Включить стенд.

а) Убедиться, что форма выходного напряжения выпрямителя без фильтра соответствует пунктиру на рис. 4 в бланке лабораторных работ. Положение переключателей: В8, В10 – вверх, В4, В6 – в среднем положении;

б) Зарисовать на рис. 4 бланка (верхняя часть) форму выходного напряжения выпрямителя с С-фильтром в нагрузочном режиме. Положение переключателей: В8 – вверх, В10 – вверх, В4 – вверх, В6 – в среднем положении;

в) Зарисовать на рис. 4 бланка (нижняя часть) форму выходного напряжения выпрямителя с CLC-фильтром в нагрузочном режиме. Положение переключателей: В8 – вниз, В10 – вверх, В4, В6 – вверх.

6. Выключить питание стенда и осциллографа. Разобрать схему.

По данным таблицы 1 на рис. 2 бланка построить внешние характеристики двухполупериодного мостового выпрямителя.

Литература

1. Герасимов В.Г. и др. «Основы промышленной электроники», М.; «Высшая школа», 1986.

2. Забродин Ю.С. «Промышленная электроника» М.; «Высшая школа», 1982.

Контрольные вопросы

1. Назначение выпрямителей. Какими параметрами характе­ризуются выпрямители?

2. Какие достоинства и недостатки схем выпрямителей: однополупериодного? Двухполупериодного со средней точкой? Мостового?

3. Назначение фильтров. За счёт каких свойств С и L осу­ществляется сглаживание пульсаций напряжения фильтрами?

4. Внешние характеристики выпрямителей. Почему уменьша­ется напряжение выпрямителя при увеличении тока потребителя?

5. Выпрямители с какими фильтрами имеют наименьшие пуль­сации? Почему?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ источников питания электронных устройств

Блок – схема установки

Рис. 1. Схема исследуемых блоков выпрямителей (БВ)

Однополупериодный выпрямиетль (БВ1)

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой (БВ2)

Двухполупериодный мостовой выпрямитель (БВ3)

Схема исследуемых блоков фильтров (БФ1)

С – фильтр CLC – фильтр

ОПЫТ 1

Снятие внешней характеристики двухполупериодного мостового выпрямителя

Таблица 1

Рис. 2

ОПЫТ 2

Исследование формы выходного напряжения разных выпрямителей

Рис. 3

а) БВ1 U_d=____ В б) БВ2 U_d=____ В в) БВ3 U_d=____ В

ОПЫТ 3

Исследование формы выходного напряжения разных фильтров

Выводы по работе: ___________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10. ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

Цель лабораторной работы № 10.

Целью работы является изучение принципа работы и основных характеристик импульсных устройств на операционных усилителях (ОУ).

Теоретические основы лабораторной работы № 10.

Интегральные операционные усилители являются универсальными элементами, на основе которых можно строить различные функциональные узлы аналоговой аппаратуры. Эта универсальность достигается за счет избыточности активных элементов в их схемах. На практике наиболее часто ОУ используются с обратными связями (ОС), при наличии которых коэффициент передачи устройства определяется только отно­шением значений элементов цепи ОС. При соответствующем выборе внешних элементов ОУ может осуществлять усиление, сложение, вычитание, дифференцирование, интегрирование сигналов, а также формировать различные функциональные зависимости.

При работе ОУ в импульсном режиме уровни его входных сигналов превышают значения, соответствующие линейной области амплитудной характеристики, состоящей из наклонного и двух горизонтальных участков. Импульсный режим работы ОУ характеризуется горизонтальными участками амплитудной характеристики. При изменении напряжения входного сигнала выходное напряжение ОУ остается практически постоянным и определяется напряжениями либо +u_вых, либо -u_вых, близкими соответ­ственно к напряжениям +Ек и -Ек источников питания.

Идеальный операционный усилитель имеет основные свойства: входные токи бесконечно малы; дифференциальное входное напряжение равно нулю, входное сопротивление и коэффициент усиления равны ∞.

Рассмотрим наиболее распространенные импульсные устройства, реализующиеся на основе ОУ.

Компаратор. Компаратором называют устройство, осуществ­ляющее сравнение измеряемого входного напряжения (u_вх) с опор­ным напряжением (U_оп). В каче­стве компаратора часто исполь­зуют ОУ с разомкнутой ОС (рис. 1). На вход «–» компаратора подается входной сигнал u_вх, на его вход «+» – опор­ный сигнал U_оп. В момент равен­ства напряжений uвх и U_оп компа­ратор находится в неустойчивом линейном режиме. При превыше­нии входным сигналом uвх значе­ния опорного напряжения U_оп вы­ходное напряжение компаратора изменяется от +uвх до –U_оп. Пере­ключение компаратора происходит с некоторой задержкой, которая определяется временем перезаряда паразитных емкостей ОУ. При U_оп = 0 компаратор фиксирует момент перехода входного напряжения че­рез нулевой уровень. В этом ре­жиме компаратор получил назва­ние «нуль-компаратор». Если на­пряжения u_вх и U_оп превышают максимально допустимые для дан­ного типа ОУ уровни входных сиг­налов, на входе компаратора уста­навливают делители напряжения.

