Методические указания к дисциплине по выполнению лабораторных работ (практикумов) для студентов заочной формы обучения по специальности 140211 «Электроснабжение»

скачать ^ Часть II. «Исследование операционного усилителя в нелинейном режиме» 1. Цель работы: Изучение характеристик компаратора, триггера Шмитта, автогенераторного и ждущего мультивибраторов. ^ 2. Краткие теоретические сведения. Импульсный (нелинейный) режим работы ОУ. При работе ОУ в импульсном режиме усилитель работает на нелинейном участке амплитудной характеристики и напряжение на выходе меняется скачком. При этом, учитывая двуполярное питание ОУ, выходное напряжение может быть как , так и . 2.1. Компаратор Компаратор это устройство (Рис.1а), осуществляющее сравнение измеряемого входного напряжения (^ Uвх) с опорным напряжением (Uоп) (Рис.1б). При их равенстве состояние на выходе компаратора (Uвых) меняется. Если Uоп = 0, то компаратор фиксирует момент перехода входного напряжения через нуль и называется нуль-орган. а) б) Рис.1 При охвате компаратора положительной обратной связью, характеристика Uвых=f(Uвх) будет обладать гистерезисом (Рис.2б), т.е. напряжение срабатывания (Uср) и отпускания (Uотп) не равны. Такая схема получила название триггер Шмита (Рис.2а). а) б) Рис.2 Мультивибратор Мультивибратор предназначен для генерирования прямоугольных импульсов напряжения. Он обладает двумя неустойчивыми состояниями, работает в режиме самовозбуждения и не требует внешнего входного сигнала. ^ Симметричный мультивибратор, у которого длительность импульса и паузы равны (Рис.3б) и определяются по формуле: , а) б) Рис.3 может быть построен на основе ОУ с положительной обратной связью и времязадающей цепью R3C, подключенной к инвертирующему входу (Рис.3а). Введение диодов в схему позволяет изменять соотношение между длительностью импульса и паузой (tи  tп, Рис.4б): , Такое устройство получило название несимметричный мультивибратор (Рис.5.9а). а) б) Рис.4 Ждущий мультивибратор. Ждущий мультивибратор (Рис.5а) предназначен для формирования прямоугольного импульса напряжения необходимой постоянной длительности при воздействии на вход схемы короткого запускающего импульса uвх (Рис.5б). а) б) Рис.5 ^ 3. Экспериментальная часть 1 часть. Исследование компаратора. Соберите схему компаратора (Рис.6). Рис.6 Опыт №1. Исследование статических свойств компаратора. Используя в качестве источника сигнала ^ Eвх, снимите статическую характеристику компаратора Uвых=f(Uвх) (смотрите методику снятия статической характеристики). Постройте с учетом масштаба статическую характеристику Uвых=f(Uвх). Опыт №2. Исследование динамических свойств компаратора. 1. Измените и дополните схему компаратора (Рис.7). Рис.7. 2. Используя в качестве источника входного сигнала функциональный генератор, установите синусоидальное напряжение uвх=10В и наблюдайте на экране осциллографа входное uвх и выходное uвых напряжения компаратора (смотрите методику работы с функциональным генератором и осциллографом). 3. Зарисуйте осциллограммы входного uвх и выходного uвых напряжений компаратора с учетом масштаба. 2 часть. Исследование триггера Шмита. Соберите схему триггера Шмита (Рис.8). Рис.8 Опыт №1. Исследование статических свойств триггера Шмита. 1. Используя в качестве источника сигнала Eвх, снимите статическую характеристику триггера Шмита Uвых=f(Uвх) (смотрите методику снятия статической характеристики). 2. Постройте с учетом масштаба статическую характеристику Uвых=f(Uвх). Опыт №2. Исследование динамических свойств триггера Шмита. 1. Измените и дополните схему триггера Шмита (Рис.9). Рис.9 2. Используя в качестве источника входного сигнала функциональный генератор, установите синусоидальное напряжение uвх=10В и наблюдайте на экране осциллографа входное uвх и выходное uвых напряжения триггера Шмита (смотрите методику работы с функциональным генератором и осциллографом). 