LS-Sb88871

Рис. 3.1

Триггеры Шмитта нашли широкое применение в аналоговых компараторах, мультивибраторах, импульсных стабилизаторах напряжения и других электронных устройствах.

3.1.2. Экспериментальная часть

Исследуем работу триггера Шмитта на ОУ, для чего соберем на макет-

ной плате схему, представленную на рис. 3.1 (R1 = 10 кОм; R2 = 100 кОм;

R3 = 10 кОм). В меню запуска инструментов NI ELVIS выберем функции

21

Variable Power Supplies (регулируемые источники питания) и Digital Mul- timeter (цифровой мультиметр). На лицевой панели РИП установим входное напряжение Uвх = 0 и с помощью ЦМ измерим выходное напряжение Uвых .

Если оно максимально: Uвых = Umax , то фиксируем его и плавно увеличива-

ем входное напряжение Uвх до значения Uвх1, при котором триггер Шмитта изменит свое состояние (см. рис. 3.2, кривая 1). Измеряем напряжения Uвх1,

Umin и с использованием РИП отрицательной полярности (SUPPLY–) опре-

деляем напряжение Uвх2, при котором триггер возвратится в исходное со-

стояние. По результатам эксперимента необходимо построить характеристику передачи триггера Шмитта (см. рис. 3.2, кривая 1), определить ширину ее гистерезиса и сравнить с расчетным значением (3.4). Если в начале экспери-

мента с триггером (см. рис. 3.1) выходное напряжение минимально: Uвых = = Umin , то подключаем к входу РИП отрицательной полярности (SUPPLY–)

иплавно изменяем входное напряжение Uвх до значения Uвх2 и т. д.

3.2.Аналоговые компараторы

3.2.1. Общая часть

Аналоговыми компараторами называются пороговые устройства, предназначенные для сравнения двух аналоговых сигналов: измеряемого и опор-

ного, с выдачей результата сравнения в виде перепада выходного напряжения. При этом различают компараторы с безгистерезисной и гистерезисной характеристиками передачи.

Рис. 3.3

22

Схема гистерезисного аналогового компаратора, реализованного на триггере Шмитта, представлена на рис. 3.3. Этот компаратор сравнивает из-

меряемое напряжение Uвх с опорным напряжением Uоп; при этом оба на-

пряжения должны иметь одинаковую полярность.

Работа компаратора (рис. 3.3) во многом аналогична работе триггера Шмитта (см. рис. 3.1), но поскольку в компараторе резистор R1 подключен к опорному напряжению Uоп, то характеристика передачи компаратора (см.

рис. 3.2, кривая 2) представляет собой характеристику триггера Шмитта (см. рис. 3.2, кривая 1), смещенную вправо примерно на значение напряжения Uоп

(при Kобр 1). При этом напряжения переключения компаратора Uвх1к ,

Uвх2к и его напряжение гистерезиса Uг определяются соотношениями

Uвх1к Uоп 1 Kобр KобрUmax, Uвх2к Uоп 1 Kобр KобрUmin,

(3.5)

Uг Kобр Umax Umin .

Напряжение гистерезиса компаратора уменьшается с уменьшением ко-

эффициента цепи обратной связи Kобр R1 R1 R2 , т. е. при увеличении сопротивления R2, и при R2 гистерезисный компаратор превращается в безгистерезисный.

3.2.2. Экспериментальная часть

Исследуем работу гистерезисного аналогового компаратора, реализованного на триггере Шмитта, для чего соберем на макетной плате схему, представленную на рис. 3.3 (R1 = 10 кОм; R2 = 100 кОм; R3 = 10 кОм; Uоп = = 5 В). В меню запуска инструментов NI ELVIS выберем функции Variable Power Supplies (Регулируемые источники питания) и Digital Multimeter (циф-

ровой мультиметр). Эксперимент аналогичен рассмотренному в 3.1.2; при этом определяем параметры Umax, Umin , Uвх1к , Uвх2к , Uг – характеристики

передачи компаратора (см. рис. 3.2, кривая 2) и сравниваем их с расчетными значениями (3.5).

Исключаем в аналоговом компараторе цепь обратной связи (R2 ) и

повторяем предыдущий эксперимент. Убеждаемся, что при этом гистерезис-

ный компаратор превращается в безгистерезисный. По результатам двух экспериментов необходимо построить характеристики передачи аналогового компаратора.

23

3.3.Мультивибраторы

3.3.1.Общая часть

Мультивибраторы представляют собой генераторы прямоугольных импульсов. Они подразделяются на автоколебательные мультивибраторы, в ко-

торых генерация осуществляется непрерывно без внешнего воздействия, и на ждущие мультивибраторы (одновибраторы), формирующие под воздействи-

ем внешнего сигнала одиночные прямоугольные импульсы.

