5 семестр / Лабораторные работы / Задание / ЛР 09 / ЛР 09 Одновибраторы на ОУ

1. Цель работы

−Изучение принципов построения схем ждущих мультивибраторов (одновибраторов) на основе ОУ,

−исследование работы одновибраторов,

−определение параметров выходных импульсов.

2. Описание лабораторной установки

Рабочая схема одновибратора приведена на рис. 1. Схема включает схему симметричного мультивибратора (см. лабораторную работу № 08), дополненную диодом VD1, шунтирующим времязадающий конденсатор, и цепью запуска C2, R4, VD2.

Рис. 1. Схема лабораторной установки

В схеме одновибратора активным компонентом является интегральная

−кОм ,

−кОм ,

Это позволяют установить четыре значения постоянных времени релаксации τ = 0,1; 0,2; 0,5; 1,0 мс и два значения коэффициента передачи делителя в цепи положительной обратной связи γ = 1/2 и 2/3. Контактные гнезда XS1 … XS5 позволяют снять осциллограммы напряжений на входе (гнездо XS1) и выходе (гнездо XS5) схемы, осциллограмму на времязадающем конденсаторе С1 (гнездо XS4), напряжение запуска (гнездо XS3), а также снять осциллограмму Uд на дифференциальном входе операционного усилителя.

Сигнал запуска от генератора GFG-3015 через внутренние цепи стенда подключен к входу схемы (гнездо XS1).

3. Подготовка к работе

1.Изучить раздел лекционного курса "Одновибраторы на операционных усилителях".

2.Для схемы одновибратора (рис. 1) определить параметры элементов схемы, обеспечивающих требуемые значения τ и γ, и заполнить таблицу.

3.Определить минимальную амплитуду сигнала запуска для двух значений коэффициента передачи делителя в цепи положительной обратной связи

γ = 2/3 и γ = 1/2.

4.Рассчитать длительность выходного импульса tи и время восстановления tв

для всех возможных значений постоянной времени τ = 0,1; 0,2; 0,5; 1,0 мкс и для коэффициента обратной связи γ = 2/3 и 1/2. Результаты занести в таблицу (см. рабочее задание) и построить график tи(τ).

5.Подготовить протокол выполнения лабораторной работы, соответствующий содержанию рабочего задания.

5. Методические указания

1.Длительность выходного импульса рекомендуется измерять на уровне 50% от амплитуды импульса.

2.В п.3 рабочего задания значение запускающего импульса одновибратора устанавливается на уровне Uзmax = (1,2…1,5)Uзmin. Здесь Uзmin – минимальное значение амплитуды, обеспечивающее устойчивый запуск одновибратора, измеренное в п.2 рабочего задания.

6. Общие сведения о ждущих мультивибраторах

Принципиальная схема одновибратора приведена на рис. 2,а. Активным компонентом является операционный усилитель. В цепь положительной обратной связи неинвертирующего входа включается резистивный делитель R2–R1. Времязадающая RC– цепь включена в цепь инвертирующего входа (отрицательной обратной связью). Для обеспечения устойчивости одного состояния равновесия времязадающий конденсатор шунтируется диодом. В данной схеме состояние равновесия определяется высоким уровнем потенциала на выходе.

Состояние устойчивого равновесия устанавливается сразу после включения напряжений источников питания и остается до тех пор, пока на вход не поступит пусковой импульс по цепи запуска Cз, Rз, VD. Входной импульс в цепи запуска укорачивается до длительности tи≈0,7RзCз и передается через диод VD на неинвертирующий вход операционного усилителя. На рис. 2,б и 2,в приведены идеализированная передаточная характеристика интегрального операционного усилителя по неинвертирующему входу и временные диаграммы, иллюстрирующие работу одновибратора.

При отсутствии пускового сигнала одновибратор находится в состоянии устойчивого равновесия (в ждущем режиме), при котором на выходе ИОУ

Uвых =Uм+ (состояние положительного насыщения), диод VD1 открыт,

конденсатор С разряжен и напряжение Uc = Uд пр. (Uд пр – напряжение на открытом диоде VD1), так что напряжение Uc можно принять Uc=0, при этом напряжение Uд=Uни−Uи=γUм+>0.

При подаче по цепи запуска на неинвертирующий вход отрицательного перепада, которое обеспечивает изменение полярности напряжения Uд на дифференцирующем входе ОУ с положительной на отрицательную, происходит регенеративное переключение интегрального операционного усилителя. Он переходит в состояние отрицательного насыщения (выходное

напряжение становится равным Uвых =Uм− ). В результате этого диод VD1

запирается и напряжение на конденсаторе начинает изменяться по закону

Uc (t) =Uм− (1 −e tτ ).

Когда напряжение Uc достигает значения

Uc =Uсм =γUм−,

напряжение Uд переходит через нуль и интегральный операционный усилитель возвращается в состояние положительного насыщения Uвых =Uм+.

При этом конденсатор C начинает разряжаться с той же постоянной времени, так как диод VD1 остается закрытым. Отпирание диода произойдет только тогда, когда напряжение Uc достигнет напряжения отпирания диода Uотп.д. После отпирания диода VD1 на конденсаторе установится напряжение Uc=Uд пр и процесс восстановления завершится. Длительность выходного импульса при Uвых =Uм− равна

В этом случае выходные импульсы будут иметь одинаковую длительность.

Рис. 2

Литература

1.Интегральные микросхемы: Справочник/Под ред. Б.В. Тарабрина. М.: Радио и связь, 1985, с. 403.

2.Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: Справочник/Под ред.

Н.Н. Горюнова. М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 232−235.