Вятский Государственный Гуманитарный Университет

Отчёт по лабораторной работе № 3

«Изучение генератора прямоугольных импульсов на основе ОУ»

Выполнила: студентка

Группы МФ-52

Факультета ИМФ

Останина Ирина

Проверил: Мултановский В. В.

г. Киров

2011

Цель работы: ознакомиться с устройством, принципом действия и характеристиками генератора прямоугольных импульсов на основе ОУ с обратными связями.

Приборы и оборудование:

операционный усилитель КМ551УД2Б,

осциллограф С1-77,

монтажная плата,

набор резисторов R₁=15 кОм, R₂=27 кОм, R_ос=68 кОм,

набор конденсаторов C=0,1 мкФ

источник постоянного тока.

1. Собрать схему генератора прямоугольных импульсов на ОУ, подобрав R₁, R₂, R_ос порядка десятка (сотен Ком, ёмкость – доли микрофарад). Подключить на выход генератора осциллограф. Подключить источник питания постоянного тока 32–36 В к ОУ. Зарисовать осциллограмму выходного напряжения, измерить частотную амплитуду и длительность импульсов. Изменяя сопротивление обратной связи при фиксированной ёмкости и изменяя ёмкость при фиксированном сопротивлении обратной связи, исследовать зависимость частоты от ёмкости и сопротивления обратной связи. Построить соответствующие графики, сделать вывод о характере зависимостей, объяснить их, исходя из принципа действия генератора.

Генератор прямоугольных импульсов

R_ос

C

U_вых

R₁

R₂

• Зависимость частоты генератора на ОУ от сопротивления R_ос.

• Фиксированные параметры: С=0,1 мкФ, R₁=15 кОм, R₂=27 кОм.

1. R_ос=34 кОм, T=30 мс

2. R_ос=68 кОм, T=56 мс

3. R_ос=136 кОм, T=116мс

4. R_ос=300кОм, T=240 мс

Таблица 1.

Rос, КОм	34	68	136	300
T, мс	30	56	116	240
f, Гц	0,03	0,018	0,009	0,005

• Зависимость частоты генератора на ОУ от ёмкости С.

• Фиксированные параметры: R_ос=68 кОм, R₁=15 кОм, R₂=27 кОм.

1. С=0,5мкФ, T=100 мс,

2. С=0,25мкФ, T=56мс,

3. С=0,1 мкФ, T=19мс,

4. С=0,05 мкФ, T=17,5 мс,

5. С=0,025 мкФ, T=7 мс

Таблица 2.

С, мкФ	0,5	0,25	0,1	0,05	0,025
T, мс	100	56	19	17,5	7
f, Гц	0,01	0,018	0,052	0,058	0,143

2. При фиксированном значении ёмкости и сопротивления R_ос подключить параллельно с R_ос диод. Зарисовать осциллограмму выходного напряжения генератора. Определить длительность и скважность импульсов. Объяснить изменения формы импульсов.

Диод Д237А; С=0,1 мкФ, R₁=15кОм, R₂=27 кОм, R_ос=68 кОм, T=9,6 мс, U_m=20 В, длительность импульсов t=0,2 мс, скважность T/t=48.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия генератора прямоугольных импульсов на основе ОУ.

С помощью делителя R₁ - R₂ обеспечивается ПОС, которая переводит ОУ в триггерный режим (переключательный). R₂ - R₁ задают порог переключения на НИ входе. Если U_вых = +U_max, то U_{порога +} = [+U_max/(R₁ + R₂)]* R₁. Если U_вых = -U_max, то U_{порога -} = [-U_max/(R₁ + R₂)]* R₁.

Пока входной сигнал на инвертирующем входе отличается от  U_порога, ОУ находится за счет ПОС в состоянии насыщения, либо +, либо -U_max. Когда входное напряжение сравнивается с U_порога выходное напряжение меняет знак в зависимости от того, какой из порогов достигается, + или -.

Цепочка R - C обеспечивает заряд - перезаряд ёмкости, подключенной к И входу за счет изменения U_вых. Таким образом, этой цепочкой обеспечивается генерация и временные соотношения в схеме.

Заряд - разряд происходит с постоянной времени _{зар/раз} = RC

t₁ = t₂

U_вых = +U^max_вых, то U_{п +} = - пороговое напряжение

U_{п -} = , U_вых = -U^max_вых

1. Выходное напряжение

2. Напряжение на НИ входе: U₊ = U_вх+

3. Напряжение на И входе: U_- = U_вх- = U_с.

Делитель R₁ и R₂ задает пороги переключения ОУ как триггера. В установившемся режиме работы пусть:

U_вых = + U_{вых max},

при этом емкость С через R с постоянной времени  заряжается до + U_{вых max}. Пока U_вх-  U_вх+  U_вых = + U_{вых max}= const. В момент времени t = t₁, когда U_вх- = U_с = U_вх+ напряжение на входах сравнивается, ОУ входит в линейный режим и как только U_с станет чуть больше U_вх+, ОУ переключается в состояние U_вых = - U_{вых max}, за счет ПОС через R₁ и R₂ обеспечивается быстрое переключение ОУ со скоростью, определяемой быстродействием самого ОУ. После переключения С начинает перезаряжаться от U_вых = - U_{вых max} и пока U_с  U_{n -} , U_вых = - U_{вых max+} = const. В момент времени t₂ U_с = U_{n -} , происходит обратное переключение и процесс повторяется и на выходе формируется симметричный прямоугольный сигнал (меандр), у которого длительность импульса t₁ = t₂ = T/2.

2. Вывести формулу для расчёта частоты генератора прямоугольных импульсов на основе ОУ.

Частота f или период импульсов определяется временем, в течение которого напряжение на емкости U_c находится в пределах от U_{n +} до U_{n -}. T = 2RCln(1 + 2R₁/R₂)  f=1/T=1/(2RCln(1 + 2R₁/R₂)). Меняя R или С можно изменять частоту генерации.

3. Как можно изменить скважность импульсов? Привести схему и формулу для расчёта скважности.

Чтобы определить скважность импульсов необходимо промежуток времени между импульсами (период Т) поделить на длительность импульсов t. Скважность импульсов = T/t.

Для получения мощных прямоугольных импульсов малой длительности (от долей микросекунды до долей миллисекунды) и скважностью до нескольких десятков тысяч используют блокинг-генераторы. Основным элементом таких генераторов является импульсный трансформатор. Блокинг-генератор может работать в автоколебательном, ждущем режимах и в режиме синхронизации.

Автоколебательный блокинг-генератор.

4. Какую максимальную частоту можно получить от генератора на основе ОУ?

Это будет зависеть от сопротивления резистора обратной связи и ёмкости конденсатора. Так как для создания максимальной частоты должна выполняться зависимость f  1/(R_{ос *} С), R_ос  0, С  0.

6