Rechteckgenerator mit Operationsverstärker

Rechteckgenerator (astabiler Multivibrator) mit einem Operationsverstärker

Die Schaltung erzeugt eine symmetrische Rechteckspannung im Tonfrequenzbereich. Einfacher Aufbau und hohe Frequenzkonstanz sind die Vorteile dieser Schaltung. Nachteilig ist die symmetrische Stromversorgung.


Schaltbild des Rechteckgenerators mit einem Operationsverstärkers.


Das dazugehörige Berechnungsprogramm aus "E1 – Das interaktive Elektronikprogramm".

Funktionsprinzip: Die Schaltung setzt sich aus einem Schmitt-Trigger und einem RC-Glied (Rg, C) zusammen. Die rechteckförmige Ausgangsspannung kippt dabei zwischen nahezu -Ubb und +Ubb hin und her.  Warum?

Angenommen, die  Ausgangsspannung sei im Moment positiv. Dann wird der Kondensator C über den Widerstand Rg aufgeladen. Die Spannung am invertierenden Eingang steigt und steigt durch den Ladevorgang. Irgendwann sind die Spannungen am invertierenden und nichtinvertierenden Eingang des OpAmps gleich hoch, und der Schmitt-Trigger fängt schlagartig an zu kippen. Die Ausgangsspannung Uaus wird negativ (Uaus = -Ubb+0.5 Volt).

Das Spiel wiederholt sich nun mit umgekehrtem Vorzeichen: Der Kondensator C ist positiv geladen. Am Ausgang herrscht eine negative Spannung. Der Kondensator wird nun umgeladen, bis am invertierenden Eingang eine negative Spannung in Höhe der Spannung am nichtinvertierenden Eingang steht. Dann kippt die Schaltung wieder, und der Ausgang ist wieder positiv wie am Anfang unserer Überlegung.

Formel: Die Frequenz f (Hz) berechnet sich nach folgender Formel (Widerstände in Ohm, Kondensator in Farad):

 

f = 1 / (2•R•C•ln(1+2•Ru / Ro))

 

Macht man Ru=Ro, dann ist die Frequenz

 

f = 0.455 / (R • C)