Порядок выполнения экспериментов

Лабораторная работа №4

Исследование Компаратора и мультивибратора на базе операционного усилителя

Цель работы: изучение принципов построения схем сравнения напряжений (компараторов) и импульсных генераторов.

 

Общие сведения

 

Базовым элементом для построения схемы генератора прямоугольных импульсов (мультивибратора) является компаратор. Функция компаратора заключается в сравнении сигналов и . При этом:

- если , то ;

-если , то ;

-если , то происходит переброс компаратора.

В качестве простейшего компаратора может быть использован операционный усилитель (ОУ) схема включения и передаточная характеристика которого представлены на рис.4.1.

Рис.4.1.

 

Если , то переброс происходит в точке и такой компаратор называют "нуль – органом". Если в ОУ ввести положительную обратную связь, как это показано на рис.4.2, то получается компаратор, обладающий свойством гистерезиса (релейная передаточная характеристика).

Рис.4.2.

 

Для получения мультивибратора к схеме компаратора на операционном усилителе с положительной обратной связью добавляется еще одна обратная связь, реализующая перезаряд конденсатора от выходного знакопеременного напряжения (рис.4.3). Сравнение напряжения конденсатора и опорного напряжения приводит к периодическому перебросу компаратора. Частота генерируемых колебаний напряжения определяется выражением

, где τ = RC – постоянная времени заряда конденсатора.

Рис.4.3.

 

Если реализовать разные цепи для перезаряда конденсатора различной полярностью выходного напряжения, то получается несимметричный мультивибратор () схема которого представлена на рис.4.4.

 

 

Рис.4.4.

 

 

Экспериментальная часть

 

Порядок выполнения экспериментов

1. 
   Соберите схему компаратора (нуль органа) согласно схеме (рис.4.5). Регулирование входного напряжения U_вх осуществляется регулятором на переменном резисторе 1кОм. Измерение входного и выходного напряжений осуществляется мультиметрами на пределах 20 В.

 

Рис. 4.5.

• Снимите зависимость U_вых=f(U_вх) изменяя входное напряжение от минимального до максимального значения и заполните таблицу 4.1. Как можно точнее определите точку изменения выходного напряжения.

 

Таблица 4.1

Uвх, В
Uвых, В

 

 

1. Введите положительную обратную связь как показано на рис.4.6.

• Повторите измерения и снимите зависимость U_вых=f(U_вх) изменяя входное напряжение сначала в прямом направлении (от –U_max до +U_max) а потом в обратном направлении (от +U_max до -U_max). Как можно точнее определите точки изменения выходного напряжения.

 

Рис. 4.6.

 

1. Соберите схему мультивибратора. Для чего добавьте R-C цепь как показано на рис.4.7 сплошной линией.

• С помощью осциллографа зарисуйте временные диаграммы выходного напряжения и напряжения на конденсаторе.
• Определите период и частоту выходного напряжения.

 

Рис. 4.7.

1. Дополнительное задание

• Измените схему, включив параллельно резистору R 47ком, диод и резистор R10кОм (на рис.4.7 цепь обозначена штриховой линией), и зарисуйте временные диаграммы напряжений на выходе и на конденсаторе.

 

4.3. Контрольные вопросы:

1. Какие функции выполняет компаратор? Как они реализуются?
2. Нарисуйте схему включения компаратора.
3. Начертите передаточную характеристику компаратора.
4. Как определяются опорные напряжения при введении в компараторе положительной обратной связи?
5. Нарисуйте временные диаграммы напряжений на конденсаторе и на выходе мультивибратора.
6. Нарисуйте схему включения мультивибратора на операционном усилителе.
7. Как определяется частота колебаний мультивибратора?
8. Как реализуется несимметричный мультивибратор?