Контрольні питання

1. Який пристрій називають компаратором?

2. Значення якого параметра операційного підсилювача дозволяє йому виконувати функції компаратора?

3. Чи корисна наявність петлі гістерезису в передавальній характеристиці тригера Шмітта?

4. Які корисні властивості додає компаратору введення позитивного зворотного зв'язку?

5. Яким чином можна змінити ширину петлі гистерезису в тригері Шмітта?

Лабораторна робота № 7 дослідження роботи мультивібратора

Мета роботи: вивчити принцип дії мультивібратора, побудованого на базі операційного підсилювача.

Стислі теоретичні відомості

Генератори коливань прямокутної форми - мультивібратори - будують, охоплюючи операційний підсилювач колами позитивного і негативного зворотних зв'язків. При цьому коло позитивного зворотного зв'язку забезпечує лавиноподібний перехід пристрою з одного стану в інший, а коло негативного зворотного зв'язку визначає час перебування пристрою в кожному із станів. У даній лабораторній роботі досліджується мультивібратор, схема якого зображена на . 7.3.

Цей мультивібратор можна розглядати як тригер Шмітта, вихідна напруга якого використовується для заряду конденсатора і при цьому напруга на конденсаторі є для тригера Шмітта вхідною. Елементи C1 і R2 утворюють коло негативного зворотного зв'язку, а елементи R1 і R3 – позитивного зворотного зв'язку.

У випадку, коли напруга на конденсаторі стає по модулю більшою за напругу на неінвертуючому вході ОП, в тригері відбувається зміна полярності вихідної напруги. Модуль вихідної напруги в цій схемі може мати лише одне значення, яке визначається напругою живлення.

Часові діаграми роботи мультивібратора показані на рис.7.1. Тут суцільною лінією показана вихідна напруга (u_вих), штриховою лінією - напруга на конденсаторі (u_c), а пунктирної - напруга на неінвертуючому вході ОП (u₂).

Рис.7.1.

Вихідний сигнал мультивібратора є серією прямокутних імпульсів. У прямокутному імпульсі прийнято розрізняти такі ділянки (рис. 7.2): фронт (АВ), вершину (ВС), зріз (СД), основу (АД). Основними параметрами вихідного сигналу мультивібратора є: амплітуда U_m, тривалість фронту t_ф, тривалість зрізу t_зр, період Т і зворотна йому величина – частота f, тривалість імпульсу t₁, тривалість паузи t₂, шпаруватість Q.

Рис.7.2.

Шпаруватістю Q називається відношення періоду T до тривалості імпульсу t₁:

.

Інтервали часу t₁ і t₂ залежать від позитивного U₊ і негативного

значень напруги насичення операційного підсилювача, від добутку R2 і C1, а також від коефіцієнта позитивного зворотного зв'язку

Якщо модулі позитивного і негативного значень напруги насичення рівні: /U- /=/U+,/ то t₁=t₂, а період коливань

Тривалість фронту і зрізу прямокутного імпульсу визначаються, в основному, динамічними характеристиками операційного підсилювача.

Порядок виконання роботи

Лабораторна робота виконується на стенді ЭС23.

1. Встановити на стенді змінну панель №2.2 із зображенням мультивібратора (рис.7.3).

Рис.7.3.

2 . Включити і налагодити осцилограф. Підключити спільний вхід осцилографа до клеми « » панелі «Мультивібратор». Включити стенд з дозволу викладача.

3. Натиснути кнопку С1 на панелі «Мультивібратор». Підключаючи почергово вхід осцилографа до клем 2 і 3 панелі «Мультивібратор», спостерігати і замалювати осцилограми сигналів на входах та виході операційного підсилювача.. Визначити за допомогою осцилографа амплітуду, частоту і шпаруватість сигналу на виході мультивібратора. Одержані результати занести в табл.7.1.

Таблиця 7.1.

Кон-ден-сатор	Конт. точки	Осцилограма	Амп-літуда	Час-тота	Шпару-ватість
С1	1
	2
	3
С2	1
	2
	3

4. Натиснути кнопку С2 на панелі «Мультивібратор» і повторити дії, вказані в п.3.

5. Вимкнути стенд, відключити осцилограф від мережі.

Контрольні питання

1. Які види зворотних зв'язків використовуються при побудові мультивібратора?

2. Якими елементами схеми мультивібратора визначається частота його вихідного сигналу?

3. Напишіть рівняння заряду конденсатора від джерела постійної напруги.

4. Перерахуйте відомі вам параметри прямокутних імпульсів.

5. Чим визначається амплітуда вихідного сигналу мультивібратора.

Лабораторна робота №8

ДОСЛІДЖЕННЯ ІНТЕГРАТОРІВ

Мета роботи: ознайомитися з роботою інтеграторів, побудованих на операційному підсилювачі.

