Лабораторный практикум по курсам “Физические основы электроники” и ”Силовая электроника” (стр. 3 )

3. Порядок выполнения лабораторной работы

Перед началом исследований цифровой вольтметр настроить на измерение переменного напряжения, а для осциллографирования сигналов использовать гнездо «Y1(I)» в качестве источника сигнала внешней синхронизации.

3.1. Исследование усилительного каскада на биполярном транзисторе:

3.1.1. Для снятия и построения передаточных характеристик при отсутствии обратной связи для двух случаев – нагрузка отключена RН = ∞ (кнопка S2 отжата) и нагрузка подключена RН  = 3,6 кОм (кнопка S2 нажата) необходимо выполнить следующие действия:

– нажать кнопку S1;

– переключателем «кГц(a)» установить частоту f = 1 кГц;

– изменяя с помощью ручки «ЕГ » входное напряжение UВХ от минимального до максимального значения, при помощи цифрового вольтметра снимать и заносить в таблицу значения напряжений UВХ и UВЫХ с контрольных точек Х2 и Х4 ;

– по табличныим значениям построить передаточные характеристики UВЫХ =f(UВХ) для двух значений нагрузки.

3.1.2. Определить коэффициент усиления для линейных участков передаточных характеристик по формуле kU = ΔUВЫХ /ΔUВХ .

3.1.3. Для того, чтобы зарисовать осциллограммы при появление нелинейных искажений сигнала на выходе усилителя, необходимо выполнить следующие действия:

– подключить поочередно к контрольной точке Х2 и Х4 гнездо «Y1(I)» и осциллографа;

– нажать кнопки S1 и S2 ;

– изменяя ручкой «ЕГ » входное напряжение от минимального до максимального значения, наблюдать появление искажений сигнала на выходе усилителя;

– зарисовать осциллограммы и в момент появления искажений зафиксировать при помощи цифрового вольтметра значения напряжений UВХ и UВЫХ .

3.1.4. Для определения экспериментальным путем входного сопротивление каскада необходимо выполнить следующие действия:

–  нажать кнопки S1 и S2 ;

– с помощью ручки «ЕГ » установить при частоте f = 1 кГц напряжение на выходе UВЫХ = 2 В;

– измерить значения напряжений ЕГ и UВХ в контрольных точках Х1 и Х2;

– определить входное сопротивление каскада из соотношения (5.1) с учетом того, что резистор RГ = 1 кОм играет роль внутреннего сопротивления источника сигнала.

3.1.5. Для снятия и построения амплитудно-частотных характеристик UВЫХ = φ (f) при включенной нагрузке (кнопка S2 нажата) для двух случаев, связанных с влиянием конденсатора СЭ – при отсутствии обратной связи (кнопка S1 нажата) и при наличии обратной связи (кнопка S1 отжата) необходимо выполнить следующие действия:

– с помощью ручки ЕГ установить и поддерживать постоянным напряжение UВХ = 0,1 В;

– при изменении с помощью переключателем «кГц(a)» частоты входного сигнала от 0,08 до 20 кГц измерять с помощью цифрового вольтметра и заносить в таблицу значения напряжения UВЫХ ;

– по табличным данным построить амплитудно-частотные характеристики при наличии и отсутствии отрицательной обратной связи по переменному току.

3.1.6. По частотным характеристикам определить:

– коэффициент усиления на средних частотах kО;

– коэффициент частотных искажений для fН = 150 Гц и fВ = 20 кГц по формулам МН = kО/ kН , МВ = kО / kВ, где kН и kВ,– коэффициенты усиления на частотах fН  и fВ .

Данные каскада:

R1 = 36 кОм; R2 = 3,6 кОм; RК = 1,5 кОм; RН = 3,6 кОм;

C1 = 6,8 мкФ; С2 = 3,3 мкФ; С3 = 30 мкФ.

3.2. Исследование усилительного каскада на полевом транзисторе:

При выполнении данного пункта учитывается аналогия со схемой на биполярном транзисторе.

