6. Содержание отчета.

В отчете должны быть приведены принципиальные схемы исследуемых вариантов ТШ, блок-схемы измерений, теоретические и экспериментальные зависимости и графики по п.п. 5.1 и 5.2.

По данным измерения выходного напряжения ТШ необходимо рассчитать уточненные значения порогов срабатывания и ширины петли гистерезиса . Построить соответствующие графики и оценить ошибкуот использования приближенных формул, считая,, гдеи– реальные выходные напряжения ОУ, и ошибку измерений

, где- ширина экспериментально определенной петли гистерезиса.

Привести результаты расчетов, графики и результаты исследований ТШ в динамическом режиме.

Лабораторная работа № 7.

Исследование мультивибратора

на операционном усилителе.

1. Цель работы.

Экспериментальное определение основных характеристик автоколебательного и ждущего мультивибраторов на операционном усилителе.

2. Краткие теоретические сведения.

Мультивибратором (МВ) называется устройство, предназначенное для формирования импульсных сигналов прямоугольной формы. Мультивибраторы разделяются на две группы – автоколебательные и ждущие, или одновибраторы. Автоколебательные мультивибраторы работают в режиме самовозбуждения и формируют прямоугольные импульсы со скважностью, обычно равной двум (меандр). Ждущий мультивибратор в большинстве случаев вырабатывает один выходной импульс при поступлении на его специальный вход запускающего сигнала. Особенность одновибратора состоит в том, что параметры выходного импульса определяются только элементами схемы и слабо зависят от параметров импульсов запуска. Принципиальная схема автоколебательного МВ на ОУ приведена на рис. 7.1, а временные диаграммы его работы – на рис. 7.2.

Рис. 7.1 Автоколебательный мультивибратор на ОУ.

Рис. 7.2. Временные диаграммы работы автоколебательного МВ на ОУ.

Такой МВ представляет собой триггер Шмидта с дополнительной интегрирующей цепочкой. Вследствие перезаряда конденсаторачерез резистор, потенциал инвертирующего входа ОУ меняется во времени по экспоненциальному закону. В моменты превышения им порогов срабатывания триггера Шмидта будет происходить скачкообразное изменение выходного напряжения ОУ отдои обратно. Закон изменения напряжения на конденсаторе при его перезаряде отописывается соотношением:

,. (1)

Из него следует, что для заряда конденсатора до (при этом напряжение на нем изменится на) понадобится время:

. (2)

Такое же время потребуется и для перезаряда отдо. Следовательно, длительности положительного и отрицательного импульсов выходного напряжения у такого МВ будут равны между собой, а период колебаний определится соотношением:

. (3)

Из полученной формулы следует, что не зависит от величины напряжения источников питания, а определяется только номиналами пассивных элементов.

Рис. 7.3 Ждущий мультивибратор на ОУ.

Для перевода автоколебательного мультивибратора в ждущий режим параллельно интегрирующему конденсатору подключается диод. Кроме того, вводится дополнительный запускающий конденсатор (обычно), подсоединяемый к неинвертирующему входу ОУ. Схема такого одновибратора приведена на рис. 7.3, а временные диаграммы работы на рис. 7.4.

Рис. 7.4. Временные диаграммы работы ждущего мультивибратора на ОУ.

В таком устройстве отрицательное напряжение на интегрирующем конденсаторе, в отличие от схемы автоколебательного МВ, ни при каких условиях не сможет стать больше, чем падение напряжения на открытом диоде , которое меньше. Отсюда следует, что самопроизвольного переключения МВ в новое состояние не произойдет и, следовательно, состояние, при котором,является устойчивым.

Ждущий мультивибратор может находиться в нем сколь угодно долго вплоть до прихода запускающего импульса с амплитудой . Под действием этого импульса потенциал неинвертирующего входа становится более положительным, чем потенциал инвертирующего, и схема переходит в противоположное состояние. При этом начинается процесс перезаряда времязадающего конденсатора. Напряжение на нем будет изменяться по следующему закону:

. (4)

После заряда конденсатора до напряжения произойдет переход ждущего мультивибратора в начальное состояние. Длительность сформированного при этом положительного импульса будет равна

. (5)

Цикл работы ждущего мультивибратора завершается процессом восстановления, заключающемся в перезаряде конденсатора до исходного напряжения. Он протекает в течение интервала времени. (6)

Как следует из соотношения (5), длительность формируемого ждущим мультивибратором импульса практически не зависит от параметров запускающего импульса и напряжения питания на ОУ. Однако следует учитывать, что если интервал между запускающими импульсами меньше, чем , то работа ждущего мультивибратора будет неустойчивой.