3. Зарисуйте осциллограммы входного uвх и выходного uвых напряжений триггера Шмита с учетом масштаба. 3 часть. Исследование мультивибратора. Соберите схему мультивибратора (Рис.10). Рис.10 1. Наблюдайте на экране осциллографа входное uвх и выходное uвых напряжения мультивибратора (смотрите методику работы с осциллографом). 2. Зарисуйте осциллограммы входного uвх и выходного uвых напряжений мультивибратора с учетом масштаба. 3. Изменяя величины R1 и C, наблюдайте изменение длительности импульса. 4 часть. Исследование ждущего мультивибратора. Составьте схему ждущего мультивибратора (Рис.11). Рис.11. 1. Наблюдайте на экране осциллографа входное uвх и выходное uвых напряжения ждущего мультивибратора (смотрите методику работы с осциллографом). 2. Зарисуйте осциллограммы входного uвх и выходного uвых напряжений ждущего мультивибратора с учетом масштаба. 3. Изменяя величины R1 и C, наблюдайте изменение длительности импульса. ^ 4. Методики проведения опытов. 4.1. Методика снятия статических характеристик. При снятии статической характеристики необходимо установить опорное напряжение с помощью источника постоянного напряжения Eо и изменять напряжение на входе Uвх. Для этого открываем диалоговые окна источников постоянного напряжения Eо и Eвх при помощи правой кнопки мыши. В следующих окнах нажимаем кнопки Component Properties и Value, чем и устанавливаем необходимые напряжения. Нажав в правом верхнем углу клавишу , измеряем напряжение на выходе с помощью вольтметра и записываем показания в таблицу. ^ Повторяем данные измерения для различных значений входного напряжения, заполняя таблицу. Таблица Uвх (В) 0 2.0 4.9 5.0 5.1 5.5 6.0 10.0 Uвых (В) 4.2. Методика работы с функциональным генератором и осциллографом. При исследовании динамических свойств различных устройств необходимо подавать на вход переменное напряжение и наблюдать изменение выходного напряжения. Для этого сначала открываем диалоговое окно функционального генератора . В окне функционального генератора задаем входной сигнал синусоидальной формы, устанавливаем необходимую амплитуду сигнала и его частоту (например, Amplitude 10V и Frequency 50Hz). Нажав в правом верхнем углу клавишу , включаем схему для наблюдения сигналов на входе и выходе. ^ Для наблюдения формы входного и выходного напряжений открываем диалоговое окно осциллографа двойным нажатием левой кнопки мыши. ^ При этом появляется уменьшенное изображение панели осциллографа. Осциллограф имеет четыре клеммы: Ground (Земля), Trigger (Синхронизация), Channel A (Канал А), Channel B (Канал B). Развертка по времени (Time base) задается соответствующими клавишами. В данном конкретном случае имеем 1,00ms/div, т.е. 1,00миллисекунда на 1деление. Вертикальная развертка задается отдельно по каждому каналу. В данном конкретном случае имеем 5V/div, т.е. 5 вольт на 1деление и 10V/div, т.е. 10 вольт на 1деление. На экране осциллографа изображены две кривые отображающие входное и выходное напряжения триггера Шмита. ^ Для того, чтобы производить измерения с помощью осциллографа необходимо нажать кнопку Expand (Увеличение) и тогда появится увеличенное изображение панели осциллографа, которое имеет дополнительные элементы для измерения. На экране осциллографа появляются две вертикальные черты, которые можно передвигать с помощью левой кнопки мыши, тем самым, устанавливая место измерения. В дополнительных окнах появляются координаты отмеченных позиций. ^ В данном конкретном случае измеряем напряжения срабатывания и отпускания триггера Шмита: напряжение срабатывания Uср = VA1=9.9699V и напряжение отпускания Uотп = VA2=-4.8087V. Скачать 460,75 Kb. оставить комментарий страница 2/5 Дата 29.09.2011 Размер 460,75 Kb. Тип Методические указания, Образовательные материалы