Учебные задания и методические указания к их выполнению

Задание 1. Запустить лабораторный комплекс Labworksи среду МS10 (щёлкнув мышьюна команде Эксперимент меню комплекса Labworks).Открыть файл 27.6.ms10, размещённый в папке Circuit Design Suite 10.0 среды МS10, илисобрать на рабочем поле среды MS10 схему для испытания автоколебательного и ждущего мультивибраторов на ОУ (рис. 27.6) иустановитьв диалоговых окнах компонентов их параметры или режимы работы.Скопировать схему (рис. 27.6) на страницу отчёта.

Схема (рис. 27.6) собрана на ОУ типа SN741с двумя звеньями обратной связи и обеспечивает работу мультивибратора как врежиме автоколебаний(ключиАиВразомкнуты), при котором на выходе непрерывно формируются импульсы, близкие к прямоугольной форме, так и вждущем режиме(ключиАиВзамкнуты), выходной импульс которого формируется только после подачи на неинвертированный вход ОУ так называемого запускающего импульсаt_зап,который формируется с помощью генератора Е1 (в котором можно задать полярность, ширину и период повторения прямоугольного импульса), конденсатора С1 и диода VD.

Диоды VD1иVD2, включенные последовательно с резисторамиR1иR2в цепь ООС, обеспечивают поочередное прохождение токов зарядки и разрядки конденсатораСпри напряжениях на выходеи.

Задание 2. Провестииспытаниесимметричногомультивибратора (ра­зомкнув ключиАиВи установив сопротивленияR₁=R₂= 40 кОм резисторовR1,R2 и ёмкостьС= 50 нФ конденсатораС). В окне осциллографаXSC2с помощью визирных линийизмерить параметры выходного напряжения:,t₁,t₂, периодТи частотуfколебаний напряжения на выходе исравнитьизмеренные временные параметры с расчётными величинами. Сопротивлениями диодовVD1иVD2 в открытом состоянии и влиянием сопротивления нагрузкиR4пренебречь.

Скопировать окно осциллографаXSC2 с осциллограммами напряжений сим­метричного мультивибратора на страницу отчёта.

При выборе параметров мультивибратора руководствуются следующим положением: напряжение u_Спо мере зарядки и разрядки конденсатораСна инвертирующем входе должно превышать напряжение ПОС на неинвертирующем входеu_вх.н=илиu_вх.н=(=R₃/(R₃+ R_oc)коэффициент ПОС), которое остаётся неизменным в течение полупери­ода выходного напряженияu_вых(рис. 27.7). При равенствеu_С=u_вх.ннапряжение на выходеu_выхскачкообразно изменяет знак.

При определении длительностей t₁ иt₂выходных импульсов надо учесть, что на интервалеt₁напряжениеu_Сизменяется от, стремится ки достигает уровня, а на интервалеt₂– изменяется от, стремится ки достигает уровня, т. е. в указанные интервалы времени напряжение на конденсаторе изменяется следующим образом:

где =R₁C=R₂C– постоянная времени цепи ООС.

Если =, то длительности импульсов (без учета сопротивлений диодовVD1иVD2):

а период и частота колебаний и.

Длительность генерируемых импульсов, как и их фронты, увеличивается (уменьшается) с увеличением (уменьшением) сопротивлений резисторов R1,R2и ёмкостиC.

Задание 3.Провестииспытаниенесимметричногомультивибратора (ключиАиВразомкнуты, см. рис. 27.6), установив сопротивленияR₁= = 50 кОм,R₂= 30 кОм резисторовR1,R2 и ёмкость С= 50 нФ конденсатораС. В окне осциллографаXSC2с помощью визирных линийизмерить параметры выходного напряжения:,,t₁,t₂, периодТи частотуfколебаний исравнитьизмеренные временные параметры с расчётными величинами. Сопротивлением диодовVD1иVD2 в открытом состоянии и влиянием сопротивления нагрузкиR4пренебречь.

Скопировать окно осциллографаXSC2 с осциллограммами напряжений несим­метричного мультивибратора на страницу отчёта.

Несимметричность выходных импульсов (t₁ ≠ t₂, рис. 27.8, а, полученные при R₁= 50 кОм,R₂= 20 кОм иС= 50 нФ) мультивибратора обеспечивается неодинаковыми постоянными времени зарядки и раз­рядки конденсатора C при переключении триггера Шмитта (основного элемента мультивибратора) из уровня на уровень(₁ = R₂C) и из уровня на уровень(₂ = R₁C).