Компараторы нашли широ­кое применение в преобразовате­лях аналоговых сигналов в цифро­вые.

Инвертирующий сумматор. Инвертирующий сумматор осуществляет суммирование входных сигналов (рис. 2). Благодаря свойствам идеального ОУ, ток от источников сигнала на его вход «–» не ответвляется и через цепь ОС протекает сумма токов всех источников: i₁ + i₂ = i₃. Кроме того, разность напряжений между входами ОУ равна нулю и напряжение в точке А так же равно нулю: u_вх1/R1 + u_вх2/R2 = –u_вых/R3. Если выбрать номиналы резисторов R1 = R2 = R, то выходное напряжение будет определяться соотношением: u_вых = – (R3/R)( u_вх1 + u_вх2). Наиболее часто инвертирующие сумматоры используются в качестве усилителя с широким диапазоном изменения нулевой точки. При подаче на входы инвертирующего сумматора постоянного и переменного синусоидального напряжений на выходе устройства будет сформирован усиленный синусоидальный сигнал, имеющий постоянную относительно общего провода составляющую.

Триггер Шмитта. Триггер Шмитта – устройство, обладающее двумя устойчивыми состояниями (рис. 3). Триггер Шмитта как правило выполняется на основе ОУ с положительной ОС. Триггер Шмитта обладает так называемой гистерезисной передаточной характеристикой. Переход триггера Шмитта из одного устойчивого состояния, характеризуемого выходным напряжением +u_вых, в другое устойчивое состояние с выходным напряжением –u_вых и возврат его в исходное состояние осуществляется, при входных напряжениях u_вх, отличающихся от опорного напряжения U_оп на величину напряжения собственного порога срабатывания Uп, определяемого соотношением: Uп = Uн/2 = βu_вых, где β = R1/(R1+R2) –коэффициент положительной ОС. Напряжение Uн = 2Uп является напря­жением гистерезиса триггера Шмита. Наличие гистерезиса в триггере Шмитта позволяет повысить помехоустойчивость устройства при обработке входного сигнала на фоне помех.

Если опорное напряжение на входе триггера Шмитта отсутствует (U_оп = 0), устройство переключается из одного устойчивого состояния в другое устойчивое состояние по собственному порогу.

Из-за наличия большого коэффициента усиления и гистерезисной передаточной характеристики триггеры Шмитта нашли широкое применение в качества преобразователей напряжения. При подаче на вход «–» триггера Шмитта напряжения синусоидальной формы на выходе устройства будет сформировано напряжение прямоугольной формы. Варьируя величину опорного напряжения U_оп, можно в широких пределах изменять скважность выходных импульсов напряжения триггера Шмитта. При U_оп = 0, скважность этих импульсов напряжения равна Q = 2 (рис. 4).

Автогенераторный мультивибратор (рис. 5). Автогенераторный мультивибратор предназначен для генерирования прямоугольных импульсов напряжения. Он обладает двумя неустойчивыми состояниями, работает в режиме самовозбуждения и не требует внешнего входного сигнала. В качестве автогенераторного мультивибратора обычно используют ОУ с положительной ОС и время задающей RC цепью, подключенной к инвертирующему входу устройства. Работа автогенераторного мультивибратора обеспечивается цепью положительной ОС приводящей к лавинообразному переходу из одного состояния в другое, и цепью отрицательной ОС, определяющей период возникающих колебаний. Когда потенциал на входе «–» автогенераторного мультивибратора достигнет значения –u_выхR1/(R1+R2) устройство переключается и его выходное напряжение скачком изменяет своё значение с –u_вых до +u_вых. При этом потенциал на инвертирующем входе устройства начинает изменяться в противоположную сторону, пока не достигнет значения +u_выхR1/(R1+R2).

Автогенераторный мультивибратор переключается в первоначальное состояние (рис. 5). Частота колебаний выходного напряжения автогенераторного мультивибратора определяется соотношением: f = 1/2RCℓn(1+2R1/R2).

Ждущий мультивибратор формирует на выходе прямоугольный импульс напряжения определенной длительности при воздействии на вход схемы короткого запускающего импульса (рис. 6). В отличии от автогенераторного мультивибратора ждущий мультивибратор содержит дополнительно цепь смещения (резистор R2) и цепь запуска (конденсатор С2, резистор R и диод VD 1). При отсутствии на входе «+» ждущего мультивибратора запускающего импульса uз его выходное отрицательное напряжение определяется положительным напряжением Е источника питания, поступающим через резистор R2 на вход «–» устройства. При подаче на вход «–» ждущего мультивибратора запускающего импульса uз его выходное напряжение скачком принимает значение +u_вых, которое поддерживается за счет цепи положительной ОС (резисторы R1 и R4). При этом начинается заряд конденсатора С1 и напряжение u1 на входе «+» устройства увеличивается (рис. 6б). В момент достижения равенства напряжений u1 = u2 происходит скачкообразное изменение выходного напряжения ждущего мультивибратора и последний переходит в исходное состояние.

Интегратор. Интегратором называется устройство, выходное напряжение которого определяется выражением u_вых = K u_вхdt + U₀ (t=0),