Ім'я файлу: Лаба - 3.docx
Розширення: docx
Розмір: 453кб.
Дата: 17.05.2020
скачати
Пов'язані файли:
Управління якістю праці та продукції.docx
ЯЗИГИ.doc
Семинар 5.docx
0_Модульные критерии (физмат-2021).doc
Реферат з охорони.doc
Комбіновані небезпеки.docx

1. Мета роботи

1.1 Закріплення й експериментальне підтвердження теоретичного матеріалу по імпульсних пристроях на операційних підсилювачах (ОП):

а) компаратору;

б) тригеру Шмітта;

в) мультивібратору;

г) одновібратору.

2. Порядок виконання роботи:
Дослідження схеми компаратора.

2.1.1 Включили програму і набрати схему компаратора рисунок 1.



Рис. 1­ – Схема дослідження компаратора.
2.1.2 Установили величину заданої опорної напруги.

2.1.3 На віртуальному генераторі установили задані значення частоти і напруги.

2.1.4 Лінію, що з'єднує вхід операційного підсилювача і вхід А віртуального осцилографа, установити кольоровою.
2.1.5 З віртуального осцилографа замалювати осцилограми вхідної і вихідної напруг компаратора рисунок 2.



Рис. 2­ – Осцилограма схеми дослідження компаратора.
Дослідження тригера Шмітта

2.2.1 Набрали схему тригера Шмітта, рисунок 3. До схеми компаратора додали резистори R1, R2.

2.2.2 З віртуального осцилографа замалювати осцилограми вхідної і вихідної напруг тригера Шмітта, рисунок 4.

2.2.3 На осцилографі переключити режим розгорнення з V/T на В/А.

2.2.4 Замалювали осцилограму петлі гістерезису рисунок 5.




Рис. 3 – Схема дослідження тригера Шмітта.





Рис. 4 – Осцилограми вхідної і вихідної напруг тригера Шмітта


Рис. 5 – Осцилограма петлі гістерезиса
Дослідження схеми мультивібратора

2.3.1 Набрали схему мультивібратора рисунок 6 .

2.3.2 Установили задані величини елементів схеми.

2.3.3Лінію, що з'єднує вхід А осцилографа, установити кольоровою.

2.3.4 Замалювати осцилограми напруг на входах операційного підсилювача.

2.3.5 Вхід В осцилографа з'єднали з виходом мультивібратора.

2.3.6 Замалювали осцилограми напруг на вході і виході операційного підсилювача рисунок 7.

2.3.7 За допомогою візирних ліній осцилографа визначили тривалість 18 мс і період генеруючих імпульсів – 2 мс.




Рис. 6 – Схема дослідження мультивібратора





Рис. 7 – Осцилограми напруг на вході і виході операційного підсилювача

Дослідження схеми одновібратора

2.4.1 Набрали схему одновібратора рисунок 8.

2.4.2 Установили задані значення елементів схеми.

2.4.3 Лінію, що з'єднує вхід В осцилографа, установити кольоровою.

2.4.4 Записали показання приладів і визначити мінімальну амплітуду вхідного сигналу Uм вх.

2.4.5 Установили напругу джерела вхідного сигналу Е= 2Uм вх.

2.4.6 Перемикачем підключили джерело вхідного сигналу до входу операційного підсилювача.

2.4.7 Замалювали осцилограми напруг на входах операційного підсилювача рисунок 9,10.

2.4.8 За допомогою візирних ліній осцилографа визначити тривалість генеруємих імпульсів 1,6 с.


Рис. 8 – Схема дослідження одновібратора

Рис. 9 – Осцилограми напруг на входах операційного підсилювача(S1-off)

Рис. 10 – Осцилограми напруг на входах операційного підсилювача(S1-on)

3. Домашня підготовка

Компратор

3.1.1 Функціональне призначення компаратора полягає в зміні стану виходу при перевищені вхідною напругою деякого граничного значення. В якості компаратора може застосовуватися ОП. При цьому ОП працює переважно в області позитивного або негативного обмеження вихідної напруги, проходячи область підсилювального режиму тільки поблизу порогу.

