МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра САПР

ОТЧЁТ

по лабораторной работе № 4

по дисциплине «Схемотехника»

Тема: ТРИГГЕРЫ ШМИТТА, АНАЛОГОВЫЕ КОМПАРАТОРЫ И МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

Студенты
Преподаватель

Санкт-Петербург

2025

1. Цель работы.

Ознакомление с принципами построения триггеров Шмитта, аналоговых компараторов и мультивибраторов, реализуемых на операционных усилителях (ОУ), и в экспериментальном исследовании их основных технических характеристик с использованием системы NI ELVIS.

2. Основные теоретические положения.

2.1. Триггеры Шмитта.

Схема триггера Шмитта приведена на рис. 2.1 (РИП – регулируемый источник питания, ЦМ – цифровой мультиметр). Он представляет собой операционный усилитель с цепью положительной обратной связи , . Триггер Шмитта имеет гистерезисную характеристику передачи (см. рис. 2.2, кривая 1) и может находиться в двух устойчивых состояниях, соответствующих максимальному и минимальному напряжениям на выходе ОУ.

Рассмотрим работу триггера Шмитта, полагая, что ОУ близок к идеальному. Пусть в начальный момент он находится в состоянии с уровнем выходного напряжения (см. рис. 2.2, кривая 1, точка A, < 0). В этом случае напряжения и положительны, что и поддерживает триггер в данном состоянии.

, , , (2.1)

где - коэффициент цепи обратной связи. Если теперь напряжение, возрастая, превысит напряжение (2.1), то напряжение станет отрицательным, при этом триггер Шмитта перейдет в состояние с уровнем выходного напряжения (см. рис. 2.2, кривая 1, точка В)

, , , . (2.2)

Если теперь начать уменьшать напряжение, то, когда оно станет меньше напряжения (2.2), напряжение снова станет положительным и триггер Шмитта вернется в исходное состояние (см. рис. 2.2, характеристика 1, точка А).

, , . (2.3)

Рис. 2.1

Рис. 2.2

Из соотношений (2.2), (2.3) и рис. 2.2 очевидно, что напряжение гистерезиса равно

_. (2.4)

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

2.2. Аналоговые компараторы.

Аналоговыми компараторами называются пороговые устройства, предназначенные для сравнения двух аналоговых сигналов: измеряемого и опорного, с выдачей результата сравнения в виде перепада выходного напряжения. При этом различают компараторы с безгистерезисной и гистерезисной характеристиками передачи.

Схема гистерезисного аналогового компаратора, реализованного на триггере Шмитта, представлена на рис. 2.3. Этот компаратор сравнивает измеряемое напряжение с опорным напряжением ; при этом оба напряжения должны иметь одинаковую полярность.

Рис. 2.3

Работа компаратора (см. рис. 2.3) во многом аналогична работе триггера Шмитта (см. рис. 2.1), но поскольку в компараторе резистор подключен к опорному напряжению, то характеристика передачи компаратора (см. рис. 2.2, кривая 2) представляет собой характеристику триггера Шмитта (см. рис. 2.2, кривая 1), смещенную вправо на величину напряжения. При этом напряжения переключения компаратора , и его напряжение гистерезиса определяются очевидными соотношениями:

, ,

, (2.5)

_{Напряжение гистерезиса компаратора уменьшается с уменьшением коэффициента цепи обратной связи: , т. е. при увеличении сопротивления и при уменьшении разности состояний выходного напряжения гистерезисный компаратор превращается в безгистерезисный.}