3.2.1. Для снятия и построения передаточных характеристик при отсутствии обратной связи для двух случаев –  нагрузка отключена RН = ∞ (кнопка S4 отжата) и нагрузка подключена RН  = 6,2 кОм (кнопка S4 нажата) необходимо выполнить следующие действия:

– отжать кнопку S3 (характеристики снимаются без отрицательной обратной связи по переменной составляющей);

– переключателем «кГц(a)» установить частоту f = 1 кГц;

– изменяя с помощью ручки «ЕГ » входное напряжение UВХ от минимального до максимального значения, при помощи цифрового вольтметра снимать и заносить в таблицу значения напряжений UВХ и UВЫХ с контрольных точек Х6 и Х8;

– по табличным значениям построить передаточные характеристики UВЫХ = f (UВХ) для обоих значений нагрузки.

3.2.2. Для линейных участков амплитудных характеристик определить коэффициенты усиления.

3.2.3. Подключить к контрольным точкам Х6 и Х8 входы «Y1(I)» и «Y3(II)» осциллографа и произвести измерения в соответствии с п. 3.1.3.

3.2.4. Определить входное сопротивление каскада при RГ = 10 кОм,

используя соотношения п. 3.1.4.

3.2.5. Снятие и построение амплитудно-частотных характеристик UВЫХ = φ(f) ри включенной нагрузке (кнопка S4 нажата) для двух случаев, связанных с влиянием конденсатора СЭ – при отсутствии обратной связи (кнопка S3 нажата) и при наличии обратной связи (кнопка S3 отжата) производить в соответствии с п. 3.1.5.

При определении параметров каскада усиления учитывать следующие значения элементов схемы:

RC = 4,3 кОм; R З = 470 кОм; RИ = 300 Ом;

C1 = 0,1 мкФ; С2 = 3,3 мкФ; CИ = 10 мкФ.

4. Контрольные вопросы

1. Перечислите основные элементы схемы усилительного каскада на биполярном транзисторе.

2. Объясните назначение вспомогательных элементов и схемы усилительного каскада на биполярном транзисторе.

3. Какие элементы определяют режим работы биполярного транзистора?

4. Как определяются коэффициент усиления на средних частотах и коэффициенты частотных искажений на нижней и верхней граничных частотах?

5. Перечислите основные отличия схемы усилительного каскада на полевом транзисторе от усилительного каскада на биполярном транзисторе.

6. Как определяется входное сопротивление усилительного каскада?

Работа № 6

АНАЛОГОВЫЕ СХЕМЫ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

Цель работы: исследование неинвертирующего, инвертирующего усилителей и активных фильтров на операционных усилителях.

1. Краткие теоретические сведения

Операционный усилителем (ОУ) является интегральная микросхема, имеющая не менее пяти выводов, из которых два используются для подключения разнополярных питающих напряжений, третий является выходом, а оставшиеся выводы являются инвертирующим и неинвертирующим входами. Введением в каналы передачи сигналов ОУ линейных и нелинейных цепей можно целенаправленно получать на базе ОУ электронные узлы с требуемой операцией преобразования входных аналоговых сигналов.

Наиболее распространенными преобразователями аналоговых сигналов являются неинвертирующий и инвертирующий усилители, а также активные фильтры с требуемой полосой пропускания.

Принципиальная схема неинвертирующего усилителя приведена на рис. 6.1.

 

на резисторах R1 и R2 (резистор обратной связи). Напряжение на выходе неинвертирующего усилителя совпадает по полярности с входным напряжением и превышает его по величине в К раз, то есть

UВЫХ = K· UВХ,

где K – коэффициент усиления (передачи) усилителя, значение которого определяется выражением K = 1+ R2/R1.

Таким образом, неинвертирующий усилитель не обеспечивает получение коэффициента усиления, меньшего, чем единица.

Более широкий диапазон изменения коэффициента усиления имеет инвертирующий усилитель, принципиальная схема которого приведена на рис. 6.2.

 

Основными элементами этой схемы являются входной резистор R1 и резистор обратной связи R4, которые определяют коэффициент усиления схемы К = – R4/ R1 по первому инвертирующему входу. Второй входной резистор R2 служит для подачи второго входного сигнала, суммируемого с первым, поэтому при использовании инвертирующего усилителя в качестве сумматора его выходное напряжение имеет следующее значение:

.

Резистор R3 и кнопка S1 служат для изменения коэффициента усиления схемы по обоим входным сигналам.

