Указания к лаб.ратам ТАУ / НТЦ-09.12 Методические указания

Мультивибратор на операционном усилителе.

Мультивибратор на операционном усилителе имеет две цепи обратной связи рис.13.3.

Рисунок 13.3. Мультивибратор на операционном усилителе.

Цепь обратной связи неинвертирующего входа образована двумя резисторами R2 и R3 и, следовательно,

Рассмотрим процессы, протекающие в мультивибраторе, начиная с момента времени t0 рис.13.4, когда напряжение на выходе положительное UВЫХ+. При этом, как будет показано, конденсатор С1 в результате процессов, протекавших в предшествующие моменты времени, заряжен таким образом, что к инвертирующему входу приложено отрицательное напряжение. На неинвертирующем входе действует

определяет напряжение на неинвертирующем входе и на выходе сохраняется уровень

UВЫХ+.

Рисунок 13.4. Графики напряжений мультивибратора на операционном усилителе

В момент времени t1 напряжения на входах операционного усилителя становятся равными:

дифференциальное (разностное) напряжение на инвертирующем входе усилителя = U ВХ− -U ВХ+ оказывается положительным, поэтому напряжение на выходе резко уменьшается и становится отрицательным UВЫХ-. Так как напряжение на выходе операционного усилителя изменило полярность, то конденсатор С1 в дальнейшем перезаряжается и напряжение на нём, а также напряжение на инвертирующем входе

напряжения, опять перезаряжается и напряжение на инвертирующем входе возрастает, стремясь к UВЫХ+. Так как при этом UВХ+> UВХ-, то напряжение на выходе усилителя сохраняется постоянным. Как следует из временной диаграммы рис.3.4, в

операционного усилителя.

Поскольку во время паузы (интервал t1,t2) перезарядка конденсатора С1 происходит в точно таких же условиях, что и при формировании импульсов, то tИ=tПЗ. Следовательно, схема работает как симметричный мультивибратор у которого:

tИ = tПЗ = C1 × R1 ×ln( R2 + 2R3 ) . R2

4Задание на экспериментальное исследование мультивибраторов.

4.1получить прямоугольные импульсы с помощью мультивибратора на транзисторах и операционном усилителе.

5Экспериментальное исследование диодных ограничителей

5.1Подготовка к работе.

5.2Мультивибратор на дискретных элементах.

5.2.1Собрать схему симметричного мультивибратора на транзисторах, приведенную на рис.13.1.

5.2.2Подключить питание к схеме мультивибратора. Включить осциллограф в сеть.

5.2.3Получить осциллограммы напряжений на электродах, подключая вход осциллографа поочередно к коллекторам и базам транзисторов.

5.2.4Зарисовать осциллограммы полученных напряжений.

5.2.6Исследовать влияние величины емкостей С1 и С2 на форму и параметры генерируемых импульсов при Rk1=Rk2=const и Rб1=Rб2=const. Для этого при постоянных значениях Rk1=3 кОм и Rб=(10-20) кОм изменять величину С1, С2 в пределах от 4700 до 10000 пФ и измерять параметры импульсов. Результаты измерений записывать в табл.13.1.

5.2.7Исследовать влияние сопротивлений Rб и Rк на параметры импульсов. Величину сопротивления резисторов Rб можно изменять в пределах от 10 до 50 кОм,а RК - от 3 до 15 кОм. Результаты измерений записать в табл.13.2

и 13.3.

Таблица 13.2

RК1=RК2=const; С1=С2=const

Таблица 13.3

5.2.8По данным табл.13.1, 13.2 и 13.3 построить графики tИ=f(C), tИ=f(Rб), tИ=f(RК).

5.3Мультивибратор на операционном усилителе.

5.3.1Собрать схему симметричного мультивибратора на операционном усилителе (ОУ), приведенную на рис.13.3.

5.3.2Подключить питание к схеме мультивибратора. Включить осциллограф в сеть.

5.3.3Получить осциллограммы напряжений на электродах ОУ, подключая вход осциллографа поочередно к интересуемым точкам схемы.

5.3.4Зарисовать осциллограммы полученных напряжений.

5.3.5 Измерить параметры полученных импульсов U, tИ, Т. Результаты измерений записать в таб.13.4.

5.3.6Исследовать влияние величины емкостей С1 на параметры генерируемых импульсов. Для этого изменять величину С1 в пределах от 4700 до 10000пФ и измерять параметры импульсов. Результаты измерений записывать в табл.13.4.

Таблица 13.4

5.3.7 по данным табл.13.4 построить график tИ=f(C)

6Вопросы для проверки практических навыков

6.1Последовательность действий при исследовании мультивибратора на дискретных элементах.

6.2Какова последовательность построения графика tИ=f(C) при исследовании мультивибратора на ОУ.

Лабораторная работа N14. Исследование работы блокинг- генератора на транзисторе.

Цель работы - ознакомиться с практической схемой блокинг-генератора на транзисторе, изучить особенности блокинг-генератора по сравнению с другими генераторами релаксационного типа, а также влияние параметров схемы на параметры генерируемых импульсов.

1Задание на предварительную подготовку.

1.1Ознакомиться с содержанием лабораторной работы.

