- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 7 Исследование особенностей работы активных фильтров
- •Описание схемы исследуемого устройства
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5
Содержание отчета
1. Функциональные схемы инвертирующего и неинвертирующего сумматора и вычитающего усилителя.
2. Теоретический расчет входных сопротивлений и коэффициентов передачи по каждому из входов инвертирующего и неинвертирующего сумматоров и вычитающего усилителя.
3. Таблицы значений входных и выходных напряжений для различных схем подключения операционных усилителей, а также расчет экспериментальных значений коэффициентов передачи и входных сопротивлений.
4. Временные диаграммы входных и выходных сигналов при исследовании схем инвертирующего и неинвертирующего сумматоров, вычитающего усилителя.
5. Таблица значений входного и выходного напряжений схемы дифференциального усилителя при синфазном и дифференциальных входных сигналах, расчет коэффициентов усиления синфазного и дифференциальных сигналов, коэффициента дискриминации ДУ.
6. Сравнительный анализ электрических характеристик исследованных схем подключения ОУ.
7. Анализ факторов, влияющих на сдвиг и дрейф нуля ОУ.
Контрольные вопросы
1. Перечислите особенности инвертирующего и неинвертирующего включений операционного усилителя.
2. Какие сопротивления схем инвертирующего и неинвертирующего включений ОУ влияют на коэффициент передачи усилителя?
3. Какие сопротивления схем включения ОУ влияют на входные сопротивления усилителей?
4. Какие сопротивления схем включения ОУ влияют на сдвиг и дрейф нуля усилителя?
5. Возможно ли обеспечение требуемого коэффициента передачи усилителя при произвольных соотношениях сопротивлений, используемых в цепях ОУ?
6. Что влияет на выходное сопротивление усилителя?
7. При каких условиях обеспечивается максимальное подавление синфазного сигнала в ДУ?
8. Допускается ли подключение к выходу ОУ нагрузки произвольного номинала?
9. Зависят ли сдвиг и дрейф нуля ОУ от сопротивления источника сигнала?
10. Как изменится динамическая характеристика ОУ при изменении схемы его подключения к источнику питания?
Лабораторная работа № 3
Исследование автоколебательного
и ждущего мультивибраторов
на операционных усилителях
Цель работы: исследование характеристик автоколебательного и ждущего мультивибраторов на операционных усилителях.
Описание схемы исследуемого устройства
Мультивибратор – бистабильное релаксационное устройство, в котором переключение состояний определяется характером заряда-разряда RC-цепей. Автоколебательный мультивибратор – импульсное устройство, состояния которого чередуются периодически с постоянной продолжительностью пребывания в них. Ждущий мультивибратор – устройство, в котором переключение состояния на заданную продолжительность происходит при поступлении запускающего импульса, по завершении которого устройство возвращается в исходное состояние. Автоколебательный мультивибратор относится к числу генераторов периодических импульсов. Ждущий мультивибратор относится к числу генераторов одиночных импульсов.
Автоколебательный мультивибратор. Принцип работы мультивибратора основан на использовании положительной обратной связи. Устройство (рис. 3.1, а) содержит времязадающую цепочку, включающую сопротивление R1 и конденсатор С, и цепь положительной обратной связи, состоящую из потенциометрического делителя, реализованного на сопротивлениях и . ОУ используется в качестве компаратора, состояние которого изменяется при выполнении условия:
если > , то = ;
если < , то = ,
где и – соответственно напряжение на неинвертирующем и инвертирующем входах ОУ, и – соответственно положительный и отрицательный уровни насыщения ОУ. При симметричном питании ОУ, как правило, = = .
Рассмотрим принцип работы. Допустим, что при подключении ОУ к питанию на его выходе установилось напряжение = (рис. 3.1, в). Это вызовет заряд конденсатора по цепи . Заряд будет длиться до тех пор, пока не достигнет уровня = . Как только =
= достигнет уровня UВХ+, состояние ОУ изменится в соответствии с приведенным ранее условием и на его выходе установится напряжение = . Теперь на неинвертирующем входе установится напряжение = , а конденсатор С начнет перезаряжаться до уровня =
= . Таким образом, процесс заряда-перезаряда С будет определяться изменением состояний ОУ.
Продолжительность заряда (перезаряда) конденсатора С, а следовательно, и длительность импульса будут определяться соотношением =
= ln[(1 + )/(1 – )], а период следования импульсов = 2 , так как заряд-перезаряд С осуществляется через одну и ту же цепь . Скважность импульсов, формируемых рассматриваемой схемой (рис. 3.1, а), Q = / =
= 2. Для формирования импульсов произвольной скважности необходимо разделить цепи заряда и перезаряда С. Это достигается введением в схему полупроводниковых диодов и (рис. 3.1, б), которые обеспечат заряд С по цепи , а разряд – по цепи . Длительность формируемых импульсов для рассматриваемой схемы будет определяться соотношением =
= ln[(1 + )/(1 – )], а период следования = ( + )ln[(1 + )/(1 –
– )].
Ждущий мультивибратор. Для рассматриваемой схемы (рис. 3.2, а) в исходном состоянии напряжение на выходе ОУ = , так как только при таком напряжении диод VD1 будет открыт и выполнится условие
= + > = ,
где – напряжение прямо смещенного p-n-перехода диода .
R1
Рис. 3.1. Автоколебательный мультивибратор:
а – симметричный; б – с импульсами произвольной скважности; в – временные диаграммы
Подаваемый на вход ждущего мультивибратора запускающий импульс дифференцируется цепочкой . Импульсы отрицательной полярности с сопротивления поступают через диод на неинвертирующий вход ОУ, который до этого момента имел исходное смещение = . Дифференцированный импульс отрицательной полярности смещает вход ОУ до уровня ниже = , что переводит ОУ из состояния = в состояние = . В этот момент времени диод закрывается, а конденсатор начинает перезаряжаться с уровня до уровня = = (рис. 3.2, б). Достигнув этого уровня, ОУ изменит свое состояние до уровня = , что мгновенно откроет диод и переведет мульти-
Рис. 3.2. Ждущий мультивибратор:
а – функциональная схема; б – временные диаграммы
вибратор в исходное устойчивое состояние до поступления очередного запускающего импульса. Длительность формируемого импульса не зависит от временных характеристик запускающего импульса и будет равна:
= ln[( + )( + )/( )]
ln[( + )/ ].
В том случае, когда период следования запускающих импульсов будет меньше длительности формируемых ждущим мультивибратором импульсов , он не будет реагировать на очередной запускающий импульс, пока не вернется в исходное состояние, т. е. будет пропускать часть запускающих импульсов. Таким образом, ждущий мультивибратор будет работать как делитель частоты импульсного сигнала с коэффициентом деления =
= Entire( / ).