4. Содержание отчета

4.1. Принципиальные схемы генераторов – 2 шт.

4.2. Таблица и график АЧХ моста Вина.

4.3. Результаты расчета и сравнения экспериментальной и теоретической частоты генераторов.

4.4. Данные по изменению амплитуды генератора синусоидальных колебаний при линейной и нелинейной отрицательной ОС.

4.5. Диапазон изменения скважности и длительности импульсов в генераторе прямоугольных импульсов.

5. Контрольные вопросы

1. Чем отличается принцип действия релаксационного и автоколебательного генераторов?

2. Назначение элементов в схеме генератора синусоидального напряжения.

3. Назначение элементов в схеме генератора прямоугольных импульсов.

4. Чем объясняется неравномерность АЧХ моста Вина?

5. Условие самовозбуждения генератора.

6. Способы обеспечения стабильности амплитуды выходного сигнала в генераторе синусоидальных колебаний.

7. От чего зависит частота генерируемых колебаний?

8. Чем определяется амплитуда и форма выходного сигнала в генераторе прямоугольных импульсов?

9. Оценить сходимость теоретических и экспериментальных данных.

5.10. Как осуществить плавную перестройку частоты генератора?

Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ АНАЛОГОВЫХ КОМПАРАТОРОВ

1. Цель работы

Изучение принципа действия и характеристик основных типов аналоговых компараторов: однопорогового, регенеративного и двухпорогового.

2. Основные теоретические положения

2.1. Компаратор является устройством сравнения двух сигналов. Если в процессе изменения входных сигналов один превышает другой – компаратор изменяет свое состояние на противоположное. Чаще всего из двух входных сигналов один имеет фиксированное значение, это опорный сигнал – U_оп. Другой сигнал U_вх может непрерывно меняться. Выходной сигнал компаратора, в зависимости от его состояния, принимает значение логического нуля или логической единицы. Таким образом аналоговый компаратор преобразует непрерывный входной сигнал в дискретный (цифровой) 0 или 1. В процессе работы компаратор может перестраиваться на различные уровни срабатывания путем изменения опорного напряжения U_оп.

Аналоговые компараторы широко применяются в измерительных, преобразовательных и регулирующих устройствах. Например, в аналогово-цифровых преобразователях для дискретизации уровня входного сигнала, преобразователях напряжение-частота, сигнализаторах и позиционных регуляторах технологических параметров (температура, давление, положение), в устройствах сортировки деталей по размерным группам, в системах импульсно-фазового управления (СИФУ).

Аналоговые компараторы строятся на основе операционного усилителя (ОУ) с дифференциальным входом. Разработаны специализированные быстродействующие компараторы в виде интегральных микросхем, например, типа K52ICA2, К554САЗ, K597СA1.

Применяется три основные разновидности компараторов: однопороговые, регенеративные и двухпороговые.

2.2. Выходной сигнал компаратора должен быть нормирован в соответствии с уровнем логического нуля и единицы для типовых логических элементов, подключаемых к выходу компаратора.

У однопорогового и регенеративного компаратора величина выходного напряжения определяется напряжением стабилизации стабилитрона (U_ст = 4,7 В для КС147А).

У двухпорогового компаратора его выходное напряжение U_вых определяется максимальным выходным напряжением ОУ U_Оумакс, которое зависит от напряжения питания U_вых = U_ОУмакс  (U_П – 1,5) В.

2.3. Зона переключения у регенеративного компаратора зависит от величины R₂, R₅, U_оп. (Формулы 2.1 – 2.3), причем с увеличением U_оп U уменьшается.

У двухпорогового – от величины R₁, R₅. (Формулы 2.4 - 2.6) и не зависит от U_оп.

2.2. Точность сравнения компаратора характеризуется порогом чувствительности U₀, то есть напряжением, на которое необходимо превысить уровень опорного напряжения, чтобы компаратор изменил свое состояние на противоположное. Порог чувствительности зависит от коэффициента усиления ОУ, напряжения смещения нуля ОУ, а также температурного и временного дрейфа этого напряжения.

2.3. Быстродействие компаратора характеризуется "временем восстановления" t_в. Это промежуток времени от момента подачи ступенчатого нормированного перепада входных напряжений, до момента, когда выходное напряжение достигнет уровня порога срабатывания U_пор логического элемента (для ТТЛ - элементов U_пор  1,5 В). Нормированный перепад между опорным и входным напряжениями при определении t_в составляет 5 мВ. Время восстановления компаратора можно разбить на две составляющие: время задержки t_з и время нарастания t_н выходного напряжения до порога срабатывания U_пор логического элемента (рисунок 2.1).

2.4. Используя для построения компаратора обычные ОУ, трудно получить t_в меньше 1 мкс, причем основной его составляющей будет время задержки t_з. Это объясняется тем, что в режиме перегрузки, обычном для компаратора, насыщаются транзисторы усилительных каскадов ОУ. Поэтому после снятия перегрузки требует­ся значительное время для рассасывания накопленного в базах тра­нзисторов заряда. В специализированных интегральных компарато­рах за счет дополнительных мер время восстановления составляет менее 10 нс.

Однако использование ОУ с навесными элементами вместо ин­тегральных компараторов оказывается предпочтительным, когда тре­буется высокая точность сравнения сигналов (десятки микровольт), малое потребление мощности и широкие функциональные возможности схемы.