Активными называются фильтры, использующие для формирования частотных характеристик заданного вида как пассивные (в основном резисторы и конденсаторы), так и активные (усилительные) элементы. К достоинствам активных фильтров относится:

– способность усиливать сигнал, лежащий в полосе их пропускания;

– возможность отказаться от нетехнологических в интегральном исполнении индуктивностей;

– легкость настройки;

– малые масса и объем, слабо зависящие от полосы пропускания;

– простота каскадного включения при построении фильтров высокого порядка.

Вместе с тем активным фильтрам присущи следующие недостатки:

– невозможность использования в силовых цепях в качестве фильтров выпрямителей;

– необходимость источника питающих напряжений для усилителей;

– ограничение частотного диапазона собственными частотными свойствами усилителей.

Активные фильтры классифицируются на:

– фильтры низких частот (ФНЧ), пропускающие сигналы с частотой от f = 0 Гц до некоторой граничной частоты (частоты среза) fН;

– фильтры высоких частот (ФВЧ), пропускающие сигнал с частотой, превышающей частоту среза fВ;

– полосовые, пропускающие сигналы в диапазоне частот от fН до fВ ;

– режекторные (заградительные) фильтры, не пропускающие сигналы в некотором узком диапазоне частот от fН до fВ.

Обобщенная схема активного фильтра приведена на рис. 6.3.

 

Основным параметром фильтра является его полоса пропускания, которая определяется по уровню падения коэффициента передачи (усиления) в 1,41 раза (на 3 дБ).

Требуемый вариант фильтра выбирается с помощью кнопок S2 и S3, коммутирующих частотно-зависимые элементы схемы.

2. Задание на лабораторную работу

2.1. Исследовать неинвертирующий усилитель:

а) снять и построить передаточную характеристику UВЫХ = f (UВХ) усилителя;

б) определить коэффициент передачи усилителя;

2.2. Исследовать инвертирующий усилитель и сумматор на его основе:

а) снять и построить передаточную характеристику UВЫХ = f (UВХ1) усилителя при не нажатой и нажатой кнопке S1;

б) определить коэффициент передачи усилителя.

в) исследовать суммирование входных напряжений.

8.2.3. Исследовать активные фильтры на операционном усилителе:

а) снять и построить АЧХ фильтра низких частот;

б) снять и построить АЧХ фильтра высоких частот;

в) снять и построить АЧХ для полосового фильтра;

г) определить экспериментально и расчетным путем коэффициенты усиления в полосе пропускания и граничные частоты полосы пропускания ФНЧ, ФВЧ и полосового фильтра, а также резонансную частоту полосового фильтра.

3. Порядок выполнения работы

Для выполнения работы установить накладную панель «6,7» и при нажатой кнопке «5, 6» переключателя «Номер работы» использовать цифровой вольтметр, перестраиваемый измерение постоянного и переменного напряжений.

3.1. Исследование неинвертирующего усилителя:

3.1.1. Для снятия и построения передаточной характеристики усилителя UВЫХ = f(UВХ) необходимо выполнить следующие действия:

– соединить проводником гнезда Х2 и Х5 и, изменяя ручкой «E1» входное напряжение UВХ от максимального отрицательного до максимального положительного значения, измерить при помощи цифрового вольтметра и зафиксировать в таблице входное и выходное напряжения на контрольных гнездах Х1 и Х6;

– по табличным данным построить график передаточной характеристики UВЫХ = f (UВХ).

3.1.2. Для определения коэффициента усиления необходимо выполнить следующие действия:

– для линейного участка передаточной характеристики UВЫХ=f (UВХ) определить отношение UВЫХ /(UВХ);

– сравнить полученное отношение с расчетным значением коэффициента усиления при R1 = 10 кОм и R2 = 20 кОм.

3.2. Исследование инвертирующего усилителя и сумматора:

3.2.1. Для снятия и построения передаточной характеристики усилителя UВЫХ = f (UВХ1) необходимо:

– соединить проводником гнезда Х2 и Х7 и, изменяя ручкой «Е1» входное напряжение UВХ от максимального отрицательного до максимального положительного значения, измерить при помощи цифрового вольтметра и зафиксировать в таблице входное и выходное напряжения на контрольных гнездах Х1 и Х9;

– по табличным данным построить график передаточной характеристики UВЫХ = f(UВХ1);

– нажать кнопку S1 и повторить снятие и построение передаточной характеристики.

