Лабораторная работа 5

Исследование пороговых устройств и генераторов

на базе оу

5.1. Цель работы

Исследование принципов работы пороговых устройств и генераторов прямоугольных импульсов на основе операционных усилителей.

5.2. Задание на работу

Компараторы – особый класс электронных схем, основная функция которых - сравнение входного сигнала с эталонным. В них состояние выходного сигнала изменяется при превышении входным сигналом порогового значения (рис. 5.1). Компараторы могут выполняться на базе различных элементов, в том числе и на операционных усилителях. При этом усиление входного сигнала значительно лишь вблизи порога, в основном работа ОУ происходит в области ограничения выходного напряжения (отрицательной или положительной).

Рисунок 5.1 Принцип работы компаратора.

Основной характеристикой компаратора является зависимость “вход-выход” (зависимость выходного напряжения от входного), представленная на рисунке 5.2

Рисунок 5.2 Зависимость “вход-выход” для компаратора.

Схема простейшего компаратора детектора нулевого уровня (пороговое напряжение достаточно близко к нулю) представлена на рисунке 5.3

Рисунок 5.3 Схема включения компаратора.

Электронный генератор — электронное устройство, вырабатывающее электрические колебания определенной частоты и формы, используя энергию источника постоянного напряжения (тока). Различают генераторы с самовозбуждением (автогенераторы) и генераторы с внешним возбуждением. Любой автогенератор содержит колебательную систему и усилительный элемент (на биполярном или полевом транзисторе), связанные положительной обратной связью. Основными характеристиками генератора являются форма, частота и мощность колебаний. По форме различают электронные генераторы гармонических (почти синусоидальных) колебаний и так называемые релаксационные генераторы различной формы.

Мультивибратор – релаксационный генератор, представляющий собой двухэлементный усилитель с ёмкостной связью, выход которого соединен с входом. При этом образуется замкнутая цепь с положительной обратной связью (рис. 5.4).

Мультивибратор, как и другие генераторы с формой напряжения, отличной отсинусоидальной, можно собрать на операционном усилителе. В ОУ благодаря большому коэффициенту усиления (Кu = 10⁵ – 10⁶) выходное напряжение пропорционально входному только при очень малых входных сигналах (единицы милли- и микровольт). При больших сигналах на входе напряжение Uвых может иметь два значения U⁺вых и U⁻вых.

Рисунок 5.4 Схема мультивибратора на ОУ.

Рисунок 5.5 Принцип работы мультивибратора на ОУ.

В схеме автоколебательного мультивибратора возникает режим самовозбуждения (рис. 5.5) за счет второй обратной связи через R3C звено. Генераторы, основанные на рассмотренном принципе, называют релаксационными. Период колебаний такого мультивибратора:

(5.1)

При выполнении равенства t_и1 = t_и2 такой вид колебаний называют меандром.