Содержание отчета

1. Наименование работы.

2. Принципиальные схемы.

3. Таблицы результатов измерений.

4. Графики характеристик ОУ.

1. Расчет коэффициентов усиления при различных парамет­рах цепи обратной связи.

5. Примеры расчета.

6. Краткие выводы и анализ полученных результатов.

7. Технические данные используемых приборов.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение ОУ?

2. Каковы свойства инвертирующего и неинвертирующего входов ОУ?

2. Как по амплитудной характеристике ОУ определить на­пряжение смещения и коэффициент усиления?

2. Как изменится АЧХ ОУ при введении отрицательной об­ратной связи? Ответ проиллюстрируйте графиками.

5. Как влияет отрицательная обратная связь на выходное со­противление ОУ?

Работа №5

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТРОЙСТВ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

Цель работы — изучение работы и характеристик ком­паратора, триггера Шмитта и мультивибратора.

5.1. Компараторы

Компаратором называют импульсное устройство, имеющее два входа и один выход, и предназначенное для сравнения двух напряжений, подаваемых на его входы. Одно из них может пред­ставлять собой, например, неизменное по значению напряже­ние U_оп положительной или отрицательной полярности, а дру­гое — изменяющееся во времени напряжение u₁

На рис. 5.1, а приведена принципиальная схема компарато­ра, выполненного на операционном усилителе, а на рис. 5.1,б — временные диаграммы, поясняющие его работу. В момент време­ни t₁, равенства входных напряжений компаратора u₁(t₁,) = U_on про­исходит изменение полярности напряжения на его выходе, на­пример с U⁺_{вых max}на U^-_{вых max}.

Временные диаграммы построены при допущении, что ко­эффициент усиления по напряжению операционного усилите­ля К_и =∞. Реально у современных операционных усилителей К_U = (2...5)10⁴ и минимальное входное напряжение, при ко­тором u_вых = U⁺_вых._mах , или и_вых = U^-_{вых.тах}.

Здесь принято, что U⁺_вых._mая = -U^-_max = (0,8...0,9)U_п. Если считать К_и =∞, то для компаратора справедливы следующие уравнения:

u_вых =U⁺_{вых max} при u₁<U_оп

u_вых =U^-_{вых max} при u₁>U_оп

Выходные каскады компараторов могут выполняться также в виде схемы с открытым коллектором. В этом случае выход ком­паратора через согласующий резистор подключают к дополни­тельному однополярному источнику питания U_{n доп} что позволя­ет получить на выходе компаратора однополярное выходное напряжение требуемого уровня.

Компараторы применяют в системах управления энергети­ческими и технологическими установками и в измерительной технике.

5.2. Триггер Шмитта

Схема компаратора, приведенная на рис. 5.1, а имеет недоста­ток, заключающийся в том, что если в напряжениях и, и U при­сутствует "шум", то выходное напряжение будет отрабатывать шумы, т.е. появится "дребезг" в выходном напряжении. Для устра­нения "дребезга" применяют компараторы, охваченные положи­тельной обратной связью, которая осуществляется по неинвертирующему входу. Такой компаратор называют триггером Шмитта, он обладает передаточной характеристикой, зависимостью и_вых от u₁ с гистерезисом. Принципиальная схема триггера Шмитта при­ведена на рис. 5.2. Положительная обратная связь осуществляется с помощью резисторов R₂ и R1. Схема замещения триггера Шмитта в предположении, что входное сопротивление операционного уси­лителя равно бесконечности, для и₁ < U_оп, приведена на рис. 5.3

Схема замещения триггера Шмитта для u_вх > и_1ср приведена на рис. 5.4. Входное напряжения u_вх для данной схемы замеще­ния равно:

Для перевода триггера Шмитта в такое состояние необходи­мо подать напряжение питания на него при U₁=0 и U_on > 0. Входное напряжение для схемы замещения, приведенной на рис. 5.3, определяется следующим уравнением:

(3)

При увеличении напряжения и₁ в определенный момент времени u_вх станет равным

т.е. u_вх=U_{вх min}. C этого момента времени начинает действовать механизм положительной

обратной связи, т.к. при уменьшаются выходное напряжение и падение

напряжения на R₁, что приводит к уменьшению u_вх и дальнейшему снижению u_вых. Этот процесс носит лавинообразный характер. . В конечном итоге триггер Шмитта переходит в

другое устойчивое состояние при и_вых = U^- _{вых mах}. Так как является очень малой

величиной, то за напряжение срабатывания u₁=u_1ср принимают такое напряжение и₁,

при котором и_вх = 0, т.е.

(4)

Схема замещения триггера Шмита для u1>u1ср приведена на рис.5.4. Входное напряжениеu_вхдля данной схемы замещения равно:

(5)

При уменьшении напряжения и₁ в определенный момент времени u_вх станет равным

т.е. u_вх=U_{вх min}. C этого момента времени начинает действовать механизм положительной

обратной связи, т.к. при уменьшаются выходное напряжение и падение

напряжения на R₁, что приводит к уменьшению u_вх и дальнейшему снижению u_вых. Этот процесс носит лавинообразный характер. . В конечном итоге триггер Шмитта переходит в

другое устойчивое состояние при и_вых = U⁺ _{вых mах}. Так как является очень малой

величиной, то за напряжение отпукскания u₁=u_1отп принимают такое напряжение и₁,

при котором и_вх = 0, т.е.

(6)

Передаточная характеристика триггера Шмитта u_вых =f(и₁) приведена на рис. 5.5. Зона нечувствительности, зона гистерези­са, определяется уравнением:

Триггеры Шмитта применяют в качестве узлов, имеющих гистерезис, в системах управления и защиты энергетическими и технологическими установками и в измерительной технике.