Стислі теоретичні відомості

Інтегрування електричних сигналів здійснюється електронними вузлами, в яких негативний зворотний зв'язок вводиться за допомогою електричних кіл з ємностями. Такі вузли називаються інтеграторами. Схеми простих інтеграторів показані на рис. 8.1.а і 8.1.б. Інтегратор на рис. 8.1.а називається інвертуючим, на рис. 8.1.б неінвертуючим.

В івертуючому інтеграторі, так само як і в інвертуючому підсилювачі, наявність негативного зворотного зв'язку призводить до того, що на обох входах ОП однакова напруга, а вхідна і вихідна напруга мають завжди протилежні полярності.

а) б)

Рис.8.1.

Значення струму, що протікає через конденсатор, визначається виразом:

.

Слід нагадати, що вхідний струм ОП завжди значно менший струму,

який тече колом зворотнього зв′язку. Через це струм конденсатора дорівнює струму, що протікає через опір R, тому:

.

З цієї формули можна одержати рівняння, яке з’єднує вхідну Ux і вихідну Uy напруги інтегратора:

.

Як відомо, геометрично інтеграл можна інтерпретувати як площу фігури, утвореної графіком підінтегральної функції і віссю абсцис. Ця площа називається вольт-секундною, якщо підінтегральна функція є залежністю напруги від часу. Отже, вихідна напруга інтегратора пропорційна вольт- секундній площі вхідної напруги.

Виходячи з цього, можна легко одержати графік перехідної характеристики інтегратора (рис.8.2.), тобто залежності його вихідної напруги від часу у випадку, якщо вхідна напруга є одиничним стрибком нескінченної тривалості

Рис.8.2.

Швидкість зміни вихідної напруги пропорційна амплітуді напруги Ux і обернено пропорційна до добутку RC:

. Вихідна напруга інтегратора незмінна, тільки якщо вхідна напруга дорівнює

нулеві. Ця властивість інтеграторів широко використовується в електронних системах автоматичного регулювання.

Роботу неінвертуючого інтегратора ( Рис. 8.1, б ) розглянемо враховучи .що ОП охоплений негативним зворотним зв′язком, а тому на обох входах ОП напруга дорівнює U_X.

Струм через конденсатор матиме таку залежність від вхідної та вихідної напруг:

I_C = C .

Оскільки по резистору R та конденсатору С протікає один і той же струм (вхідним струмом ОП нехтуєм )

U_X = I_C R.

З цього витікає такий вираз:

U_X = RC - RC

І тому U_У = + U_X

Вихідна напруга неінвертуючого інтегратора пропорційна сумі вхідної напруги та інтеграла від неї.

В разі потреби повернути вихідну напругу інтегратора Uy до нульового значення необхідно розрядити конденсатор С. Для цього в інтеграторах передбачають включені паралельно конденсатору електронні ключі, відкриваючи які можна достатньо швидко розрядити конденсатор.

Порядок виконання роботи

Робота виконується на стенді ЭС23.

1. Експериментальне визначення перехідних характеристик інтегратора (рис.8.3.).

Рис.8.3.

1.1. Встановіть змінну пластину №5.2. Вмикніть стенд

.

1.2. Натисніть кнопку «20 сек» панелі і кнопку «С1» «Інтегратор», відлічуючи по секундоміру стенду час, за допомогою «U вих» виконайте вимірювання зміни в часі вихідної напруги інтегратора. Результати занесіть в табл.8.1

Таблиця 8.1

T,c	0	4	8	12	16	20	24	28	30	32	36	40
Uвих (С1)
Uвих (С2)

1.3. На панелі «інтегратор» натисніть кнопку «С2» і повторіть дію п.1.2

1.4. За даними табл.8.1. побудуйте перехідні характеристики інтегратора.

2. Спостереження за роботою інтегратора в режимі періодичного сигналу на вході.

2.1. Підключіть до клеми «1» зачем панелі «Інтегратор» осцилограф. Натисніть кнопку « » на цій панелі. Спостерігайте та накресліть осцилограму.

2.2. Підключіть осцилограф до клеми «2» и зачем панелі «Інтегратор». Спостерігайте та накресліть осцилограму.

Питання для самоперевірки

1. Поясніть назву інтеграторів, зображених на рис.8.1,а,б.

2. Спробуйте пояснити принцип роботи інтегратора.

3. По яким законам змінюється напруга на конденсаторі, який заряджається від джерела постійного струму або від джерела постійної напруги?

4. Яка характеристика називається перехідною?

5. Від чого залежить нахил перехідної характеристики інтегратора?

6. Що називають «вольт-секундною площею»?

7. Чим відрізняється робота інвертуючого інтегратора від роботи неінвертуючого ?