ЛР_13
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра ЭПУ
Отчет по лабораторной работе №13
По дисциплине «Аналоговая схемотехника»
Тема: АНАЛОГОВЫЕ КОМПАРАТОРЫ И СХЕМЫ НА ИХ ОСНОВЕ
Студентки гр. 8204 |
|
Овсянников А. И. Дичковский Д. Ю. |
Преподаватель |
|
Шаповалов С.В. |
Санкт-Петербург
2021
Цель работы: изучение свойств аналоговых компараторов и схем на их основе.
Основные теоретические положения
ОУ имеют два режима работы – усилительный (линейный) и режим насыщения. В линейном режиме ОУ стремится выполнить правило относительно равенства напряжений на входах. Если напряжение на неинвертирующем входе U(+) превышает напряжение на инвертирующем входе U(–), выходное напряжение ОУ UВЫХ растет до выравнивания напряжений входов. Если разность напряжений на входах ненулевая и U(+) < U(–), то ОУ, стремясь выровнять напряжения на входах, уменьшает UВЫХ. В итоге при работе в правильно рассчитанных усилительных схемах ОУ удается выровнять напряжения на входах за счет наличия отрицательной обратной связи: увеличение UВЫХ увеличивает U(–) или уменьшает U(+), и наоборот. Если ОУ не удается выполнить правило равенства напряжений на входах, он переходит в насыщение, и выдает на выходе напряжение, близкое +/–UП.
Если спроектировать схему вообще без ООС, то малейшее превышение U(+) над U(–) обеспечит высокое выходное напряжение, а если U(–) хоть сколько-нибудь превышает U(–) – низкое. Иными словами, ОУ без ООС можно использовать для весьма точного сравнения напряжений: малые разности напряжений на входах схемы будут приводить к выдаче выходных напряжений порядка +/–UП.
Однако при использовании ОУ в роли устройства сравнения напряжений (в схеме компаратора) возникает ряд проблем. Во-первых, диапазон выходных напряжений обычных ОУ уже диапазона питания на 1-2 В сверху и снизу. Во-вторых, многие ОУ рассчитаны на линейный режим работы и имеют на входе встречно-параллельно включенные диоды, т.е. | U(+) – U(–)| < 0.7 В. Такой ОУ нельзя использовать для сравнения напряжений, отличающихся на бо́льшие значения, чем 0.7 В. В-третьих, ряд ОУ ведет себя непредсказуемо при подаче на вход напряжений в полном диапазоне питания (например, вместо положительного насыщения на выходе можно наблюдать отрицательное).
Это привело к тому, что были разработаны специальные микросхемы, похожие на ОУ, но предназначенные только для сравнения напряжений – компараторы. Как видно, у термина «компаратор» есть два смысла – это и схема для сравнения напряжений, в которой с известными оговорками может быть использован ОУ, и отдельный тип аналоговых микросхем, которые, в отличие от ОУ, совершенно непригодны для линейных усилительных схем.
Протокол наблюдений:
Обработка результатов эксперимента
Соберем схему на рис. 1
Рисунок 1 - Схема компаратора без гистерезиса
Рассчитаем точные теоретические значения Uпор1-3:
Соберем схему на рис. 2
Рисунок 2 - Схема мультивибратора
На рисунках 3 и 4 представлены осциллограммы напряжений Uc, Uвых, Uпор1(2)
Рисунок 3 - Осциллограмма схемы (1)
Рисунок 4 - Осциллограмма схемы (2)
На рисунке 5 представлены экспериментальная и теоретическая зависимости выходной частоты от ширины петли гистерезиса:
Рисунок 5 - Зависимость f от Uг
Вывод:
В данной лабораторной работе мы исследовали аналоговые компараторы LM393 и схемы на их основе.
В схеме с компаратором без гистерезиса, мы замеряли реальные значения напряжений Uпор1-3, а также рассчитывали их теоретически. Сравнив их, мы поняли, что они почти не отличаются.
В схеме мультивибратора была измерена зависимость напряжения от частоты. Также на рисунке 5 представлена теоретическая и экспериментальная зависимость частоты от напряжения. Кривые практически совпадают по значениям.