Леонид Петрович Куклев удк 621. 396. 6 лабораторная работа

Вид материала

Т0 = 0,5 - 1 мс. 2) Соберите схему мультивибратора.Зарисуйте осциллограммы колебаний на выходах U
R1. В результате шунтирования коэффициент усиления на низких частотах ограничивается на уровне R

Подобный материал:

1 2 3 4 5

Рис. 14

Если выбрать R₃ = R₁ и R₄ = R₂, то ток в нагрузке не будет зависеть от R_н и станет равным I_н = U_in/R₁.

1) Соберите схему, показанную на рис. 14. Исходные данные: R₁ = R₃ = R/2, R₂ = R₄ = R

(R - единицы, десятки кОм).

2) Подайте на вход напряжение от генератора звуковых частот. Для значений R_н, равных R/2, R и 2R, измерьте напряжение U_r на входе ОУ и для каждого измерения вычислите ток нагрузки.

3) По измерениям п. 2 определите величину входного сопротивления усилителя по неинвертирующему входу.

7.3. Неинвертирующий интегратор

([2], п. 6.4.3)

Рис. 15

Если в схеме на рис. 15 выбрать R₃ = R₁ и R₄ = R₂, то через начально открытый транзистор VT протекает ток I₀ = U_in/R₁. При подаче на затвор р-канального полевого транзистора прямоугольного импульса U_t положительной полярности транзистор запирается, и ток I₀ переключается на заряд конденсатора С. Напряжение на конденсаторе будет изменяться по закону

;

U_C(0) - начальное напряжение на конденсаторе. Напряжение на выходе схемы равно

U_out(t) = U_C(t)(1 + R₂/R₁).

По окончании управляющего импульса U_t напряжение на затворе становится равным нулю и конденсатор разряжается через малое сопротивление открытого транзистора.

1) Соберите схему, изображенную на рис. 15. Исходные данные: резисторы R₁,...,R₄ те же, что и в п. 7.2; емкость конденсатора С выберите из условия: CR₁ = 0,1...1 мс.

2) Подайте на вход U_in постоянное напряжение Е₀ отрицательной полярности (контакт Е₀ на монтажной плате). Установите длительность импульсов равной  = CR₁ и амплитуду до 5 В (уточняется в ходе эксперимента). Частота повторения не должна превышать значения 1/2.

3) Зарисуйте осциллограммы напряжений на управляющем входе схемы, на конденсаторе С и на выходе ОУ. Сравните результаты измерений с теоретическими оценками.

Триггер Шмитта

([4], п. 5.19; [5],п. 17.6; [7], п.3.23)

При подаче входного сигнала схема на рис. 16 работает в режиме переключения. Выходное напряжение поочередно принимает одно из двух значений: +U_max или U_max. (Величина U_max близка к напряжению источника питания ОУ положительной полярности, а U_max - отрицательной полярности.) Пороговые значения входного напряжения равны:

U_p1 = U_max + U_ref(1  ),  = R₁/(R₁ + R₂),

при переключении с U_max на +U_max;

U_p2 = U_max + U_ref(1  )

при переключении с +U_max на U_max.

Р
ис.16

Ширина петли гистерезиса в передаточной функции, равная U_p2  U_p1 = 2U_max, не зависит от опорного напряжения U_ref.

1) Примите вначале U_ref= 0 и, задавшись порогами срабатывания триггера (например,

В или другими), рассчитайте необходимые значения , R₁ и R₂.

2) Подайте на вход схемы синусоидальные колебания от генератора звуковых частот. Зарисуйте осциллограммы колебаний на входе и выходе схемы при различных значениях амплитуды входного сигнала.

3) Выберите теперь в качестве U_ref напряжение +Е₀ или Е₀ с контактов на монтажной плате. Рассчитайте пороговые уровни срабатывания триггера. Повторите наблюдения, указанные в п. 2.

9. Мультивибратор

(

[2], п. 6.4.3; [5], п. 18.5; [7], п. 4.12)

Рис. 17. Схема мультивибратора и осциллограммы колебаний

Схема на рис. 17 является импульсным генератором. Колебания на выходе U_out имеют прямоугольную форму с амплитудой, равной U_max (см. разд. 8), и периодом

T₀ = 2RC ln ((1 + )/(1  )),

где  = R₁/(R₁ + R₂) - коэффициент положительной обратной связи. Если  << 1, то Т₀  4RC.

На выходе U_out1 возникают колебания прямоугольной формы с амплитудой U_max, а на выходе U_out2 - колебания той же амплитуды треугольной формы.

Длительность фронтов колебаний на выходе ОУ (время перехода из одного насыщенного состояния в другое) определяется максимальной скоростью изменения выходного напряжения ОУ и приближенно равна 2U_max/V_Uout.

Например, при U_max = 10 В и V_Uout = 2 В/мкс (см. Приложение) длительность фронтов составляет 10 мкс.

Рассчитайте элементы схемы мультивибратора,

задавшись следующими параметрами:

=0,01 - 0,02; Т₀ = 0,5 - 1 мс.

2) Соберите схему мультивибратора.Зарисуйте осциллограммы колебаний на выходах U_out, U_out1, U_out2. Измерьте временные и амплитудные параметры этих колебаний.

Замечание. В дальнейших экспериментах (разд. 10, 11) мультивибратор будет служить источником тестовых сигналов, поэтому не следует демонтировать схему до окончания работы по этим разделам.

10. Интегрирующий усилитель (интегратор)

([6], пп. 6.1,...,6.3; [7], п. 3.18)

Р

ис. 18. Схема и частотная характеристика интегратора

В отсутствие резистора R₁ для идеального ОУ комплексный коэффициент усиления сигнала в схеме на рис. 18 равен K(j) = 1/ (jRC). Это означает, что выходное напряжение является интегралом от входного. В реальном ОУ напряжение сдвига и ток смещения (см. Приложение), действуя на входе как сигнал, приводят к ошибкам интегрирования и могут вызвать заряд конденсатора до максимально возможного выходного напряжения ОУ.

Этого можно избежать, если периодически разряжать конденсатор или шунтировать его резистором R₁. В результате шунтирования коэффициент усиления на низких частотах ограничивается на уровне R₁/R, что снижает слагаемые ошибок. С учетом R₁

K(j) = R₁/(R(1 + jR₁C)).

Если R₁C >> 1, то K(j)  1/(jRC). Следовательно,

.

Погрешность интегрирования меньше 1%, если частота входного сигнала по крайней мере в десять раз выше частоты 1/(2CR₁).

1) Рассчитайте элементы схемы, приняв:

RC = T₀ (T₀ из разд. 9); R₁/R = 10; R₂ = RR₁/(R + R₁).

2) Снимите амплитудно-частотную характеристику интегратора. Найдите частоту единичного усиления интегратора F₁, равную 1/(2CR), а также граничную частоту 1/(2CR₁), ниже которой интегратор является усилителем с коэффициентом усиления R₁/R. Постройте диаграмму Боде и определите область частот, в пределах которой схема является интегратором.

3) Подайте на вход интегратора поочередно колебания с трех выходов мультивибратора (U_out, U_out1, U_out2). Зарисуйте осциллограммы колебаний на входе и выходе схемы и сравните параметры этих колебаний с расчетными значениями.

11. Дифференцирующий усилитель (дифференциатор)

([6], пп. 6.10, 6.11; [7], п. 3.19)

Blog

Леонид Петрович Куклев удк 621. 396. 6 лабораторная работа

Рис. 14

Рис. 15

Рис.16

Р
ис.16