Otchet_LR2_FOE_prav

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт - Энергетический

Направление - Электроэнергетика и электротехника

Кафедра - Электропривода и электрооборудования

Отчет по лабораторной работе № 2

Исследование компараторов, выполненных на операционных усилителях

по курсу «Электроника 2.1»

Выполнили: студент гр.5А45 _________ _______ Анохин И.М.

Подпись Дата Фамилия И.О.

студент гр.5А45 _________ _______ Колесников И.С

Подпись Дата Фамилия И.О.

студент гр.5А45 _________ _______ Мельник С.О.

Подпись Дата Фамилия И.О.

Проверил преподаватель каф. ЭПЭО, _________ _________ Болгов И.С.

Подпись Дата Фамилия И.О.

Томск 2016

Цель работы – изучение принципа действия и экспериментальное исследование работы аналоговых компараторов, выполненных на операционных усилителях.

1. Теоретические сведения об аналоговых компараторах

Компаратором называется устройство, позволяющее осуществить сравнение измеряемого входного напряжения U_вх с опорным напряжением U_оп. Алгоритм работы компаратора описывается выражениями:

U_вых = U¹, если U_вх<U_оп,

U_вых = U⁰, если U_вх>U_оп.

Простейшая схема компаратора и его передаточная характеристика представлены на рис. 1.

Рис. 1. Простейший компаратор

Вследствие большого коэффициента усиления ОУ на его выходе получается последовательность практически прямоугольных импульсов, причем положение моментов переключения соответствует равенству U_вх=U_оп. Если входы ОУ поменять местами, то U_вых поменяет знак. Входные диоды служат для защиты ОУ от большого дифференциального входного напряжения. Выходное напряжение компаратора может быть использовано для управления каким-либо устройством, например, широтно-импульсным модулятором. При U_оп=0 получим так называемый нуль-индикатор или детектор нулевого уровня.

Из-за конечного значения коэффициента усиления компаратора возможно плавное нарастание U_вых(рис. 2а).

Рис.2. Компаратор с ПОС

Если плавное срабатывание нежелательно, то применяют компаратор на основе ОУ с цепью ПОС (рис.2б). Если опорное напряжение не подается, то такой компаратор называют еще триггером Шмитта. Как видно из рис.2в, такой компаратор обладает гистерезисом, что объясняется наличием цепи ПОС. Переключение схемы в состояние U₂ происходит при достижении входным напряжением уровня срабатывания U_ср, а возвращение в исходное состояние U_вых=U₁ — при снижении входного напряжения до уровня отпускания U_отп. Значения входных пороговых напряжений и ширина зоны гистерезиса определяются по формулам:

U_ср = U₂R₁/(R₁ + R₂),

U_отп = U₂R₁/(R₁ + R₂),

U_гис = U_ср – U_отп = R₁(U₂ – U₁)/(R₁ + R₂).

Пороги срабатывания делают схему нечувствительной к шумам, которые всегда присутствуют во входном сигнале, и тем самым исключают ненужные переключения под действием шумов, т.е. устраняют так называемый "дребезг" контактов.

Важнейшим показателем ОУ в случае его использования в качестве компаратора является быстродействие, оцениваемое задержкой срабатывания и временем нарастания выходного напряжения. Лучшим быстродействием обладают специальные ИМС компараторов. Повышенное быстродействие в них достигается использованием СВЧ-транзисторов и исключением режима их насыщения.

2. Протокол

Таблица 1. Результаты данных тестирования триггера Шмитта на постоянном токе

Экспериментальные данные	Расчет

Таблица 2. Результаты данных тестирования триггера Шмитта на переменном токе (переменное напряжение треугольной формы частотой 1 кГц)

Экспериментальные данные

При увеличении амплитуды и частоты входного напряжения ширина петли гистерезиса не изменилась.

Выполнение работы с помощью программы "Electronics Workbench"

Рис. 3. Модель компаратора в программной среде Electronics Workbench

Рис. 4. Осциллограммы входного и выходного напряжений компаратора на экране светолучевого осцилографа

Рис. 5. Лицевая панель светолучевого осциллографа в режиме измерения В/А

Рис. 6. Исследуемая схема, модель триггера Шмитта в программной среде Electronics Workbench

Рис. 7. Осциллограммы входного и выходного напряжений компаратора на экране светолучевого осцилографа

Рис. 8. Лицевая панель светолучевого осциллографа в режиме измерения В/А

Из осциллограмм получили следующее:

Вывод: в данной лабораторной работе мы исследовали триггер Шмитта, в лаборатории и с помощью программы Electronics Workbench определили напряжения срабатывания U_ср, отпускания U_отп и ширину петли гистерезиса U_Г. Данные величины, найденные в лаборатории и в программе Electronics Workbench не совпали из-за износа оборудования в лаборатории. Выяснили что при увеличении амплитуды и частоты входного напряжения ширина петли гистерезиса не изменилась.