1.2Подготовить бланк отчета: наименование и номер работы; цель работы; аппаратура и пособия; задание на экспериментальное исследование; принципиальная электрическая схема лабораторного макета для исследования линейных формирующих цепей; таблица для занесения экспериментальных данных.

1.3Повторить назначение органов управления и правила пользования измерительными приборами, используемыми при выполнении лабораторной работы.

2 Аппаратура и пособия

2.1Лабораторный стенд.

2.2Осциллограф.

3 Краткие теоретические сведения

Однокаскадный релаксационный генератор с сильной положительной обратной связью, осуществляемой через импульсный трансформатор, называется блокинг-генератором.

Используются блокинг-генераторы для получения кратковременных импульсов с высокой крутизной фронтов почти прямоугольной формы. Амплитуда импульса на коллекторе транзистора может достигать напряжения питания коллектора. Применяя третью повышающую обмотку трансформатора, получают импульс любой полярности и значительной амплитуды, превышающей в несколько раз напряжение источника питания коллектора.

Схема блокинг-генератора приведена на рис.14.1.

В автоколебательном режиме в схеме происходит поочередная смена одного временно устойчивого состояния другим. В одном из таких состояний транзистор открыт, в другом - закрыт. Переход из одного состояния в другое происходит очень быстро - лавинообразно, вследствие наличия в схеме положительной обратной связи за счёт импульсного трансформатора.

Процессы в схеме целесообразно рассматривать с того момента времени, когда транзистор закрыт, а конденсатор С5 заряжен до максимального напряжения UC. Полярность этого напряжения показана на рис.14.2. С момента времени t1 начинается разряд конденсатора С5 через сопротивление R13 и вторичную обмотку (базовую) трансформатора.

Рисунок 14.1 Схема блокинг-генератора.

Ток разряда конденсатора, проходя по сопротивлению R6, создаёт на нём падение напряжения Ur6, плюсом приложенное к базе транзистора. Это напряжение держит транзистор в закрытом состоянии. Постоянная времени разряда τ P = C5 R6 .

По мере разряда конденсатора С5 напряжение на сопротивлении уменьшается по экспоненциальному закону. В момент времени t2, когда напряжение на участке база - эмиттер транзистора уменьшиться до величины потенциала отпирания, транзистор открывается. В цепи коллектора появляется коллекторный ток IК, протекающий через первичную (коллекторную) обмотку трансформатора. В результате этого во вторичной обмотке трансформатора индуктируется напряжение с отрицательной полярностью на базу транзистора. Ток базы увеличивается и вызывает рост коллекторного тока. С ростом IК растёт и величина отрицательного напряжения на базе, что ведет к дальнейшему росту коллекторного тока и т.д. Развивается лавинообразный процесс нарастания IК и IБ. В это время формируется передний фронт импульса.

Нарастание IК и Iб прекращается при переходе транзистора в режим насыщения. Транзистор при этом теряет усилительные свойства и регенеративный процесс заканчивается.

После этого (в момент времени t2) начинается сравнительно медленный процесс заряда емкости С5 и намагничивания сердечника трансформатора. В это время формируется вершина импульса. Ток IБ убывает. Идёт рассасывание зарядов в базе. В момент выхода из режима насыщения (t3 на рис.14.2) транзистор переходит в

Длительность вершины импульса, т.е. длительность импульса tИ, определяется временем пребывания транзистора в режиме насыщения. После запирания транзистора отрицательное напряжение на его коллекторе продолжает расти, образуя своеобразный всплеск. С момента запирания транзистора начинается процесс разряда конденсатора С5.

Процессы в схеме периодически повторяются.

Ждущий режим работы блокинг-генератора осуществляется введением в цепь базы положительного напряжения, запирающего транзистор. Запуск ждущего блокинг-генератора может осуществляться различными способами, но так, чтобы поступающий на базу запускающий импульс открывал транзистор.

Удобно осуществлять запуск блокинг-генератора с помощью дополнительной обмотки трансформатора. При этом запускающие импульсы могут быть как положительной полярности, так и отрицательной.

5Задание на экспериментальное исследование мультивибраторов.

5.1Составить схему блокинг-генератора на транзисторе.

5.2Получить импульсные колебания с помощью блокинг-генератора.

5.3Осуществить режимы работы блокинг-генератора:

·автоколебательный;

·ждущий.

5Экспериментальное исследование блокинг-генератора

5.1Подготовка к работе.

5.2Собрать схему блокинг-генератора, приведенную на рис.14.1.

5.3Подать питание на блокинг-генератор и включить осциллограф в сеть.

5.4Подключая осциллограф к базе, а затем к коллектору транзистора, получить осциллограммы напряжений на этих электродах. Измерить параметры U, tИ,

Ти зарисовать полученные осциллограммы. Результаты измерений записать в таблицу 14.1.

5.5Исследовать влияние величины R6 и С5 на параметры импульсов блокинг- генератора. Для этого, изменяя поочередно R6, а затем С5, построить графики Т=f(R6) и tИ=f(C5).

5.6Осуществить заторможенный режим работы блокинг-генератора. Для этого собрать схему pис.14.3 и установить Е1 небольшое положительное напряжение, запирающее транзистор (например, 0.5-1 В). Отсутствие колебаний в блокинг-генераторе проверить с помощью осциллографа.