О САЙТЕ
Добро пожаловать!

Теперь вы можете поделиться своей работой!

Просто нажмите на значок
O2 Design Template

--- / ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «УСТРОЙСТВА ЦИФРОВОЙ АВТОМАТИКИ» НА ТЕМУ: «ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ МУЛЬТИВИБРАТОРА НА ОУ»

(автор - student, добавлено - 28-09-2017, 19:12)

 

 Скачать: uca.zip [595,14 Kb] (cкачиваний: 5)


КАФЕДРА АИТ

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

 

по дисциплине «устройства цифровой автоматики»

 

НА ТЕМУ:

 

«Исследование работы мультивибратора на ОУ»

 

 

Цель работы

Исследование схемы симметричного и несимметричного мультивибратора на ОУ в режиме анализа переходных процессов, расчет основных параметров схемы.

 

Краткие сведения из теории

В настоящее время для построения мультивибраторов наибольшее распространение получили операционные усилители в интегральном исполнении. Возможность построения мультивибратора на интегральной микросхеме операционного усилителя или компаратора обусловлена тем, что напряжение на ее выходе может скачком переходить от U+нас к Uнас и наоборот при изменении знака разности входных напряжений u(+)-u(-).

Чтобы получить последовательность прямоугольных импульсов (реализовать автоколебательный мультивибратор), знак указанной разности должен изменяться периодически в ходе процессов, протекающих непосредственно в самой схеме. В ждущем мультивибраторе разность u(+)-u(-) должна принимать один знак под действием запускающего импульса, а противоположный — в результате изменений электрического состояния схемы.

Схема симметричного мультивибратора на ОУ приведена на рис. 2.28, а. Ее основой служит компаратор на ОУ с положительной обратной связью. Для периодического изменения знака на вход u(+)-u(-) на вход (+) ИМС ОУ (рис. 2.28, а) с делителя R2 - R3 подается часть выходного напряжения, неизменная в течение полупериода иuвых:

u(+)Uнас,

где γ=R3/(R3+R2), а на вход (-) — напряжение с конденсатора С, заряжающегося под действием всего значения uвых=Uнас.

За счет этого в процессе зарядки конденсатора напряжение на входе (-) может превышать по абсолютному значению напряжение на входе (+), в результате чего напряжение на выходе скачкообразно изменяет знак.

Временные диаграммы (рис. 2.28, б) иллюстрируют сказанное. Если, к примеру, uвых=U+нас, то конденсатор С заряжается до момента времени t1, когда напряжение на нем (uc) окажется чуть больше γUнас. Вслед за этим, как только транзисторы ИМС выходят из насыщения, восстанавливается действие положительной обратной связи: уменьшение u(+)=UR3 вызывает дальнейшее уменьшение uвых и т.д. В результате выходное напряжение весьма быстро достигает уровня U-нас (рис. 2.28, в). С этого момента конденсатор перезаряжается до тех пор, пока напряжение на нем (при t=t2) не станет чуть меньше γU-нас, после чего начинается переключение uвых к уровню U+нас.

Как следует из изложенного, подключение цепи R1C к выходу ИМС обеспечивает автоматическое переключение конденсатора с зарядки (когда uвых=U+нас) на разрядку (когда uвых=U-нас) и, как следствие этого, изменение знака u(+)-u(-).

 

 

 

 

 

Рис. 2.28

При определении длительностей tu1 и tu2 выходных импульсов надо учесть, что во время tu1 напряжение uc изменяется от γU-нас, стремится к U+нас и достигает уровня γU+нас, а во время tu2 – изменяется от γU+нас, стремится к U-нас и достигает уровня γU-нас, т.е. в указанные промежутки времени напряжения на конденсаторе изменяются следующим образом:

uc=(γU-нас + U+нас)(1-e-t/τ) - γU-нас;

uc=(γU+нас + U-нас)(1-e-t/τ) - γU-нас;

где τ=R1/C – постоянная времени; U-нас - абсолютное значение напряжения насыщения.

Спустя время t=tu1 (t=tu2) после начала зарядки (разрядки) конденсатора напряжение uc=γU+нас (γUнас). С учетом этого (и заменяя натуральный логарифм на десятичный) из предыдущих выражений получаем:

где U-нас – абсолютное значение напряжения.

Период колебаний T=tu1+tu2. Если |U-нас|=U+нас= Uнас, то

Длительности фронтов выходных импульсов в рассмотренном мультивибраторе зависят от предельной скорости υ нарастания выходного напряжения используемой микросхемы: t+ф U+нас; t-ф U-нас; где числители соответствуют амплитудам положительного и отрицательного импульсов.

Если скорость нарастания выходного напряжения, обеспечиваемая микросхемой, υ=2 В/мкс, а |Uнас|=10 В, то длительность фронтов импульсаt+ф=t-ф=|Uнас| /υ=10/(2-106)=5 мкс, где υ выражена в основных единицах (В/с).

Для получения колебаний, у которых tu1 tu2‚ к нижнему (по схеме рис. 2.28, а) выводу резистора R3 можно подключить источник Есм, который смещает уровни γU+нас и γU-нас вверх при Есм</sub>>0и вниз при Есм<0. При наличии Есм в выражениях для tu1 и tu2 к членам γUнас добавляются слагаемые ЕсмR2/(R2+R3). Рис. 2.29

На рис. 2.29 приведена схема мультивибратора, в которой резистором R1 можно менять постоянную времени зарядки конденсатора С, а резистором R2 — постоянную его I разрядки. Таким образом, имеется возможность раздельно регулировать длительности положительного и отрицательного импульсов.

КонденсаторС и резисторы R1, R2 образуют интегрирующую RC-цепь: при заряде конденсатора открыт диод V1, ток проходит через R1, при разряде - открыт V2, ток идет через R2. Источником напряжения Еявляется входная цепь ОУ. Компаратор выполнен на ОУ с положительной обратной связью через цепь R3R4. При переключении компаратора на его выходе происходит коммутация цепей заряда и разряда конденсатора С, т.е. ОУ выполняет сразу несколько функций: источника напряжений разряда и заряда конденсатора, компаратора и ключа.

 

Порядок выполнения задания

1.Используя пакет Electronic Workbench, собрать симметричный и несимметричный мультивибратор (см. рис. 2.28, 2.29), включив в нее модель 741 (или LF147 для симметричного мультивибратора, рис. 2.30).

2.Определите длительность импульсов, генерируемых автоколебательным мультивибратором на ИМС ОУ (см. рис. 2.28), если С=0,1 мкФ, R1=120 кОм, R2=100 кОм, R3=86 кОм, U+нас=|U-нас|=15 В.

3.Исследовать схему мультивибратора в режиме анализа переходных процессов, подключив осциллограф. Построить осциллограммы напряжений на выходе схемы Uвых, на конденсаторе Uc.

4.Объяснить различия в построении симметричной и несимметричной схем и их параметрах.

5.Составить отчет, в который должны быть включены: схемы мультивибраторов и графики зависимости напряжения от времени для входного и выходного сигнала.

6.Изменяя постоянную времени цепи заряда и разряда конденсатора, добиться скважности импульсов равной 2 при разных частотах мультивибратора.

 


Ключевые слова -


ФНГ ФИМ ФЭА ФЭУ
Copyright 2018. Для правильного отображения сайта рекомендуем обновить Ваш браузер до последней версии!