3.2.2.Для определения коэффициента усиления необходимо выполнить следующие действия:

– для линейных участков передаточных характеристик UВЫХ = f(UВХ1) определить отношения UВЫХ /(UВХ1);

– сравнить полученные отношения с расчетными значениями коэффициентов усиления при R1 = 10 кОм и R3 = R4 = 50 кОм.

3.2.3.Для исследования суммирования напряжений UВХ1 и UВХ2 необходимо выполнить следующие действия:

– нажать кнопку S1;

–  соединить проводниками гнезда Х2 и Х7, Х4 и Х8, подключив тем самым источники Е1 и Е2 к входам сумматора;

– установив поочередно ручками «Е1» и «Е2» напряжения UВХ1 и UВХ2  для трех вариантов:

1) UВХ1 = +1 В, UВХ2 = +1 В;

2) UВХ1 = +1 В, UВХ2 = –2 В;

3) UВХ1 = +2 В, UВХ2 = –3 В;

– измерить напряжение на выходе UВЫХ и сравнить его с расчетными значениями:

,

где R1 = R2 = 10 кОм;  = R3½½R4 = 25 кОм; R3 = R4 = 50 кОм;

– оформить данные исследований сумматора в виде таблицы.

3.3. Исследование активных фильтров на операционном усилителе:

3.3.1. Для снятия и построения АЧХ фильтра нижних частот первого порядка (ФНЧ) необходимо:

– нажать кнопки S2 и S3 ;

– изменяя переключателем «кГц(a)» частоту входного сигнала UВХ от 0,08 до 20 кГц и поддерживая с помощью ручки «ЕГ » постоянной амплитуду UВХ = 3 В, измерять и заносить в таблицу напряжение UВЫХ (гнездо Х11);

– по табличным значениям построить АЧХ ФНЧ.

3.3.2. Для снятия и построения АЧХ фильтра верхних частот первого порядка (ФВЧ) необходимо:

– отжать кнопки S2 и S3 ;

– снять и построить АЧХ ФВЧ, аналогично п. 3.3.1.

3.3.3. Для снятия и построения АЧХ полосового фильтра необходимо:

– отжать кнопку S2 и нажать кнопку S3;

– снять и построить АЧХ полосового фильтра аналогично п. 3.3.1.

3.3.4. Для определения экспериментальным и расчетным путем коэффициентов усиления в полосе пропускания и граничных частот полосы пропускания ФНЧ, ФВЧ и полосового фильтра, а также резонансной частоты полосового фильтра необходимо:

– определить отношения UВЫХ /UВХ на линейных участках полосы пропускания на графиках АЧХ для ФНЧ, ФВЧ и полосового фильтра;

– рассчитать и сравнить с экспериментальными коэффициенты усиления в полосе пропускания фильтров по формуле ;

– определить граничные частоты (частоты среза) фильтров из следующих соотношений:

и

при следующих значениях параметров элементов схемы:

R1 = R2 = 9,1 кОм; С1 = С2 = 0,018 мкФ;

– определить резонансную частоту полосового фильтра по максимальному значению его АЧХ и сравнить с расчетным значением, вычисляемым по следующей формуле:

.

4. Контрольные вопросы

1. Дайте определение операционного усилителя.

2. Какими элементами определяется коэффициент усиления неинвертирующего и инвертирующего операционных усилителей?

3. От чего зависит выходное напряжение суммирующего усилителя?

4. Какое устройство называется активным фильтром и какие типы фильтров используются в промышленной электронике?

5. Перечислите достоинства и недостатки активных фильтров.

6. Приведите типовую амплитудно-частотную характеристику фильтра низких частот.

7. Приведите типовую амплитудно-частотную характеристику фильтра высоких частот.

8. Приведите типовую амплитудно-частотную характеристику полосового фильтра.

Работа № 7

ИМПУЛЬСНЫЕ СХЕМЫ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

Цель работы: исследование компаратора, триггера Шмитта, мультивибратора, одновибратора и генератора треугольного напряжения, построенных на базе операционных усилителей.

1.  Краткие теоретические сведения

Компаратор на базе операционного усилителя с бесконечно большим коэффициентом усиления выполняет функцию сравнения либо двух входных аналоговых сигналов (обычно напряжений) между собой, либо одного входного сигнала с некоторым заранее заданным сигналом.

