ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ.

Расчёт функционального генератора.

Содержание:

1. Функциональная схема и описание схемы.

2. Исходные данные и справочные данные операционного усилителя.

3. Расчётные соотношения и расчётные данные.

4. Диаграммы напряжений в едином масштабе времени и амплитуд.

5. Принципиальная схема.

1. Функциональная схема и описание схемы.

Генератор содержит интегратор на операционном усилителе (ОУ) А1, инвертирующий усилитель на ОУ А2 и триггер Шмидта (компаратор с положительной обратной связью (ПОС) на ОУ А3. Интегратор имеет постоянную времени

 = R1C,

коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется

K =  ,

коэффициент обратной связи компаратора, определяющий гистерезис равен

К_ОС = .

Каскады охвачены цепью общей обратной связи – напряжение с выхода компаратора подаётся на вход интегратора.

При включении источника питания ОУ на А3 под действием обратной связи установится а одно из двух устойчивых состояний – на выходе установится или положительное напряжение, равное напряжению источника питания +Е1, или отрицательное напряжение – Е2. Такой же полярности установится напряжение обратной связи в компараторе , которое определяет напряжение гистерезиса

U_ОС = ,

и поддерживает устойчивое состояние компаратора по неинвертирующему входу А3.

Выходное напряжение А3 по цепи обратной связи подаётся на вход интегратора А1. При постоянном напряжении на входе интегратора А1 напряжение на выходе изменяется по линейному закону в направлении, противоположном полярности входного напряжения. В инвертирующем усилителе А2 сигнал меняет фазу. Следовательно, изменение на выходе усилителя происходит к напряжению обратной связи компаратора U_ОС. И как только напряжение с выхода усилителя А2 станет равным напряжению обратной связи компаратор опрокинется, т.е. напряжение на выходе лавинообразно изменит полярность.

Если напряжение U3 на выходе А3 положительное, то напряжение обратной связи U4 будет также положительное. На выходе А2 напряжение U1 под действием положительного напряжения по цепи общей обратной связи U3 изменяется линейно в сторону уменьшения. Уменьшающееся напряжение в инвертирующем усилителе изменяет фазу, и на выходе напряжение U2 возрастает, стремясь к положительному напряжению обратной связи U4. Как только U2 = U4, компаратор опрокинется и напряжения U3 и U4 станут отрицательными. Напряжение U1 после этого начнёт возрастать, U2 – уменьшаться, стремясь к отрицательному напряжению U4, при U2 =U4 компаратор опрокинется и установится исходное состояние. Процессы повторяются периодически.

При этом формируются симметричные сигналы прямоугольной формы, типа меандр, на выходе компаратора U3 и в цепи обратной связи U4 в фазе, а также симметричные сигналы треугольной формы с выхода интегратора U1 и с выхода инвертирующего усилителя U2 в противофазе. Амплитудные значения сигналов будут равны:

U3 =  Е_ПИТ ;

U2 = U4 = ;

U1 = .

Изменения параметров времязадающей цепи приводит к изменению временных параметров формируемых сигналов без изменения амплитудных. Напряжение на выходе интегратора от нуля до амплитудного значения будет изменяться по линейному закону за четверть периода

U_m =

Амплитудные параметры всех сигналов остаются неизменными.