3.1.2 Операційний підсилювач, ОП (англ. operational amplifier) — підсилювач постійного струму з диференційним входом, що має високий коефіцієнт підсилення. Призначений для виконання різноманітних операцій над аналоговими сигналами, переважно, в схемах з негативним зворотним зв'язком (НЗЗ). ОП повинен мати мінімум п'ять виводів, що необхідні для його функціонування: V+ — неінвертуючий вхід; V- — інвертуючий вхід;Vout — вихід; Vs+ — плюс джерела живлення (також може позначатися як VDD, VCC, або VCC+); Vs- — мінус джерела живлення (також може позначатися як VSS, VEE, або VCC-).

3.1.3 Графіки залежності U вих = f ( U вх) для інвертуючого і неінвертуючого входів операційного підсилювача


а) б)

Рис. 11 – графіки залежності U вих = f ( U вх) для інвертуючого а) і неінвертуючого б) входів операційного підсилювача.
3.1.4 Схема компаратораде опорна напруга Uоп подана на вхід “+ “ інвертуючого ОП, а вхідна синусоїдальна напруга подана на інвертуючий вхід “–“ представлена на рисунку 1.

3.1.5 Графік залежності U вих = f ( U вх).

Uвых, (В)
-11,76
-11,56
-11,29
-4,92
5,63
11,35
12,08
12,11

Uвх, (В)
4,93
4,23
3,83
1,64
-1,88
-3,79
-4,49
-4,98




Рис. 12 – Графік залежності U вих = f ( U вх)


3.1.6 Графік залежності U вих = f ( t ) і графік вхідної синусоїдальної напруги.



Рис. 13 – Графік залежності U вих = f ( U вх)
Тригера Шмітта

3.2.1 Тригер Шмітта — електронна модель двопозиційного релейного елемента, статична характеристика якого має зону неоднозначності (петлю гістерезиса). Винайдений в 1938 році американським інженером Отто Шміттом.

3.2.2 Схема тригера Шмітта рисунок 14.



Рис. 14 – Схема тригера Шмітта на ОУ
3.2.3 Величина резистора R2 – 2кОм.

3.2.4 Графік залежності зображено на рисунку 15




Рис. 15 – Графік залежності Uвих=Uвх
3.2.5 Графік залежності і графік вхідної синусоїдальної напруги зоюражені на рисунку 16.



Рис. 16 – Графік залежності і графік вхідної синусоїдальної напруги

3.2.6 При порівнянні двох графіків було виявлено, що тригер Шмітта працює краще, адже на відміну від компаратора має так звану петлю гістерезису. Тобто компаратор перемикається з високого рівня напруги в низький при одній і тій же величині вхідної напруги, а тригер Шмітта має два рівня (порога) перемикання, що сприяє усуненя помилкових спрацьовувань.

Одновібратор

3.3.1 Одновібратор є формувачем одиночного імпульсу прямокутної форми і фіксованою тривалості, виникає на виході під час вступу на вхід запускає короткого імпульсу.

Одновібратор застосовується або як формувача прямокутних імпульсів, або в якості вузла затримки імпульсів на заданий час.

3.3.2 Рисунок 8

3.3.3 Одновібратор містить конденсатор С1, пов'язаний з виходом компаратора на ОУ через резистор R. Як компаратора використана схема з ПОЗ через ланцюжок R3R4. Мікросхема ОУ виконує в одновібраторі кілька функцій: компаратора, джерела напруги для заряду конденсатора і ключа., Так як комутація ланцюгів заряду і розряду конденсатора здійснюється при перемиканні компаратора. Діод V1 служить для фіксації початкового напруги на конденсаторі Uсо. Елементи С2, R4, R5, V2 складають ланцюг запуску, через них на схему надходить короткий запускає імпульс Uвх. Ланцюжок R2,R5 є диференціюючим.

