Работа № 10. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛАКСАЦИОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ НА АНАЛОГОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМАХ ТИПА ОУ

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Цель работы – изучение принципов работы, методов расчета и особенностей настройки генераторов на ИМС типа ОУ. Продолжительность работы – 2 часа.

Теоретическая часть

Схема генератора на операционном усилителе и временные диаграммы представлены на рис.3. Дифференциальный усилитель работает в режиме регенеративного компаратора, у которого полярность и значение опорного напряжения U₂ изменяются в зависимости от полярности выходного сигнала. Процесс регенерации возникает вследствие наличия у устройства широкополосной положительной ОС. Выходное напряжение усилителя, охваченного цепью положительной ОС с kg > 1, может принимать два стабильных во времени значения: и . Это объясняется тем, что его активный прибор в результате процесса регенерации попадает в режим ограничения по соответствующей полярности.

Напряжение на неинвертирующем входе определяется коэффициентом положительной ОС g = R2/(R1+R2) и равно . Так как ОУ имеет один выход, то схема использует одну и ту же времязадающую цепь RC для формирования как импульса, так и паузы. Сигнал с выхода времязадающей цепи, резистор R которой одновременно является элементом отрицательной связи, подключен к инвертирующему входу ОУ. Переключения мультивибратора из одного квазиустойчивого состояния в другое определяются моментами встречи изменяющегося напряжения на конденсаторе С с пороговыми уровнями и . Это обусловлено тем, что ОУ имеет очень большой коэффициент усиления, поэтому можно считать, что изменение выходного сигнала компаратора происходит в момент равенства напряжений на дифференциальных входах.

Схема работает следующим образом. При подаче питающих напряжений в начальный момент времени вход 1 ОУ по переменному току заземлен, а на вход 2 по цепи положительной ОС поступает небольшое напряжение (положительное или отрицательное), так как на выходе всегда имеется положительное или отрицательное напряжение сдвига. Дифференциальное напряжение, приложенное к входам 1 и 2 скачком переводит ОУ в режим ограничения, когда напряжение , .

Рис.3. Схема релаксационного генератора (мультивибратора) на ИМС типа ОУ: а) схема генератора; б) временные диаграммы.

Конденсатор С начинает заряжаться с постоянной времени t = RC и напряжение на нем изменяется, стремясь к значению . При выходное напряжение скачком изменяется, достигая своего отрицательного предела .

Напряжение U₂ становится отрицательным и удерживает схему в состоянии ограничения. Конденсатор перезаряжается, а напряжение на нем стремится к значению . При  происходит скачок выходного напряжения к положительному пределу.

Таким образом, мультивибратор генерирует двухполярное напряжение прямоугольной формы (формы Меандра), при этом период автоколебаний . Длительности квазиустойчивых состояний схемы при Е_см = 0 (точка а заземлена) определяются как

Схема генерирует импульсы со скважностью, равной 2. Для изменения частоты и скважности выходных импульсов можно:

1) подать в точку а напряжение Е_см ¹ 0;

2) зашунтировать резистор R цепью, состоящей из последовательно соединенных R' и VD.

Описание макета

Макет, схема которого показана на рис.4, позволяет исследовать схему мультивибратора, выявить влияние величин резисторов и конденсаторов на частоту генерируемых прямоугольных импульсов, снять временные диаграммы, экспериментально определить длительности формируемых импульсов и сравнить их с расчетными величинами.

Резисторы и конденсаторы имеют следующие номиналы:

С1 = 0.047 мкФ, С2 = 2·0.047 мкФ,

С3 = 3300 пФ; С4 = 2·3300 пФ;

R1 = R3 = R5 = 0.5·82 кОм;

R2 = R4 = R6 = 82 кОм;

DA = K553УD2.

Рис. 4. Схема макета лабораторной работы

(мультивибраторы на ОУ).

Задание

1. Исследовать схему генератора при скважности генерируемых импульсов Q = 2, U2 » 0.66 U_вых.max и максимальном периоде автоколебаний (f_min) . Зарисовать осциллограммы изменения сигналов в точках КТ1 и КТ2.

2. Определить экспериментально длительность выходных импульсов. Сравнить полученное значение t_u c расчетным. Оценить расхождение расчетной величины и измеренной.

3. Исследовать возможности схемы для изменения частоты генерируемых импульсов путем изменения величины опорного напряжения. Зарисовать осциллограммы изменения сигналов и определить экспериментально длительность выходных импульсов.

4. Исследовать возможности схемы для изменения частоты генерируемых импульсов путем изменения параметров времязадающей цепочки RC. Зарисовать осциллограммы изменения сигналов и определить экспериментально длительность выходных импульсов.

5. Определить минимальную и максимальную частоту генерируемых импульсов мультивибратора.

6. Исследовать влияние нагрузочных конденсаторов С3, С4 на параметры генерируемых импульсов.

Контрольные вопросы

1. Объяснить работу мультивибратора на операционном усилителе.

2. Как влияет глубина положительной ОС на параметры генерируемых импульсов?

3. Какие резисторы и конденсаторы определяют параметры постоянной времени t?

4. При каких значениях резисторов и конденсаторов схемы обеспечивается минимальная и максимальная частота генерируемых импульсов?

5. Рассчитать f_min и f_max.

6. Какое значение скважности генерируемых импульсов обеспечивает данная схема и как можно его изменить?

7. За счет чего мультивибратор генерирует двухполярные импульсы?

Литература

1. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника. — М.: Высшая школа, 2004. — С. 646-649/

2. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. — М.: Горячая Линия–Телеком, 2000.

3. Электротехника и электроника. Книга 3. Электрические измерения и основы электроники. / Под ред. В.Г.Герасимова. — М.: Энергоатомиздат, 1998. — С. 190-192.

Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 56; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 23

Мы поможем в написании ваших работ!