V.

Para hacer un multivibrador astable, agregas retroalimentación positiva para que la salida comience a establecerse a 0V y el voltaje de entrada también cambie. Por lo tanto, IC3 (con comentarios positivos agregados) nunca puede lograr su objetivo. Siempre está tratando de ponerse al día, y cada vez que tiene éxito, comienza otro ciclo.

Como dice la primera descripción del circuito, IC1 está actuando como un integrador. Ese capacitor en la ruta de retroalimentación es un capacitor de bloqueo de CC que hace que se acumule el voltaje en el lado de salida del IC, hasta que se eleva a cierto punto y luego es descargado por IC2 y Q1.

El multivibrador astable funciona en un mecanismo diferente donde C1 siempre está causando un retraso entre la salida de IC y el voltaje en el pin. Esto (creo que, sin haberlo simulado) mantiene la entrada persiguiendo la salida, lo que mantiene la salida cambiando ... es decir, hasta que se supere la retroalimentación positiva en el pin +, luego cambia.

Esa no es una explicación perfecta, pero creo que la respuesta es que simplemente funcionan de manera diferente, utilizando diferentes mecanismos.

No es un comparador porque la corriente fluye a través del condensador de tal manera que aumenta el bucle de retroalimentación.

Tenga en cuenta que para una entrada de CC, si no hubiera un circuito de restablecimiento, la salida finalmente alcanzaría el riel y la retroalimentación se interrumpiría. En ese momento, ya estás en el carril, por lo que no necesariamente notarás que el amplificador se está comportando como un comparador.

El primer circuito es un generador de función clásica (tanto de onda cuadrada como triangular) donde un integrador (IC1) y un comparador con histéresis (un op-amp Schmitt trigger - IC2) están conectados en un bucle. En este circuito de relajación , el voltaje de salida del integrador oscila entre los dos umbrales del comparador, ya que, cuando alcanza el umbral, el comparador invierte la dirección de la corriente de entrada ... y, por lo tanto, la dirección del voltaje cambia. también.

La solución convencional es conectar directamente la salida del comparador a la entrada del integrador. Pero obviamente, los autores decidieron que el voltaje de salida de IC2 no es tan estable y prefirió controlar el integrador con un voltaje de entrada constante (Vin) ... y, por supuesto, lo que es más importante aquí, controlar la frecuencia ... así que se usa un truco inteligente ... Vamos a desmitificarlo.

Tenga en cuenta que la entrada de inversión del IC1 se "eleva" hasta Vin / 2 mediante el divisor de voltaje R2-R4. Entonces, cuando Q1 está desactivado, se inyecta una corriente de entrada positiva Vin / 2 / 100k = Vin / 200k en la entrada ... y esta corriente entrante carga el capacitor. Cuando Q1 está activado, conecta la resistencia R4 a tierra ... y comienza a "aspirar" una corriente negativa Vin / 2 / 50k = Vin / 100k desde la entrada. La corriente resultante es Vin / 200 - Vin / 100 = -Vin / 200 ... y esta corriente saliente descarga el condensador. Entonces, realmente H & H tienen razón en que "una corriente de magnitud | Vin | / (200k) fluye constantemente a través del condensador".

Aquí hay otra explicación (más simple y clara). La idea más general (no obligatoria eléctrica) que se puede ver en la parte del circuito de entrada, es hacer (revertir) alguna cantidad positiva negativa agregándole una cantidad negativa dos veces mayor . Esta idea se implementa aquí mediante un integrador sumador que suma la corriente positiva "empujada" por Vin a través de R2 con la corriente negativa doble "succionada" por el suelo a través de R4. Como resultado, la corriente a través del condensador invierte su dirección (pero mantiene su magnitud sin cambios). Ahora entiende por qué la entrada no inversora del IC1 se "eleva" en Vin / 2: para dar una oportunidad a tierra de crear una corriente negativa cuando Q1 está activado ... Por cierto, la misma idea poderosa se usa en los convertidores de impedancia negativa (NIC ) donde la corriente (INIC) o la tensión (VNIC) ... y, como resultado final, la resistencia se invierte y, por lo tanto, se transforma en una resistencia negativa. Lo he explicado en otro pregunta .

@Kishore Saldanha, ahora sobre su pregunta principal: "¿Por qué el condensador completa el circuito de retroalimentación en el circuito del oscilador controlado por voltaje?" Realmente, como Phil Frost explicó anteriormente, el condensador cierra una retroalimentación negativa del 100% con respecto a los cambios instantáneos de voltaje ... y el circuito actúa como un seguidor de voltaje con un voltaje de entrada y salida continuamente "cambiante" ... Y, a medida que son lo suficientemente curiosos, revelaré el secreto de este circuito especialmente para usted ... Responderé la pregunta principal aquí, "¿Qué hace realmente el amplificador operacional en el circuito del integrador inversor de op-amp?"

La respuesta es extremadamente simple: La salida del amplificador operacional "copia" la caída de voltaje a través del condensador (Vc) y le agrega este voltaje (-Vc) en serie ... Entonces, el voltaje efectivo (entre las dos entradas del amplificador operacional) es casi cero (la única diferencia aquí es que tenemos que considerar el voltaje de "elevación" Vin / 2). Por lo tanto, el voltaje de salida del amplificador operacional neutraliza las variaciones de la caída de voltaje en el capacitor y la corriente a través de él es constante - | V | / 200k ... actúa como una especie de a ... Ver también este Wikibook story / a>.

El segundo circuito es una versión más simple del primero. Aquí, el integrador de amplificador operacional perfecto es reemplazado por un circuito RC humilde ... y, por supuesto, no es un generador controlado por voltaje. En este circuito, en realidad, no hay retroalimentación negativa durante la transición que está totalmente controlada por la retroalimentación positiva instantánea de refuerzo.