При этом на выходе компаратора формируется только два значения выходного сигнала: если один из сравниваемых сигналов больше другого, то выходное напряжение компаратора принимает высокое значение, в противном случае выходное напряжение компаратора равно низкому значению. Такое переключение выходного сигнала компаратора при малых значениях ошибки сравнения обусловлено бесконечно большим коэффициентом усиления операционного усилителя (без цепи обратной связи).

Таким образом, по характеру изменения выходного напряжения компаратор относится к цифровым элементам, поэтому часто служит для связи между аналоговыми и цифровыми устройствами.

Схема компаратора для сравнения двух входных напряжений приведена на рис. 7.1 (при разомкнутом ключе S1, т. е. при отсутствии цепи обратной связи).

 

При этом в качестве заранее заданного напряжения (эталонного) может быть принято любое из напряжений Е1 или Е2. Пусть для примера в качестве эталонного будет использоваться напряжение Е2. Тогда переключение выходного сигнала компаратора будет происходить в момент равенства входного напряжения Е1 с эталонным Е2 как по абсолютному значению, так и по знаку. Такая схема относится к однопороговым компараторам, а напряжение Е2 называется порогом срабатывания. Варьируя уровнем и полярностью порога срабатывания, можно получить различные передаточные характеристики U ВЫХ =f(Е1).

Передаточные характеристики UВЫХ = f(Е1) компаратора при разных значениях порога срабатывания Е2 имеют вид, показанный на рис 7.2.

Е1

 

При Е2 = 0 компаратор называется нуль–органом, который часто используется в цифровых измерительных преобразователях.

Схема триггера Шмитта получается из схемы однопорогового компаратора при замыкании ключа S1. Триггер Шмитта относится к регенеративным (гистерезисным) компараторам, передаточная характеристика которых в общем случае имеет вид, приведенный на рис. 7.3.

 

Варьируя значением напряжения Е2 , можно осуществлять смещение гистерезисной характеристики относительно вертикальной оси.

Триггер Шмитта преимущественно применяется в качестве устройства фильтрации высокочастотного сигнала помехи в составе полезного входного напряжения, не выходящей по величине за пределы ширины петли гистерезиса.

Генератором электрических колебаний называется устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в энергию переменного тока. Генераторы могут работать в одном из двух режимов: режиме автоколебаний (автогенераторы) и режиме запуска внешними импульсами (одновибраторы). Простейшие автогенераторы реализуются на базе однокаскадного усилителя, снабженного цепью положительной обратной связи. Наиболее распространенными автогенераторами являются мультивибраторы, формирующие бесконечную последовательность прямоугольных импульсов.

Принципиальная схема мультивибратора на базе операционного усилителя приведена на рис. 7.4 (при разомкнутых ключах S2 и S3).

 

В данной схеме усилитель охвачен двумя цепями обратной связи: положительной с коэффициентом передачи bПОС = R2/ (R2+R3) и отрицательной с bООС = 1/(R1C1p+1). В этом случае операционный усилитель выполняет функции инвертирующего компаратора напряжения, передаточная характеристика которого приведены на рис. 7.5.

 

стигает напряжения, поступающего по цепи положительной обратной связи. Полярность этого напряжения изменяется на противоположную в моменты переключения выходного напряжения мультивибратора, что вызывает поочередную смену процессов заряда и разряда конденсатора С1. Это обусловливает квазиустойчивые состояния мультивибратора, в каждом их которых выходное напряжение достигает значения ± UВЫХ max .

Относительно выходного напряжения мультивибратор является генератором напряжения прямоугольной формы, а относительно напряжения на емкости С1 мультивибратор является генератором пилообразного напряжения.

Подключение с помощью ключа S2 дополнительной емкости С2 приводит к увеличению продолжительности переходных процессов разряда и

заряда конденсаторов и, следовательно, к увеличению периода колебаний

мультивибратора.

Этот период в общем случае рассчитывается по формуле

. (7.3)

При нажатии ключа S3 схема мультивибратора на ОУ преобразуется в схему одновибратора, т. е. переходит в ждущий режим. Без внешнего воздействия одновибратор находится в устойчивом состоянии и формирует одиночные импульсы только при подаче на его вход X7 каждого из коротких командных импульсов от внешнего генератора. При этом происходит однократный цикл заряда и разряда емкости, подключенной к инвертирующему входу ОУ, что вызывает формирование на его выходе импульса, продолжительность которого определяется по формуле

, (7.4)

где С – эквивалентная емкость, подключенная к инвертирующему входу операционного усилителя (С1 или С1+ С2).