Период и частота колебаний выходного напряжения

T = t₁ + t₂; f = 1/(t₁ + t₂),

где

₁=R₂Cи₂ =R₁C– постоянные времени цепей зарядки и разрядки конденсатораС.

Задание 4.Провестииспытаниеждущегомультивибратора (замкнув ключиАиВ, см. рис. 27.6) приR₁= 50 кОм,R₂= 50 кОм иС= 50 нФ. В окне осциллографаXSC2с помощью визирных линийизмерить длительность импульса исравнитьеё с расчётной длительностью, определяемой по формуле

,где ₁=R₂C.

Скопировать окно осциллографаXSC2с осциллограммами напряжений жду­щего мультивибратора на страницу отчёта.

В схеме ждущего мультивибратора конденсатор С может зарядиться только до напряжения u_С, равного напряжению U_пр = 0,5…1,2 В на открытом диоде VD1 (см. рис. 27.6), и оно не может стать более отрицательным, чем напряжение , приложенное к неинвертирующему входу ОУ при u_вых = (рис. 27.8, б). По этой причине схема не может самостоятельно переключиться из состояния в состояние

Так, при подаче положительного запускающего импульса в цепь ПОС от генератора E1 (также на канал D осциллографа XSC1, см. рис. 27.8, б) с амплитудой, например 2 В, превышающей абсолютное значение отрицательного напряжения u_вх.н =  0,8 В на не­инвертирующем входе ОУ (канал В), напряжение на выходе u_вых (канал С) быстро нарастет до напряжения От этого напряжения через резисторR2 конденсатор С начинает заряжаться. Когда напряжение u_C (канал А) на конденсаторе окажется чуть больше , происходит новое переключение схемы к уровню напряжения и перезарядка конденсатора до напряженияU_пр диода, т. е. схема вернулась в исходное состояние.

Задание 5.Открыть файл 27.9.ms10, размещённый в папке Circuit Design Suit 10.0 среды МS10, илисобрать на рабочем поле среды MS10 схему (рис. 27.9) для испытания генератора линейно изменяющегося напряжения(ГЛИН) иустановитьв диалоговых окнах компонентов их параметры или режимы работы.Скопировать схему (рис. 27.9) на страницу отчёта.

Схема ГЛИН (рис. 27.9), собранная на виртуальном ОУ с RС-цепью в звене ООС, представ­ля­ет собой интегратор, в котором обеспечивается постоянство зарядного тока конденсатора С с помощью ключа, собранного на транзисторе VT типа п-р-п, управление которым осуществляется выходными импульсами генератора Е1: при подаче на базу транзистора VT напряжения отрицательной полярно­сти транзисторный ключ отпирается, а при его пре­кра­щении – запирается.

Рассмотрим процесс зарядки и разрядки конденсатора С (см. рис. 27.9), воспользовавшись временной диа­граммой (рис. 27.10), снятой при ЭДС Е = = 5 В генератора Е, сопротивлении R = 300 кОм и С = 10 нФ, длительности t_и = 5 мкс запускающих импульсов генератора Е1 и их периодеТ= 0,2 мс.

Процессу зарядки конденсатора (напряжениюu_С=u_вых) соответствует линейно возрастающая пря­мая. Когда напряжение на конденсаторе достигает верхнего относительного предела, под действием импульса генератораЕ1открывается транзисторVTи шунтирует конденсатор, который быстро разряжается через небольшое сопротивление открытого транзистораVT.К концу периода Т выходное напряжение ГЛИН достигает значения,

,

а в интервале времени импульса t_ивыходное напряжение быстро снижается до падения напряжения между электродами коллектор-эмиттер открытого транзистораVT.

Провестииспытание ГЛИН при входном напряженииu_вх=U_вх =5 В ге­нератораЕ; сопротивленииR= 250 кОм и ёмкостиС= 10 нФ цепи ООС; длительности прямоугольных импульсовt_и= 5 мкс и периоде следования прямоугольных им­пульсовT= 0,2 мс генератораЕ1 (см. рис. 27.9). В окне осциллографаXSC2с помощью визирных линийизмерить амплитуду выходного напряжения исравнитьеё с расчётной амплитудойU_mC.Скопировать окно осциллографаXSC2с осциллограммой напряжения ГЛИН на страницу отчёта.