Лабораторный практикум, страница 6

где К – постоянный коэффициент; U₀ (t=0) - постоянная составляющая определяющая начальное условие интегрирования (рис. 7). Точное аналоговое интегрирование может быть осуществлено ОУ с емкостной ОС. Благодаря большому коэффициенту усиления и малому входному току напряжение на входе «–» ОУ близко к нулю, а токи во входной цепи и цепи ОС приблизительно равны. При этом:

u_вых(t) = –(1/RC) u_вхdt

При подаче на вход интегратора постоянного положительного напряжения +u_вх, выходное напряжение u_вых будет линейно возрастать по абсолютной величине от 0 до –U_{вых m} (рис. 7б). Варьируя номиналы элементов RС, можно изменять постоянную времени интегратора. Как правило, в интегратор вводят ключ К, замыкая который, быстро разряжают конденсатор С.

Если ко входу интегратора приложить постоянное положительное напряжение и периодически разряжать конденсатор С путем подачи на вход управления ключа К коротких импульсов напряжения, на выходе устройства будут сформированы импульсы напряжения пилообразной формы (рис. 8a).

Подавая на вход устройства напряжения различной формы, на выходе интегратора можно сформировать напряжение со сложным законом изменения во времени. Если на вход устройства подать периодическое знакопеременное напряжение прямоугольной формы, конденсатор C будет периодически заряжаться и разряжаться, и на выходе интегратора будет сформировано напряжение треугольной формы (рис. 8б).

Краткое описание применяемого оборудования.

Лабораторная работа выполняется на на­стольном универсальном стенде, включаю­щем несколько источников входного напря­жения контрольно-измерительные приборы и органы управления (рис. 9). На лицевой панели стенда расположёны измерительные стрелочные приборы 1 и 2 для определения абсолютной величины соответственно вход­ного и выходного напряжений исследуемых схем, переключатель 3 входного напряжения изме­рительного стрелочного прибора 1, по­тенциометры 4 и 5 установки величины постоянного напряжения регулируемых источников, светодиодные индикаторы 6 и 7 полярности измеряемых постоянных напряжений, переключатели 8 и 9 режимов работы регулируемых источников, функциональные зоны 10, 11, 12, 13 и 14 исследуемых схем с органами управления, сменная панель 15 с условным изображением исследуемой схемы, глазок 16 цифрового индикатора электронного секундомера и выключатель 17 стенда. В качестве дополнительного контрольно-измерительно­го прибора используется электронный осциллограф.

Изложение методики проведения лабораторной работы № 10.

1. Ознакомиться с описанием универсального стенда.

2. Исследовать компаратор, для чего установить сменную панель № 1.1. Поставить в функциональной зоне 10 переключатель в положение «К».

Примечание. Здесь и далее номера переключателей, функциональных зон, измерительных приборов и индикаторов указаны в соответствии c рис. 9.

1. Установить переключатель 3 в положение «вх.2», а пере­ключатели 8 и 9 – в положение « ». Включить стенд тумблером «СЕТЬ». С помощью потенциометра 5 установить на входе «+» компаратора напряжения U_оп = +1 В, контролируя его по измерительному, стрелочному прибору 1.

2. Установить переключатель 3 в положение «вх.1» последовательно устанавливая потенциометром 4 на входе «–» компаратора значения напряжения u_вх, равные –3 В; 0 В; +0,9 В; +1,1 В; +3 В, исполь­зуя показания измерительных стрелочных приборов 1, 2 и индикаторов 6, 7, определить передаточную характеристику u_вых = f (u_вх) исследуемой схемы. Результаты экспериментов занести в таблицу 1 отчета. Выключить стенд тумблером «СЕТЬ».

3. Исследовать инвертирующий сумматор, для чего установить сменную панель № 3. Поставить в функциональной зоне 12 переключатель в положение «R4». Установить переключатель 9 в положение «~», переключатель 3 остается в положении «вх.1», переключатель 8 остается в положении « ». Включить стенд и осциллограф соответствующими тумблерами «СЕТЬ». Используя показания измерительных стрелочных приборов 1, 2 и индикаторов 6, 7, последовательно устанавливая потенциометром 4 на входе 1 инвертирующего сумматора значения напряжения u_вх1 равные +0,5 В; 0 В; – 0,5 В; – 1,5 В, снять осциллограммы входных (гнезда «1», «» и «2», «») и выходных (гнезда «3», ««) напряжений исследуемой схемы. Результаты экспериментов занести в отчет. Включить стенд тумблером «СЕТЬ».

4. Исследовать триггер Шмитта, для чего установить сменную панель № 4. Поставить переключатель 9 в положение « », переключатель 3 – в положение «вх.2», переключатель 8 остается в поло­жении « ». Включить стенд тумблером «СЕТЬ». С помощью потенцио­метра 5 установить на входе «2» триггера Шмитта напряжение U_оп = 1 В, контролируя его по измерительному стрелочному прибору 1. Установить переключатель 3 в положение «вх.1», а переключатель функциональной зоны 13 в положение «R3» (R3=220 Ом). Последовательно устанавли­вая потенциометром 4 на входе «1» триггера Шмитта значения напряже­ния u_вх, равные – 3 В; 0 В; +l В;+ u'_вх; +3 B; +1 В; +u''_вх; –3 В, используя показания измерительных стрелочных приборов 1, 2 и индика­торов 6, 7 определить при Rос = R3 передаточную характеристику триг­гера Шмитта u_вых = f (u_вх) исследуемой схемы. Результат экспериментов занести в таблицу табл. 2 отчета. Определить и записать в отчет зна­чения напряжения гистерезиса U'н.

