ЛР 08 Мультивибраторы на ОУ

1. Цель работы

−Изучение принципов построения схем мультивибраторов на основе ОУ,

−исследование режимов работы,

−определение параметров выходных импульсов.

2. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка включает в себя две схемы (рис. 1): схема 1 симметричного мультивибратора (СМВ) и схема 2 несимметричного мультивибратора (НСМВ).

а)

б)

Рис. 1. Схема лабораторной установки:

а) – симметричный мультивибратор, б) – несимметричный мультивибратор

В схеме симметричного мультивибратора активным компонентом является интегральная микросхема DA (ОР413). Параметры некоторых элементов схемы можно изменять с помощью переключателей (на рисунке не показаны):

Это позволяет установить четыре значения постоянных времени релаксации τ = 0,1; 0,2; 0,5; 1,0 мс и два значения коэффициента передачи делителя в цепи положительной обратной связи γ = 1/2 и 2/3. Контактные

гнезда позволяют снять осциллограммы напряжений на выходе схемы (гнездо XS1), на конденсаторе (гнездо XS2) и на делителе R2-R3 (гнездо XS3).

В схеме несимметричного мультивибратора активным компонентом также является интегральная микросхема ОР413. Параметры элементов схемы можно изменять с помощью переключателей (на рисунке не отражены):

R1 =10кОмили50кОм,

R2 =10кОмили50кОм,

R3 =10кОм,

R4 = 20кОм,

C1 =50нФ.

Переключатели позволяют установить два режима работы несимметричного мультивибратора:

τ+=2,5 мс, τ−=0,5 мс, τ+=0,5 мс, τ−=2,5 мс.

Контактные гнезда XS1, XS2 позволяют осуществить наблюдение на экране осциллографа напряжений Uвых, Uc, Uд.

3. Подготовка к работе

1.Изучить раздел лекционного курса “Генераторы импульсов на операционных усилителях”.

2.Для схемы симметричного мультивибратора (рис. 1,а) заполнить таблицу состояний переключателей, обеспечивающих требуемые значения τ и γ.

3.Рассчитать период следования T импульсов для четырех значения постоянных времени релаксации τ = 0,1; 0,2; 0,5; 1,0 мс и двух значений коэффициента передачи делителя в цепи положительной обратной связи

γ=1/3 и 2/3. Результаты занести в таблицу (см. рабочее задание), построить график.

4.Для схемы несимметричного мультивибратора (рис 1,б) определить максимальную скважность следования импульсов.

4.Рабочее задание

1.Включить и прогреть аппаратуру в течение 5 мин.

2.Для схемы симметричного мультивибратора (рис 1,а) с помощью осциллографа определить период следования Т импульсов для четырех значений постоянных времени релаксации и коэффициента передачи делителя в цепи положительной обратной связи. Данные занести в таблицу и сравнить с расчетом. Построить график Tэ(τ).

3.Для одного варианта снять совмещенные осциллограммы напряжений на выходе схемы Uвых, на конденсаторе Uc и дифференциальном входе операционного усилителя Uд.

4.Для схемы несимметричного мультивибратора (схема 2 рис. 1,б) экспериментально определить максимальную скважность. Сравнить с расчетом.

5. Методические указания

1.Все измеряемые с помощью осциллографа величины должны занимать не менее 50% полной шкалы экрана.

2.Длительность импульса рекомендуется измерять на уровне 50% от амплитуды импульса.

3. При расчете tи+ и tи− согласно (10) и (11) напряжение отпирания диодов можно принять равным Uд о = 0.5 В.

6. Общие сведения о мультивибраторах

Мультивибраторы относятся к генераторам импульсов релаксационного типа. Выходные сигналы представляют собой периодические последовательности импульсов приблизительно прямоугольной, трапециевидной или треугольной формы. Различают мультивибраторы симметричные и несимметричные. Они могут быть выполнены на дискретных компонентах, интегральных логических элементах (ИЛЭ) и интегральных операционных усилителях. В данной работе исследуются мультивибраторы на основе ОУ.

а) Симметричный мультивибратор

Принципиальная схема симметричного мультивибратора на основе ОУ (рис. 2,а) включает в себя ОУ с положительной обратной связью,

создаваемой делителем R1−R2 с коэффициентом передачи в цепи обратной связи γ = R1 R+1R2 и резистивно-кондесаторный делитель напряжения в цепи

отрицательной обратной связи, задающий постоянную времени релаксатора

τ=RC. Положительная обратная связь обеспечивает два состояния устойчивого равновесия, соответствующего режимам положительного

(Uвых =Uм+) и отрицательного (Uвых =Uм−) насыщения и регенеративный процесс переключения из одного состояния устойчивого равновесия в другое.

Под действием релаксатора в цепи отрицательной обратной связи состояния устойчивого равновесия приобретают временный характер, в результате чего мультивибраторы не имеют ни одного состояния устойчивого равновесия, а имеют два состояния временно (квази) устойчивого равновесия.

Рис. 2.

Данный мультивибратор обладает режимом самовозбуждения и входит в установившийся режим автоколебаний непосредственно после подключения питания с запаздыванием, не превышающим полпериода. Временные диаграммы напряжения выходного Uвых(t), на конденсаторе Uc(t)

и на дифференциальном входе ОУ Uд(t), иллюстрирующие работу мультивибратора, приведены на рис. 2,в. Переключение ОУ происходит каждый раз, когда напряжение на дифференциальном входе переходит через нуль. Это означает, что напряжение на конденсаторе Uc(t) сравнивается с напряжением на выходе делителя UR. Напряжение на конденсаторе для положительного импульса выходного напряжения изменяется по закону:

где К0 − коэффициент усиления напряжения ОУ в активном режиме (в

области линейного воспроизведения сигнала), Uсм0 − напряжение смещения