Содержание отчета

1. Схемы исследуемых усилителей.

2. Таблица 1 для инвертирующего и неинвертирующего ОУ.

3. Графики 20 lg(k) = f() и  = f().

Работа № 5. Исследование мультивибратора на оу

Цель работы: дать навыки по расчету и использованию мультивибраторов на основе ОУ.

Рис. 19

Операционные усилители используются для создания автогенерирующих мультивибраторов с повышенной стабильностью генерируемого сигнала. Принципиальным для автогенераторов является наличие положительной обратной связи (ПОС), т. е. подачи части выходного сигнала на неинвертирующий вход ОУ. Схема мультивибратора на ОУ показана на рис. 19, а временные диаграммы, поясняющие ее работу – на рис. 20. Положительная обратная связь осуществляется цепочкой R2, R3. Амплитуда выходного напряжения практически равна напряжению питания (Е_п). Напряжение на неинвертирующем входе ОУ (U_пор) совпадает по форме с выходным напряжением и определяется как

,

где ;

Рис. 20

U_{вых max} – максимальное выходное напряжение ОУ, не охваченного отрицательной обратной связью (рис. 2).

Согласно правилу I e_н  е_и. Следовательно, усилитель меняет состояние выхода, когда напряжение на конденсаторе С достигает значения U_пор. В остальное время конденсатор С перезаряжается в обеих полярностях током, протекающим через R1. Таким образом, постоянная времени схемы равна R₁C. Поскольку конденсатор может заряжаться до напряжения +U_пор или – U_пор, полярность выходного напряжения меняется при этих значениях напряжения. Длительность импульса определяется выражением:

Если выходной сигнал симметричен относительно нуля, то t₁ = t₂ (рис. 20) и период импульсов будет

.

Порядок выполнения работы

1. Выбрать R1, R2, R3 в диапазоне (1...100) кОм таким образом, чтобы R₂  R₃.

2. Выбрать конденсатор С и рассчитать t₁ по формуле

.

3. Рассчитать ошибку, вносимую погрешностями внешних цепей (R1, R2, R3, C):

,

считая допустимые отклонения для сопротивлений резисторов, равными 5%, а емкости конденсатора – 10%.

Проверить расчеты с помощью программы MathCAD, приведенной на рис. УУ.

При совпадении результатов расчета с проверкой перейти к проверке результатов расчета на модели мультивибратора. В противном случае повторить расчет.

Модель мультивибратора показана на рис. Х, а результаты моделирования - на рис. ХХ. Если результаты расчета и моделирования совпадают, перейти к экспериментальной части работы.

4. Собрать схему (рис. 19). Включить питание стенда и наблюдать U_вых. Измерить значение t₁ с помощью осциллографа. Сравнить измеренное значение с расчетным, вычислить t₁ = t_1расч – t_1изм и сравнить с расчетным значением t₁.

Рис. 21.

5. Зарисовать осциллограммы напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах и выходе ОУ в одном масштабе времени. Отключить питание стенда.

Исследование схемы мультивибратора при изменении порогового напряжения

Пороговое напряжение будем изменять с помощью напряжения датчика сигнала (U_c), подключенного к R4 (рис. 5). Пороговое напряжение определяется как

;

.

Находим длительности импульса (t₁) и паузы (t₂):

;

Период импульсов будет T = t₁ + t₂.

Проверку расчетов проводим с помощью программы MathCAD, приведенной на рис. Х при U_c = 0. Зависимости u_С(t) и u_вых(t) для U_с = –3 В показаны на рис. Уа, для U_с = 3 В – на рис. Уб. Программа для получения зависимостей от U_с коэффициента заполнения и частоты импульсов приведена на рис. УУ.

При совпадении результатов провести моделирование схемы (рис. 5). Схема модели показана на рис. ЯЯ, а результаты моделирования при тех же значениях U_с – на рис. ЧЧ.

Послед проверки результатов расчета перейти к экспериментальной части.

6. Отключить заземленный вывод резистора R4 от общей шины и подключить его к датчику сигнала (ДС) (рис. 21). Включить питание стенда. Вращая ручку датчика сигнала, наблюдать изменение интервала t₁.

7. Снять зависимость коэффициента заполнения (k_з = t₁/T; Т – период выходного напряжения) и зависимость частоты выходного напряжения от уровня порогового напряжения: k_з = f(U_пор) и f = (U_пор). Временные интервалы t₁ и T измерять с помощью осциллографа, а U_c вольтметром В7-27. Результаты занести в таблицу

Uпор, В	t1 с	T, с	kз	f, Гц
-5
5

8. По результатам п. 7 построить графики k_з = f(U_c) и f = (U_c).