Примечание. Здесь и далее u'_вх – входное напряжение триггера Шмитта, при котором его выходное напряжение изменяется со значения +u_вых до значения – u_вых; u''_вх – входное напряжение триггера Шмитта, при котором его; выходное напряжение изменяется со значения –u_вых до значения +u_вых.

1. Поставить переключатель функциональной зоны 13 в положение «R4» (R4 = 10 кОм). Последовательно устанавливая потенциометром 4 на входе «1» триггера Шмитта значения напряжения u_вх, равные – 3 B; 0 В; +1 В; +u'_вх; +3 В; +1 В; + u''_вх; – 3 B, используя показания измерительных стрелочных приборов 1, 2 и индикаторов 6, 7. Определить при Roc = R4 передаточную характеристику триггера Шмитта u_вых = f (u_вх) исследуемой схемы. Результаты экспериментов занести в таблицу 3 отчета. Определить и записать в отчете значения напряжения гистерезиса Uн'.

2. Поставить переключатель 3 в положение «вх.2» переключатель 8 – в положение «~», переключатель 9 остаётся в положении « ». Последовательно устанавливая потенциометром 5 на входе «2» триггера Шмитта напряжение, величиной – 0,4 В; 0 В; +0,4 В, снять и изобразить в отчете осциллограммы входных (гнезда «1», «« и «2», ««) и выходных (гнезда «3», ««) напряжений исследуемой схемы, учитывая найденное в п. 1.2.4.7 значение напряжения гистерезиса Uн». Выключить стенд тумблером «СЕТЬ».

3. Исследовать автогенераторный мультивибратор, для чего установить сменную панель № 2.2. Включить стенд тумблером «СЕТЪ». Последова­тельно устанавливая функциональной зоне 11 переключатель в положение «С1» (С1=0,1 мкФ), либо в положение «С2» (С2 = 0,025 мкФ), снять и изобразить в отчете осциллограммы напряжений u1(t) (гнезда «1», «»), u2(t) (гнезда «2», «») и u_вых(t) (гнезда «3», «»).

Примечание. Выполнение п. 1.2.4.9 проводить при одном и том же положении ручки «Длит. развертки» осциллографа. Устойчивого изображения на его экране следует добиваться ручкой «Уровень синхр.».

Выключить стенд тумблером «СЕТЬ».

1. Исследовать ждущий мультивибратор, для чего установить сменную панель № 2.1. Установить в функциональной зоне 11 обе кнопки переключатель В1 в верхнее положение, а переключатель В2 в положение «1». Включить стенд тумблером «СЕТЬ». Снять и изобразить в отчете осциллограмму запускающих импульсов напряжения u3(t) (гнезда «2», «»). Последовательно устанавливая в функциональной зоне 11 переключатель В1 в положение «С1», либо «С2» снять и изобразить в отчете осциллограммы u1(t) (гнезда «1», «») и u_вых(t) (гнезда «3», «»). Поставить в функциональной зоне 11 переключатель В2 положение «2» и убедиться, что без запускающих импульсов напряжения u3 на входе ждущего мультивибратора напряжение прямоугольной формы на его выходе отсутствует. Выключить стенд и осциллограф соответствующими тумблерами «СЕТЬ».

2. Исследовать; интегратор, для чего установить сменную панель № 5.2. Поставить в функциональной зоне 14 переключатель В1 в положение «20 с» и включить стенд тумблером «СЕТЬ», при этом на вход интегратора будет подано постоянное напряжение положительной полярности. Последова­тельно устанавливая в функциональной зоне 14 переключатель В2 в положение «С1» либо «С2», пользуясь показаниями измерительного стрелочного прибора 2 и электронного секундомера 16, заполнить таблицу 4 и построить в отчете временные диаграммы выходного напряжения интегратора. Выключить стенд тумблером «СЕТЬ».

3. Установить сменную панель № 5.1 и соответствующими тумблерами «СЕТЬ» включить стенд и осциллограф. В функциональной зоне 14 поставить переключатель В1 в положение « », при этом на вход интегратора будут поданы импульсы напряжения прямоугольной формы. Снять с помощью осциллографа и изобразить в отчете временные диаграммы напряжений на входе (гнезда «1», «») и выходе (гнезда «2», «») интегратора.

4. В функциональной зоне 14 поставить переключатель В1 в положение « », при этом на вход интегратора будет подано постоянное напряжение положительной полярности, а на вход управления; ключа К будут поданы импульсы напряжения с дополнительного генератора. Снять с помощью осциллографа и изобразить в отчете временные диаграммы напряжений на входе (гнезда «1», «») и выходе (гнезда «2», «») интегратора. Выключить соответствующими тумблерами «СЕТЬ» стенд и осциллограф.

Указания к оформлению отчета.

Отчет должен содержать временные диаграммы входных и выходных напряжений, а также передаточные характеристики исследуемых в лабораторной работе устройств.

Вопросы для самопроверки.

Что называется операционным усилителем и каковы его свойства?

Укажите различие между инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя.

Какое устройство называется компаратором и каковы его свойства?

Какое устройство называется инвертирующим сумматором и каковы его свойства?

Какое устройство называется триггером Шмитта и каковы его свойства?

Какое устройство называется автогенераторным мультивибратором и каковы его свойства?

В чем состоит отличие ждущего мультивибратора от автоколебательного мультивибратора?