Принцип роботи

1-ий етап. Uвх = 0. Будемо вважати, що компаратор раніше був приведений в стан U вих = -Uвих мах. Конденсатор С1 розряджений, тому що діод V1 перешкоджає його заряду вихідним напругою ОУ через резистор R.

2-ий етап (формування імпульсу). При Uвх> 0, до прямого входу ОУ прикладається вхідна напруга, яке діє сильніше, ніж сигнал з виходу ОУ через R3. Напруга на прямому вході стає позитивним. Оскільки на вході інвертується зберігається Uо (t1) = 0, то компаратор регенеративно перемикається і напруга на його виході стрибком досягає U вих = Uвих.мах. На етапі формування імпульсу потреба в підтримці напруги на вході після перемикання компаратора відпадає, тому що позитивне насичення ОУ підтримується позитивною напругою з його виходу на прямий вхід по ланцюгу R3R4. Тому, вхідний імпульс одновібратора може бути вельми коротким.


При t> t1 конденсатор С1 заряджається напругою Uвих.мах через резистор R, причому, t = RC1. Етап формувати імпульсу завершується в момент t2, коли напруга на конденсаторі досягає значення напруги ПОЗ на прямому вході: Uс (t2) = Uос (t2) = Uвих.мах = Uо2.У цей момент компаратор регенеративно перемикається.

3-ий етап (стадія відновлення вихідного стану). Отже, в момент t2 стрибком встановлюється U вих = -Uвих.мах. Конденсатор С1 починає розряджатися через резистор R від джерела напруги (-Uвих.мах), при цьому t = RC1. У момент t3 напруга на конденсаторі досягає Uc (t3) = 0, відкривається діод V1, який перешкоджає подальшому зменшенню напруги на конденсаторі. У момент t3 стадія відновлення завершується, одновибратор готовий до приходу нового імпульсу на вході.

3.3.4 Одновібратор - по іншому: чекаючий мультивибратор, Він чекає команду, щоб сформувати вихідний імпульс. А мультивибратор формує безперервну послідовність імпульсів.

3.3.5 Графіки зміни напруг у часі на інвертуючому і неінвертуючому входах і виході операційного підсилювача на рисунку 17



Рис. 17 – Графіки зміни напруг у часі
4. Контрольні питання

4.1 Де застосовуються тригери Шмітта?

4.2 У чому відмінність одновібраторів від мультивібраторів?

4.3 Дайте визначення мультивібраторам. Часова діаграма роботи мультивібратора.
5. Відповіді

5.1 Тригер Шмітта використовується для відновлення цифрового сигналу, спотвореного у лініях зв'язку, фільтрах брязкоту, як двопозиційного регулятора в системах автоматичного регулювання. Цей тригер стоїть окремо в сімействі тригерів: він має один аналоговий вхід і один вихід.

5.2 Одновібратор – чекає команду, щоб сформувати вихідний імпульс. А мультивибратор формує безперервну послідовність імпульсів.

5.3 Мультивібратор – релаксаційний генератор електричних коливань прямокутного типу.
6. Висновок

Під час лабораторної роботи у програмі для моделювання електронних схем «Electronic Workbench» було зібрано чотири схеми для вивчення принципів роботи, головних параметрів та характеристик дослідження імпульсних пристроїв на операційних підсилювачах дослідження ОП у вигляді компаратора, суматора, тригера Шмітта, мультивібратора та одновібратора. В ході виконання роботи з осцилографа було знято статичні характеристики вхідного і вихідного сигналів з цих схем. Ми закріпили й експериментально підтвердили теоретичні матеріали по імпульсних пристроях на операційних підсилювачах.
скачати

© Усі права захищені
написати до нас