Схема симметричного автоколебательного мультивибратора, реализо-

ванного на интегральном ОУ, приведена на рис. 3.4. Мультивибратор включает в себя рассмотренный выше триггер Шмитта DA1, R1, R2 и времяза-

дающую цепь C1, R3. На рис. 3.5 представлены временные зависимости вы-

ходного Uвых и входного Uвх напряжений мультивибратора (T – период ко-

лебаний мультивибратора).

Рассмотрим работу мультивибратора (рис. 3.4). Пусть в момент времени t = 0 мультивибратор переходит по выходу из состояния Umin в состояние

Umax (рис. 3.5). При этом конденсатор C1 начинает заряжаться по цепи R3,

C1 от начального значения Uвх2. Напряжение на конденсаторе возрастает,

оно возрастало бы до значения Umax, но в момент времени t 0,5T , когда это напряжение достигает значения Uвх1, срабатывает триггер Шмитта (рис. 3.2, 3.5), напряжение на выходе мультивибратора изменяется до значения

Umin , и конденсатор C1 начинает разряжаться. Он разряжался бы до значе-

ния Umin , но в момент времени t T , когда входное напряжение достигает

24

Uвх

Uвх1

Uг

0

t

Uвх2

Uвых

Umax

0,5T 0,5T

0

t

Umin

Рис. 3.5

значения Uвх2, опять срабатывает триггер Шмитта, мультивибратор перехо-

дит по выходу в состояние Umax , и далее весь процесс повторяется (рис. 3.5).

Определим длительность периода колебаний мультивибратора T при следующих допущениях:

25

Длительность фронтов tфр прямоугольных импульсов на выходе муль-

тивибратора определяется максимальной скоростью нарастания выходного напряжения ОУ Vmax :

3.3.2. Экспериментальная часть

Проведем исследование работы симметричного автоколебательного мультивибратора с использованием осциллографа ОСЦ (см. рис. 3.4: R1 = = 10 кОм; R2 = 100 кОм; R3 = 10 кОм; C1 = 1 мкФ). В меню запуска инстру-

ментов NI ELVIS выберем функцию Oscilloscope (осциллограф). В качестве источников для каналов А и B на лицевой панели осциллографа установим соответственно [BNC/Board CH A], [BNC/Board CH B]; в качестве источника триггерного сигнала выберем СН А. Запустим ОСЦ в непрерывном режиме и понаблюдаем за выходным и входным напряжениями генератора, сравнивая их с графиками, приведенными на рис. 3.5. Измеряем частоту и амплитуду колебаний мультивибратора, определяем их период и сравниваем его с расчетным значением (3.9).

Экспериментальным путем находим длительность фронта tфр прямо-

угольных импульсов на выходе мультивибратора, из соотношения (3.10) определяем максимальную скорость нарастания выходного напряжения ОУ Vmax

и выясняем, соответствует ли она паспортным данным ОУ (Vmax > 0,5 В/мкс).

3.4. Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

–изложение цели работы;

–основные схемы и расчетные соотношения для триггеров Шмитта, аналоговых компараторов и мультивибраторов, реализуемых на интегральных ОУ.

–результаты измерения основных параметров триггеров Шмитта, аналоговых компараторов и мультивибраторов;

–выводы по работе.

3.5.Контрольные вопросы

1.Что собой представляет триггер Шмитта?

2.В чем состоит принципиальное отличие триггера Шмитта от инвертирующих и неинвертирующих решающих усилителей?

26

3.В каких электронных устройствах используется триггер Шмитта?

4.Что собой представляет аналоговый компаратор?

5.При каких условиях гистерезисный компаратор превращается в без-

гистерезисный?

6.В чем состоит отличие друг от друга характеристик передачи триггера Шмитта и гистерезисного компаратора?

7.Что такое мультивибратор?

8.В чем состоит отличие автоколебательного мультивибратора от одновибратора?

9.Представляет ли собой автоколебательный мультивибратор устойчивую систему?

10.Чем определяется длительность фронтов прямоугольных импульсов на выходе мультивибратора?

Список рекомендованной литературы

Батоврин В. К., Бессонов А. С., Мошкин В. В. Lab VIEW: практикум по электронике и микропроцессорной технике: Учеб. пособие для вузов. М.: ДМК Пресс, 2005.

Жуков К. Г., Модельное проектирование встраиваемых систем: Учеб. пособие. СПб.: Издво СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. 103 с.

27

Редактор Н. В. Лукина

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Подписано в печать 30.11.12. Формат 60 84 1/16. Бумага офсетная.

Печать офсетная. Гарнитура «Times New Roman». Печ. л. 1,75.

Тираж 90 экз. Заказ 167.

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

28