Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»
13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПАРАТОРОВ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ
Лабораторная работа № 2
по дисциплине:
Электроника 2.1
Исполнитель:
|
|
||||
студент группы |
5А94 |
|
Милёшкин А.А.
f |
|
13.06.2022 |
|
|
|
|
|
|
Руководитель:
|
|
||||
преподаватель |
|
|
Воронина Н.А. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Томск – 2022
Цель работы
Изучение принципа действия и экспериментальное исследование работы аналоговых компараторов, выполненных на операционных усилителях (ОУ).
Краткие теоретические сведения
Аналоговыми компараторами называются устройства, предназначенные для сравнения двух напряжений.
На рисунке 1 приведена схема аналогового компаратора, выполненного на операционном усилителе.
Рисунок 1 – Аналоговый компаратор на ОУ
Операционный усилитель рисунок 1 включен по дифференциальной схеме, не охвачен обратной связью, поэтому разница входных напряжений не равна нулю.
Рисунок 2 - Передаточная характеристика аналогового компаратора
Рассмотренная схема компаратора имеет два существенных недостатка:
– при медленно изменяющемся входном сигнале Uвх2 напряжение на выходе будет также изменяться медленно, не обеспечивая прямоугольного фронта;
– если во входном сигнале присутствует шум, то в выходном напряжении может происходить дребезг в те моменты, когда напряжение на входе проходит точку переключения.
Оба недостатка позволяет устранить схема компаратора с положительной обратной связью или триггер Шмитта. Одна из возможных схем триггера Шмитта приведена на рисунке 3.
Рисунок
3 – Схема триггера Шмитта при
Рисунок 4 - Передаточная характеристика триггера Шмитта при
Для порогового напряжения и зоны гистерезиса передаточной характеристики рисунка 4 формулы следующие:
напряжение срабатывания
напряжение отпускания
ширина гистерезиса
Схема и результаты исследований усилителей в программной среде Multisim
Исходные
данные:
и
Соберем триггер Шмитта в программе Multisim, как показано на рисунке 5.
Рисунок 5 – Триггер Шмитта в Multisim
После чего обратимся к осциллограмме, показанной на рисунке 6, для просмотра входного и выходного сигнала.
Uвх
Uвых
Рисунок 6 – Осциллограмма входных выходных значений (Y/T) Триггера Шмитта в Multisim
Найдем аналитически пороговые напряжения и зону гестерезиса:
Далее проверим полученные значения по осциллограмме (B/A), показанной на рисунке 7.
__
Рисунок 7 – Осциллограмма передаточной характеристики (B/A) Триггера Шмитта в Multisim
Полученные на осциллограмме значения практически совпадают с аналитически рассчитанными, исходя из чего можно судить о правильности расчёта.
Вывод: В данной лабораторной работе был изучен аналоговый компаратор на ОУ, необходимый для сравнения напряжения сигнала на одном входе с опорным напряжением, поданным на его другой вход. При использовании триггера Шмитта больше нет присутствия шума, и происходит быстрое изменение входного, а соответственно и выходного сигналов. По осциллограмме входного и выходного сигналов можно судить о том, что поданный треугольный сигнал становится прямоугольным. Была получена и рассчитана передаточная характеристика триггера Шмитта, относительно которой можно судить о пределах возможности использования устройства, ввиду того, что нет необходимости повышения ЭДС источников, так как выходной сигнал все равно не будет расти.