Генератор колебаний напряжения треугольной формы отличается от мультивибратора использованием менее глубокой положительной обратной связи.

Схема простейшего генератора сигналов треугольной формы приведена на рис. 7.7.

Генератор реализуется на базе двух операционных усилителей, из которых DA1 является интегратором, а DA2 – триггером Шмитта.

Амплитуда колебаний определяется отношением R2/R3, а частота элементами R1, R2, R3 и C1 (или С1+С2) в соответствии с выражением:

, (7.5)

где С – емкость конденсатора, включенного в цепь обратной связи интегратора.

 

Временная диаграмма работы данного генератора имеет вид, близкий к временной диаграмме работы мультивибратора, но отличается от нее линейным характером изменения напряжения на выходе интегратора DA1 в точке Х9 (на емкости С1 или С1 +С2), что обусловлено постоянством тока заряда и разряда конденсатора в переходных режимах.

2. Задание на лабораторную работу

2.1. Исследовать компаратор и триггер Шмитта на ОУ:

а) снять передаточную характеристику компаратора ;

б) определить экспериментально порог срабатывания UСР и порог отпускания UОТ триггера Шмитта;

в) построить передаточные характеристики компаратора и триггера Шмитта;

г) определить расчетные значения порога срабатывания UСР и порога отпускания UОТ триггера Шмитта;

д) сравнить экспериментальные и расчетные данные.

2.1. Исследовать мультивибратор ОУ:

а) cнять осциллограммы в контрольных точках схемы мультивибратора;

б) определить экспериментальные и расчетные значения периодов колебания.

2.3. Исследовать одновибратор на ОУ:

а) снять осциллограммы работы одновибратора;

б) определить экспериментальные и расчетные значения длительностей формируемых одновибратором импульсов.

2.4. Исследовать генератор треугольного напряжения:

а) снять осциллограммы в контрольных точках схемы;

б) определить экспериментальные и расчетные значения периодов колебания.

3. Порядок выполнения работы

В данной работе при нажатии кнопки «7, 8» переключателя «Номер работы» необходимо наблюдать на экране осциллографа одновременно три-четыре процесса в различных точках исследуемой схемы. При этом следует и использовать вход осциллографа «Y1(I)» на панели стенда как приоритетный для внешней синхронизации.

3.1. Исследование компаратора и триггера Шмитта на операционном усилителе:

3.1.1. Для снятия передаточной характеристики компаратора при фиксированном значении напряжения на втором входе Е2 (кнопка S1 отжата) необходимо выполнить следующие действия:

– установить поочередно ручкой «Е2» фиксированные значения напряжений порога срабатывания: 0 В, +1 В, –2 В (измерения Е2 производить в точке Х2);

– при каждом значении порога срабатывания, медленно изменяя ручкой «Е1» в точке Х1 входное напряжение в обе стороны от фиксированного значения Е2, наблюдать ступенчатое изменение выходного напряжения компаратора со сменой полярности (измерения Е1 производить в точке Х1);

– данные измерений оформить в виде таблицы и представить в виде графиков.

3.1.2. Для определения порога срабатывания UСР и порога отпускания UОТ триггера Шмитта при фиксированных значениях опорного напряжения на втором входе необходимо выполнить следующие действия:

– нажать кнопку S1и установить напряжение Е2 = 0;

– ручку «Е1» установить в крайнее левое положение и зафиксировать максимальное значение +UВЫХ max ;

– медленно увеличивая напряжение Е1 в сторону положительных значений, зафиксировать по цифровому вольтметру момент переключения триггера в противоположное состояние с отрицательным выходным напряжением –UВЫХmax;

– зафиксировать с учетом знака напряжение Е1, соответствующее порогу срабатывания UСР, а также значение –UВЫХmax;

– медленно уменьшая напряжение Е1, зафиксировать по цифровому вольтметру момент переключения триггера Шмитта в противоположное состояние с выходным напряжением +UВЫХ max ;

– измерить напряжение Е1, соответствующее порогу отпускания UОТ триггера;

– установить значение опорного напряжения Е2 = +2 В и повторить измерения данного пункта, учитывая, что напряжения +UВЫХ max и –UВЫХmax не изменяются и их повторно измерять не следует.

3.1.3. Для построения передаточных характеристик компаратора и триггера Шмитта необходимо использовать экспериментальные данные, собранные при разных значениях опорного напряжения Е2.

3.1.4. Для определения расчетных значений порогов срабатывания UСР и отпускания UОТ триггера Шмитта необходимо использовать формулы (7.1) и (7.2). При расчетах учитывать следующие параметры элементов схемы:

R1 = R2 = 20 кОм; R3 = 68 кОм.

3.2. Исследование мультивибратора на ОУ:

3.2.1. Для снятия осциллограммы в контрольных точках схемы мультивибратора необходимо выполнить следующие действия:

– установить одинаковое усиление каналов осциллографа С1-93 (5 В/дел);

– используя ручки вертикального отклонения осциллографа С1-93, а также ручку стенда «® », расположить на экране и зарисовать диаграммы сигналов в точках схемы Х6, Х7 и Х8.

3.2.2. Для определения экспериментальных и расчетных значений периодов колебания мультивибратора необходимо выполнить следующие действия:

– измерить с помощью осциллографа период колебаний Т1 мультивибратора при отжатой кнопке S2, а затем нажать кнопку S2 и зафиксировать новое значение периода колебаний Т2;

– определить по формуле (7.3) расчетные значения периодов колебаний мультивибратора при нажатой и отжатой кнопке S2 с учетом следующих параметров элементов схемы:

R1 = 10 кОм; R2 = 1 кОм; R3 = 3 кОм; С1 = С2 = 0,047 мкФ;

– сравнить расчетные и экспериментальные данные.

3. 3. Исследование одновибратора ОУ:

3.3.1. Для снятия осциллограмм работы одновибратора необходимо выполнить следующие действия:

– нажать кнопку S3 и перевести мультивибратор в ждущий режим;

– зафиксировать значение UВЫХ с учетом знака;

– подать на вход схемы запускающие импульсы от источника ЕГ, соединив проводником гнезда Х5 и Х7;

– снять осциллограммы в контрольных точках схемы одновибратора Х4, Х6 и Х8 аналогично п. 3.2.1.

3.3.2. Для определения экспериментальных и расчетных значений длительностей формируемых одновибратором импульсов необходимо вы-

полнить следующие действия:

– измерить с помощью осциллографа длительность положительных импульсов tИ 1 одновибратора при отжатой кнопке S2;

– нажать кнопку S2 и зафиксировать длительность импульсов tИ 2;

– определить по формуле (7.4) расчетные значения длительностей импульсов tИ 1 и tИ 2 одновибратора при нажатой и отжатой кнопке S2 с учетом приведенных в п. 3.2.2 значений параметров элементов схемы;

– сравнить расчетные и экспериментальные данные.

3.4. Исследование генератора треугольного напряжения:

3.4.1. Для снятия осциллограмм в контрольных точках схемы необходимо выполнить следующие действия:

– установить одинаковое усиление каналов осциллографа С1-93 (5 В/дел);

– используя ручки вертикального отклонения осциллографа С1-93 и ручку стенда «® », расположить на экране диаграммы сигналов в контрольных точках схемы Х10 и Х9 и зарисовать их.

3.4.2. Для определения экспериментальных и расчетных значений периодов колебания генератора необходимо выполнить следующие действия:

– измерить с помощью осциллографа период колебаний Т1 генератора при отжатой кнопке S4, а затем нажать кнопку S4 и зафиксировать новое значение периода колебаний Т2;

– определить по формуле (7.5) расчетные значения периодов колебаний мультивибратора при нажатой и отжатой кнопке S4 с учетом следующих параметров элементов схемы:

R1 =  R2 = 10 кОм; R3 = 15 кОм; С1 = С2 = 0,027 мкФ;

–  сравнить расчетные и экспериментальные данные.

4.  Контрольные вопросы

1. Дайте определение аналогового компаратора и укажите область его применения.

2. Приведите типовую передаточную характеристику компаратора.

3. Дайте определение триггера Шмитта и укажите, чем он отличается от аналогового компаратора.

4. Приведите передаточную характеристику триггера Шмитта.

5. Дайте определение мультивибратора и укажите элементы, от которых зависит частота и скважность формируемых сигналов.

6. Дайте определение одновибратора и укажите, чем он отличается от мультивибратора.

7. Объясните, чем отличается от мультивибратора схема генератора колебаний напряжения треугольной формы.