генератор прям.импульсов
.docВятский Государственный Гуманитарный Университет
Отчёт по лабораторной работе № 3
«Изучение генератора прямоугольных импульсов на основе ОУ»
Выполнила: студентка
Группы МФ-52
Факультета ИМФ
Останина Ирина
Проверил: Мултановский В. В.
г. Киров
2011
Цель работы: ознакомиться с устройством, принципом действия и характеристиками генератора прямоугольных импульсов на основе ОУ с обратными связями.
Приборы и оборудование:
операционный усилитель КМ551УД2Б,
осциллограф С1-77,
монтажная плата,
набор резисторов R1=15 кОм, R2=27 кОм, Rос=68 кОм,
набор конденсаторов C=0,1 мкФ
источник постоянного тока.
1. Собрать схему генератора прямоугольных импульсов на ОУ, подобрав R1, R2, Rос порядка десятка (сотен Ком, ёмкость – доли микрофарад). Подключить на выход генератора осциллограф. Подключить источник питания постоянного тока 32–36 В к ОУ. Зарисовать осциллограмму выходного напряжения, измерить частотную амплитуду и длительность импульсов. Изменяя сопротивление обратной связи при фиксированной ёмкости и изменяя ёмкость при фиксированном сопротивлении обратной связи, исследовать зависимость частоты от ёмкости и сопротивления обратной связи. Построить соответствующие графики, сделать вывод о характере зависимостей, объяснить их, исходя из принципа действия генератора.
Генератор прямоугольных импульсов
Rос
C
Uвых
R1
R2
-
Зависимость частоты генератора на ОУ от сопротивления Rос.
-
Фиксированные параметры: С=0,1 мкФ, R1=15 кОм, R2=27 кОм.
-
Rос=34 кОм, T=30 мс
-
Rос=68 кОм, T=56 мс
-
Rос=136 кОм, T=116мс
-
Rос=300кОм, T=240 мс
Таблица 1.
Rос, КОм |
34 |
68 |
136 |
300 |
T, мс |
30 |
56 |
116 |
240 |
f, Гц |
0,03 |
0,018 |
0,009 |
0,005 |
-
Зависимость частоты генератора на ОУ от ёмкости С.
-
Фиксированные параметры: Rос=68 кОм, R1=15 кОм, R2=27 кОм.
-
С=0,5мкФ, T=100 мс,
-
С=0,25мкФ, T=56мс,
-
С=0,1 мкФ, T=19мс,
-
С=0,05 мкФ, T=17,5 мс,
-
С=0,025 мкФ, T=7 мс
Таблица 2.
С, мкФ |
0,5 |
0,25 |
0,1 |
0,05 |
0,025 |
T, мс |
100 |
56 |
19 |
17,5 |
7 |
f, Гц |
0,01 |
0,018 |
0,052 |
0,058 |
0,143 |
2. При фиксированном значении ёмкости и сопротивления Rос подключить параллельно с Rос диод. Зарисовать осциллограмму выходного напряжения генератора. Определить длительность и скважность импульсов. Объяснить изменения формы импульсов.
Диод Д237А; С=0,1 мкФ, R1=15кОм, R2=27 кОм, Rос=68 кОм, T=9,6 мс, Um=20 В, длительность импульсов t=0,2 мс, скважность T/t=48.
Контрольные вопросы
1. Объясните принцип действия генератора прямоугольных импульсов на основе ОУ.
С помощью делителя R1 - R2 обеспечивается ПОС, которая переводит ОУ в триггерный режим (переключательный). R2 - R1 задают порог переключения на НИ входе. Если Uвых = +Umax, то Uпорога + = [+Umax/(R1 + R2)]* R1. Если Uвых = -Umax, то Uпорога - = [-Umax/(R1 + R2)]* R1.
Пока входной сигнал на инвертирующем входе отличается от Uпорога, ОУ находится за счет ПОС в состоянии насыщения, либо +, либо -Umax. Когда входное напряжение сравнивается с Uпорога выходное напряжение меняет знак в зависимости от того, какой из порогов достигается, + или -.
Цепочка R - C обеспечивает заряд - перезаряд ёмкости, подключенной к И входу за счет изменения Uвых. Таким образом, этой цепочкой обеспечивается генерация и временные соотношения в схеме.
Заряд - разряд происходит с постоянной времени зар/раз = RC
t1 = t2
Uвых = +Umaxвых, то Uп + = - пороговое напряжение
Uп - = , Uвых = -Umaxвых
-
Выходное напряжение
-
Напряжение на НИ входе: U+ = Uвх+
-
Напряжение на И входе: U- = Uвх- = Uс.
Делитель R1 и R2 задает пороги переключения ОУ как триггера. В установившемся режиме работы пусть:
Uвых = + Uвых max,
при этом емкость С через R с постоянной времени заряжается до + Uвых max. Пока Uвх- Uвх+ Uвых = + Uвых max= const. В момент времени t = t1, когда Uвх- = Uс = Uвх+ напряжение на входах сравнивается, ОУ входит в линейный режим и как только Uс станет чуть больше Uвх+, ОУ переключается в состояние Uвых = - Uвых max, за счет ПОС через R1 и R2 обеспечивается быстрое переключение ОУ со скоростью, определяемой быстродействием самого ОУ. После переключения С начинает перезаряжаться от Uвых = - Uвых max и пока Uс Un - , Uвых = - Uвых max+ = const. В момент времени t2 Uс = Un - , происходит обратное переключение и процесс повторяется и на выходе формируется симметричный прямоугольный сигнал (меандр), у которого длительность импульса t1 = t2 = T/2.
2. Вывести формулу для расчёта частоты генератора прямоугольных импульсов на основе ОУ.
Частота f или период импульсов определяется временем, в течение которого напряжение на емкости Uc находится в пределах от Un + до Un -. T = 2RCln(1 + 2R1/R2) f=1/T=1/(2RCln(1 + 2R1/R2)). Меняя R или С можно изменять частоту генерации.
3. Как можно изменить скважность импульсов? Привести схему и формулу для расчёта скважности.
Чтобы определить скважность импульсов необходимо промежуток времени между импульсами (период Т) поделить на длительность импульсов t. Скважность импульсов = T/t.
Для получения мощных прямоугольных импульсов малой длительности (от долей микросекунды до долей миллисекунды) и скважностью до нескольких десятков тысяч используют блокинг-генераторы. Основным элементом таких генераторов является импульсный трансформатор. Блокинг-генератор может работать в автоколебательном, ждущем режимах и в режиме синхронизации.
Автоколебательный блокинг-генератор.
4. Какую максимальную частоту можно получить от генератора на основе ОУ?
Это будет зависеть от сопротивления резистора обратной связи и ёмкости конденсатора. Так как для создания максимальной частоты должна выполняться зависимость f 1/(Rос * С), Rос 0, С 0.