Порядок выполнения экспериментов
Лабораторная работа №4
Исследование мультивибратора на базе операционного усилителя
Цель работы: изучение принципов построения импульсных генераторов на базе операционного усилителя.
Общие сведения
Рис.4.1. |
Рассмотрим мультивибратор на операционном усилителе. Работа мультивибратора основана на использовании компаратора.
Функция компаратора заключается в сравнении сигналов и (рис.4.1). При этом, если , то ; если , то . Если , то происходит переброс с на .
Операционный усилитель усиливает разность входных сигналов и , поданных соответственно на прямой и инверсный входы, поэтому изменение выходного сигнала будет в точке, где , т. е. . Таким образом, операционный усилитель с идеализированной характеристикой можно использовать для сравнения сигналов и . Подавая на прямой вход опорное напряжение получаем схему сравнения напряжений и (рис.4.2).
|
Компаратор на операционном усилителе с положительной обратной связью(рис.4.3).
Вводим в операционный усилитель положительную обратную связь через резисторы и . Подаём на вход отрицательное напряжение , тогда ,
Рис.4.3. |
, . При увеличении UВХ переброс компаратора будет в точке UВХ= UОП1. После переброса, UВЫХ = - , . Теперь, если уменьшать UВХ, переброс компаратора будет в точке . Таким образом, при увеличении UВХкомпаратор перебрасывается в точке , а при уменьшении UВХ– в точке .
Переходный процесс подключения ёмкости под постоянное напряжение (заряд ёмкости) показан на рис.4.4.
|
Рис.4.4.
При подключении ёмкости под постоянное напряжение Uсизменяется по закону
, — постоянная времени.
Скорость изменения UСзависит от постоянной времени . Чем меньше , тем быстрее растёт напряжение на конденсаторе.
Схема и принцип действия мультивибратора (рис.4.5а и рис.4.5б). Работа мультивибратора основана на использовании компаратора на операционном усилителе с положительной обратной связью. К инверсному входу подключена ёмкость, напряжение на которой сравнивается с опорным напряжением компаратора.
Рис.4.5 .
При равенстве напряжений компаратор перебрасывается в противоположное состояние и вновь происходит перезаряд ёмкости (рис.4.5,б).
Рассмотрим работу мультивибратора для трех моментов времени.
t = t1. . Пусть UВЫХ = - начинается заряд ёмкости.
t = t2. — переброс компаратора, + , — емкость перезаряжается.
t = t3. переброс компаратора.
Симметричный мультивибратор – это мультивибратор, у которого .
Частота следования импульсов мультивибратора
.
У несимметричного мультивибратора (рис.4.6) . Для создания такого мультивибратора необходимо сделать разные цепи перезаряда ёмкости, за счёт
использования двух параллельных ветвей в цепи заряда с разными сопротивлениями и встречно включёнными диодами:
Рис.4.6.
Экспериментальная часть
Порядок выполнения экспериментов
- Соберите схему компаратора (нуль органа) согласно схеме (рис.4.7). Регулирование входного напряжения Uвх осуществляется регулятором на переменном резисторе 1кОм. Измерение входного и выходного напряжений осуществляется мультиметрами на пределах 20 В.
- Снимите зависимость Uвых=f(Uвх) изменяя входное напряжение от минимального до максимального значения и заполните таблицу 4.1. Как можно точнее определите точку изменения выходного напряжения.
Таблица 4.1
Uвх , В | ||||||||
Uвых , В |
Рис. 4.7.
- Введите положительную обратную связь как показано на рис.4.8.
- Повторите измерения и снимите зависимость Uвых=f(Uвх) изменяя входное напряжение сначала в прямом направлении (от –Umax до +Umax) а потом в обратном направлении (от +Umax до -Umax). Как можно точнее определите точки изменения выходного напряжения.
Рис. 4.8.
- Соберите схему мультивибратора. Для чего добавьте R-C цепь как показано на рис.4.9.
- С помощью осциллографа зарисуйте временные диаграммы выходного напряжения и напряжения на конденсаторе.
- Определите период и частоту выходного напряжения.
Рис. 4.9.
- Измените схему, включив параллельно резистору R диод, и зарисуйте временные диаграммы напряжений на выходе и на конденсаторе.
4.3. Контрольные вопросы: