Теоретическая часть. Цель работы - экспериментальное исследование генератора прямо- угольных импульсов, работающего в автоколебательном режиме

Лабораторная работа № 4

МУЛЬТИВИБРАТОР НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ
С ИНТЕГРИРУЮЩЕЙ R С – ЦЕПЬЮ

Цель работы - экспериментальное исследование генератора прямо-
угольных импульсов, работающего в автоколебательном режиме.

Теоретическая часть

Схема мультивибратора, генерирующего прямоугольные импульсы
со скважностью Q=2 и эпюры напряжений к ней приведены на
рис. 1.

В мультивибраторе два состояния неустойчивого равновесия обес-
печиваются резисторной положительной обратной связью между выходом
и неинвертирующим входом за счет делителя R 2 R 3.Переключение

схемы осуществляется за счет изменения напряжения , на
инвертирующем входе операционного усилителя.

Рассмотрим работу схемы. Пусть имеет место неравенство .

При этом на выходе усилителя будет высокий уровень напряжения

, а на неинвертирующем входе напряжение составит величину

, где - коэффициент передача цепи

положительной обратной связи (здесь предполагается, что входное сопротивление усилителя велико).

Напряжение на инвертирующем входе всегда равно напряжению)
на конденсаторе С1, т.е. .

В данном состоянии схемы конденсатор С1 будет перезаряжаться
через резистор R1и выходное сопротивление усилителя (этим
сопротивлением будем пренебрегать, т.к. оно мало) с постоянной
времени и напряжение на

С1 будет асимптотически стремиться к уровню .

В момент времени напряжение достигнет

порогового уровня , произойдет скач-
кообразное изменение режима работа операционного усилителя и напря-
жение упадет до самого низкого уровня .

В этом новом состоянии схемы конденсатор С 1 будет пере-
заряжаться с той же постоянной времени, что и в предыдущем случае,
т.е. C1R1. Напряжение на инвертирующем входе начнет падать,

стремясь в пределе к уровню .

В момент времени напряжение достигнет порогового
уровня и схема вновь "опрокинется"
(сменит свое состояние), низкий уровень напряжения на ее выходе

сменится на высокий уровень и далее

процесс повторяется.

Длительность полупериодов колебаний T7 и T2 определяется
соотношениями

(1)

(2)

Возбуждение колебаний в данной схеме является мягким. Это значит что какой-бы

уровень выходного напряжения усилителя ни установился ( или ),

значение напряжения на конденсаторе С1, подключённом к инвертирующему

входу, приводит с течением времени к смене его другим уровнем.

Период колебаний Т при условии, что равен

(3)

Скважность импульсов в рассмотренном случае Q=2.

Если делать цепи заряда и разряда конденсатора С1 различными, то можно

получить Q>2 (рис. 2). Здесь механизм работы схемы аналогичен

рассмотренному выше.

Если свойства диодов идеальны, то полупериод Т1 определяется

зарядом конденсатора С1 через VD1 и резистор R1’, а полупериод Т2

разрядом конденсатора С1 через диод VD2 и резистор R1”. Если , то

и скважность Q определяется отношением сопротивлений резисторов

R1’ и R1”. Например, скважность положительных импульсов
на выходе равна

Изменение емкости: конденсатора С1, сопротивлений резисторов
R1, R2, R3 и коэффициент передачи цепи обратной связи
приводит к изменению параметров выходных импульсов.

Описание макета

Исследуемая схема представлена на рис. 3. Генератор прямо-
угольных импульсов построен на основе операционного усилителя ДА1.
В схеме можно изменять постоянную времени хронирующей RС цепи
(детали С1, С2, R3, R4), глубину положительной обратной связи
за счет резисторов R1, R2, R5, R6, а также емкость нагрузки (СЗ, С4).

В схеме установлены детали со следующими параметрами.

ДА1 - К553УД1
С1 = 0,047 мкФ
С2 = 0,092 мкФ
СЗ = 0,1 мкФ
С4 = 0,2 мкФ
R1 = 41 кОм

R 2 = 82 кОм
R 3 = 41 кОм
R 4 = 82 кОм
R 6 = 82 кОм
R5=41 кОм

Задание

I. Исследовать влияние постоянной времени, хронирующей RC цепи на
период генерируемых колебаний, сопоставить между собой полученные
экспериментально и рассчитанные длительности периода генерируемых
импульсов.

2. Исследовать влияние коэффициента передачи цепи поло-
жительной обратной связи на период генерируемых колебаний. Построить
зависимость Т = f (). Сравнить экспериментальные и теоре-
тические значения периодов колебаний для четырех значений .

3. Исследовать влияние емкости нагрузочного конденсатора на
длительность фронта и среза выходных импульсов генератора. Определить
постоянную времени, с которой перезаряжается нагрузочный конденсатер.

Контрольные вопросы

1. Как изменить амплитуду генерируемых прямоугольных импульсов.

2. Можно ли рассматриваемую схему использовать как генератор
линейно изменяющегося напряжения? Если можно, то как изменить ампли-
туду и линейность генерируемых колебаний?

3. Влияет ли коэффициент усиления на форму и амплитуду генери-
руемых сигналов?

4. Чем регламентируется частота генерируемых колебаний?

Литература

Т.7Л. Агаханян. Интегральные микросхемы: Учебное пособие для
вузов. - М.: Экергоатомиздат, 1953. - 464 с., ил.

рис.1

Рис.2

Рнс. 3

Поиск по сайту: