11. Ознакомление с принципом действия триггера Шмидта и релаксационных генераторов на операционном усилителе Общие сведения

Релаксационными называют генераторы, у которых усилитель работает в переключательном (релейном) режиме. К ним относят автоколебательный и ждущий мультивибраторы, генераторы прямоугольных и пилообразных напряжений. Основой релаксационных генераторов на операционном усилителе является триггер Шмидта. Он может быть выполнен на операционном усилителе с положительной резистивной обратной связью. Одна из возможных схем и её переходные характеристики представлены на рис. 3.11.1.

Рис. 1.11.1

Переходная характеристика триггера Шмидта имеет гистерезис, ширина петли которого равна удвоенному пороговому напряжению 2U_пор. Для схемы рис. 1.11.1

где U_макс– максимальное выходное напряжение усилителя (напряжение насыщения или ограничения).

Схема и временная диаграмма автоколебательного мультивибратора на операционном усилителе приведена на рис. 3.11.2. Мультивибратор состоит из инвертирующего триггера Шмидта, охваченного отрицательной обратной связью с помощью интегрирующей RC-цепочки.

Рис. 3.11.2

Когда напряжение на конденсаторе достигает одного из порогов срабатывания, схема переключается, и её выходное напряжение скачком принимает противоположное значение. Конденсатор начинает перезаряжаться и, когда оно достигнет другого порога срабатывания, схема переключается в исходное состояние.

Период колебаний этого мультивибратора не зависит от питающего напряжения и составляет

.

Ждущий мультивибратор предназначен для получения одиночного импульса напряжения заданной длительности. Отсчёт длительности импульса начинается от фронта специального запускающего импульса. Для того чтобы перейти от схемы автоколебательного мультивибратора к схеме ждущего мультивибратора, необходимо добавить цепь запуска и цепь «торможения». Схема одновибратора и временные диаграммы его работы показаны на рис. 3.11.3.

Рис. 3.11.3

Схема имеет устойчивое состояние при отрицательном максимальном напряжении на выходе. При этом диод VD₁открыт и на инвертирующем входе имеется небольшое отрицательное напряжение, равное падению напряжения на открытом диоде. На неинвертирующем входе напряжение ниже, чем на инвертирующем входе. При поступлении положительного запускающего импульса напряжение на выходе усилителя изменяется скачком отU_максдо +U_макси конденсатор начинает заряжаться. Когда напряжение на нём достигнет порогового напряжения, напряжение на выходе становится снова равным –U_макс, конденсатор начинает разряжаться, и когда напряжение на нём достигнет напряжения открывания диодаVD1, схема возвращается в исходное состояние. Длительность импульса зависит не только от параметров цепи, но и от напряженияU_макс, которое определяется напряжением питания. Другим недостатком этой схемы является значительное время релаксацииt_р, в течение которого схема возвращается в исходное состояние. Эти недостатки отсутствуют у одновибраторов, выполненных на интегральных компараторах или аналоговых таймерах.

Экспериментальная часть Задание

Определить экспериментально пороговое напряжение триггера Шмидта и сравнить его с расчётным значением, получить на осциллографе переходную характеристику при переменном входном сигнале и исследовать влияние на неё амплитуды и частоты входного напряжения.

Снять экспериментально временные диаграммы работы мультивибратора, частоту колебаний мультивибратора сравнить с расчётным значением.

Снять экспериментально временные диаграммы работы одновибратора определить по ним длительность импульса и время релаксации.