Содержание отчета

1. Функциональные схемы инвертирующего и неинвертирующего сумматора и вычитающего усилителя.

2. Теоретический расчет входных сопротивлений и коэффициентов передачи по каждому из входов инвертирующего и неинвертирующего сумматоров и вычитающего усилителя.

3. Таблицы значений входных и выходных напряжений для различных схем подключения операционных усилителей, а также расчет экспериментальных значений коэффициентов передачи и входных сопротивлений.

4. Временные диаграммы входных и выходных сигналов при исследовании схем инвертирующего и неинвертирующего сумматоров, вычитающего усилителя.

5. Таблица значений входного и выходного напряжений схемы дифференциального усилителя при синфазном и дифференциальных входных сигналах, расчет коэффициентов усиления синфазного и дифференциальных сигналов, коэффициента дискриминации ДУ.

6. Сравнительный анализ электрических характеристик исследованных схем подключения ОУ.

7. Анализ факторов, влияющих на сдвиг и дрейф нуля ОУ.

Контрольные вопросы

1. Перечислите особенности инвертирующего и неинвертирующего включений операционного усилителя.

2. Какие сопротивления схем инвертирующего и неинвертирующего включений ОУ влияют на коэффициент передачи усилителя?

3. Какие сопротивления схем включения ОУ влияют на входные сопротивления усилителей?

4. Какие сопротивления схем включения ОУ влияют на сдвиг и дрейф нуля усилителя?

5. Возможно ли обеспечение требуемого коэффициента передачи усилителя при произвольных соотношениях сопротивлений, используемых в цепях ОУ?

6. Что влияет на выходное сопротивление усилителя?

7. При каких условиях обеспечивается максимальное подавление синфазного сигнала в ДУ?

8. Допускается ли подключение к выходу ОУ нагрузки произвольного номинала?

9. Зависят ли сдвиг и дрейф нуля ОУ от сопротивления источника сигнала?

10. Как изменится динамическая характеристика ОУ при изменении схемы его подключения к источнику питания?

Лабораторная работа № 3

Исследование автоколебательного

и ждущего мультивибраторов

на операционных усилителях

Цель работы: исследование характеристик автоколебательного и ждущего мультивибраторов на операционных усилителях.

Описание схемы исследуемого устройства

Мультивибратор – бистабильное релаксационное устройство, в котором переключение состояний определяется характером заряда-разряда RC-цепей. Автоколебательный мультивибратор – импульсное устройство, состояния которого чередуются периодически с постоянной продолжительностью пребывания в них. Ждущий мультивибратор – устройство, в котором переключение состояния на заданную продолжительность происходит при поступлении запускающего импульса, по завершении которого устройство возвращается в исходное состояние. Автоколебательный мультивибратор относится к числу генераторов периодических импульсов. Ждущий мультивибратор относится к числу генераторов одиночных импульсов.

Автоколебательный мультивибратор. Принцип работы мультивибратора основан на использовании положительной обратной связи. Устройство (рис. 3.1, а) содержит времязадающую цепочку, включающую сопротивление R₁ и конденсатор С, и цепь положительной обратной связи, состоящую из потенциометрического делителя, реализованного на сопротивлениях и . ОУ используется в качестве компаратора, состояние которого изменяется при выполнении условия:

если > , то = ;

если < , то = ,

где и – соответственно напряжение на неинвертирующем и инвертирующем входах ОУ, и – соответственно положительный и отрицательный уровни насыщения ОУ. При симметричном питании ОУ, как правило,  =   = .

Рассмотрим принцип работы. Допустим, что при подключении ОУ к питанию на его выходе установилось напряжение = (рис. 3.1, в). Это вызовет заряд конденсатора по цепи . Заряд будет длиться до тех пор, пока не достигнет уровня =  . Как только =

= достигнет уровня U_ВХ+, состояние ОУ изменится в соответствии с приведенным ранее условием и на его выходе установится напряжение = . Теперь на неинвертирующем входе установится напряжение =  , а конденсатор С начнет перезаряжаться до уровня =

=  . Таким образом, процесс заряда-перезаряда С будет определяться изменением состояний ОУ.

Продолжительность заряда (перезаряда) конденсатора С, а следовательно, и длительность импульса будут определяться соотношением =

= ln[(1 + )/(1 – )], а период следования импульсов = 2 , так как заряд-перезаряд С осуществляется через одну и ту же цепь . Скважность импульсов, формируемых рассматриваемой схемой (рис. 3.1, а), Q = / =

= 2. Для формирования импульсов произвольной скважности необходимо разделить цепи заряда и перезаряда С. Это достигается введением в схему полупроводниковых диодов и (рис. 3.1, б), которые обеспечат заряд С по цепи , а разряд – по цепи . Длительность формируемых импульсов для рассматриваемой схемы будет определяться соотношением =

= ln[(1 + )/(1 – )], а период следования = ( + )ln[(1 + )/(1 –

– )].

Ждущий мультивибратор. Для рассматриваемой схемы (рис. 3.2, а) в исходном состоянии напряжение на выходе ОУ = , так как только при таком напряжении диод VD₁ будет открыт и выполнится условие

= + > = ,

где – напряжение прямо смещенного p-n-перехода диода .

R₁

Рис. 3.1. Автоколебательный мультивибратор:

а – симметричный; б – с импульсами произвольной скважности; в – временные диаграммы

Подаваемый на вход ждущего мультивибратора запускающий импульс дифференцируется цепочкой . Импульсы отрицательной полярности с сопротивления поступают через диод на неинвертирующий вход ОУ, который до этого момента имел исходное смещение =  . Дифференцированный импульс отрицательной полярности смещает вход ОУ до уровня ниже = , что переводит ОУ из состояния = в состояние = . В этот момент времени диод закрывается, а конденсатор начинает перезаряжаться с уровня до уровня = =  (рис. 3.2, б). Достигнув этого уровня, ОУ изменит свое состояние до уровня = , что мгновенно откроет диод и переведет мульти-

Рис. 3.2. Ждущий мультивибратор:

а – функциональная схема; б – временные диаграммы

вибратор в исходное устойчивое состояние до поступления очередного запускающего импульса. Длительность формируемого импульса не зависит от временных характеристик запускающего импульса и будет равна:

= ln[( + )( + )/( )] 

 ln[( + )/ ].

В том случае, когда период следования запускающих импульсов будет меньше длительности формируемых ждущим мультивибратором импульсов , он не будет реагировать на очередной запускающий импульс, пока не вернется в исходное состояние, т. е. будет пропускать часть запускающих импульсов. Таким образом, ждущий мультивибратор будет работать как делитель частоты импульсного сигнала с коэффициентом деления =

= Entire( / ).