Бутенко Д.В., Черкасова Г.С. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов (2014) (1186344), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Учитывая, что iб ≈ Еб / Rб и iк ≈ Ек / Rк, получаемRб < βЕбRк/Ек.ОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов50Из полученного условия в частности следует, что максимально достижимое соотношение между длительностями импульса и фронта определяется значением β используемых транзисторов.На рис. 28 показана схема автоколебательного мультивибратора на ОУ. Делитель напряжения R1 – R2 представляет собой цепь ПОС. Цепь ООС выполнена такимобразом, что ее постоянная времени изменяется в зависимости от полярности выходного напряжения ОУ. Временные диаграммы работы мультивибратора на ОУ в установившемся режиме показаны на рис. 29.Рис.
28. Схема автоколебательного мультивибратора на ОУВ момент t=0 Uвых становится равным +Um, при этом напряжение на неинвертирующем входе ОУ U+ равно +КпосUm, где Кпос=R1/(R1+R2). Т. к. Uвых>0, то VD1 открыт, аVD2 закрыт и конденсатор С заряжается через резистор R`. Поэтому напряжение на инвертирующем входе ОУ U- плавно возрастает от значения -КпосUm с постоянной времени τзар=R`C, стремясь к уровню +Um. Из временных диаграмм следует, что на интервале0…t1 U+ > U-, т. е. входное дифференциальное напряжение ОУ Uвх.диф остается положительным, поэтому Uвых остается равным +Um. В момент t = t1 U- становится больше U+,т.е.
Uвх.диф становится отрицательным. Поэтому Uвых начинает уменьшаться, что вызывает уменьшение U+. Напряжение на конденсаторе С не может меняться так быстро,как U+, поэтому происходит дальнейшее возрастание (по модулю) отрицательногоUвх.диф и дальнейшее уменьшение Uвых. Таким образом проявляется действие ПОС, врезультате чего Uвых быстро уменьшается до значения -Um, а U+ - до значения -КпосUm.Анализируя процесс изменения напряжения U- на интервале 0… t1, можно показать, чтодлительность выходного импульса положительной полярности tи1 может быть определена какОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов511 K ПОС 2 R1 t и1 зар ln R C ln 1 .R2 1 K ПОС Рис.
29. Временные диаграммы работы автоколебательного мультивибратора на ОУНа интервале t1…t2 Uвых=-Um <0, поэтому VD2 открыт, VD1 закрыт и конденсаторС разряжается через резистор R``. Напряжение U- плавно уменьшается от значения+КпосUm с постоянной времени τраз=R``C, стремясь к уровню -Um, при этом Uвх.диф домомента t2 остается отрицательным.
В момент t = t2 U- становится меньше U+, т. е.Uвх.диф становится положительным, и в результате действия ПОС выходное напряжениебыстро возрастает до +Um. Далее процессы в схеме циклически повторяются. Анализпроцесса изменения U- на интервале t1… t2 позволяет получить выражение для определения длительности выходного импульса отрицательной полярности tи2:1 K ПОС 2 R1 t и 2 раз ln R C ln 1 .R2 1 K ПОС Период повторения выходных импульсов равен Т=tи1+tи2.Путем выбора соотношения R` и R`` можно обеспечивать требуемую скважностьвыходных импульсов мультивибратора.
Очевидно, при замене резисторов R` и R`` сдиодами VD1 и VD2 на один резистор R получим на выходе мультивибратора последовательность импульсов со скважностью равной 2, т. е.ОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов52 2R t и1 t и 2 RC ln 1 1 R2 Длительности фронта и спада выходного напряжения мультивибратора определяются максимальной скоростью нарастания выходного напряжения Vmax используемого ОУ:tф ≈ tс ≈ 2Um/ Vmax .При выборе ОУ с достаточно высокой Vmax можно получить tф и tс пренебрежимо малые по сравнению с tи1 и tи2, поэтому выходные колебания по форме будут практически прямоугольными, как показано на рис.
29.Описание лабораторной установкиВ состав лабораторного макета (рис. 30) входят схемы мультивибраторов набиполярных транзисторах и на операционном усилителе.Рис. 30. Схема лабораторного макета для исследования мультивибратора на биполярныхтранзисторах (а) и операционном усилителе (б)ОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов53Для наблюдения выходных сигналов мультивибраторов и измерения их параметров используется осциллограф АСК-1022.
Напряжение питания подается на макетот источника питания по кабелю.В схеме транзисторного мультивибратора (рис. 30, а) предусмотрено изменениесопротивлений и емкостей в базовых цепях транзисторов с помощью перемычек, атакже изменение напряжения Есм в базовых цепях с помощью потенциометра R1. Дляизмерения Есм используется вольтметр В7-58/2. В схеме мультивибратора на ОУ (рис.30, б) предусмотрено изменение сопротивлений и емкостей в цепях ООС и ПОС, такжес помощью перемычек. Для обеспечения двуполярного питания мультивибратора наОУ макет содержит простейший преобразователь питания.Задание и порядок выполнения работы1. Исследование транзисторного мультивибратора (рис.
30, а)1.1. Просмотреть осциллограммы напряжений мультивибратора и измерить параметры выходных импульсов.Подать на макет напряжение питанияЕп=10 В, контролируя его величинувольтметром источника питания. Установить ручку потенциометра R1 в крайнее левое положение и проконтролировать осциллограмму напряжения на коллекторетранзистора VТ1.
Для этого канал А осциллографа АСК-1022 подключить к гнёзду 1.Просмотреть и зарисовать осциллограммы напряжения на коллекторе и базе транзисторов VT1 и VT2 одну под другой. Для этого канал А осциллографа АСК-1022 оставитьподключенным к коллектору VT1, а канал В последовательно подключать к базе VT1(гнёздо 6), коллектору VT2 (гнёздо 12) и базе VT2 (гнёздо 10). При этом осциллографдолжен работать в режиме внутренней синхронизации по каналу А.
На зарисованныхосциллограммах показать, каким образом далее будут измеряться параметры выходныхимпульсов (длительность, время фронта, период), при этом учесть, что длительностьимпульса измеряется по уровню 0, длительность фронта по уровням 10% – 90 % амплитуды (см. рис. 27).1.2. Исследовать влияние элементов времязадающих цепей на параметрывыходных импульсов.Провести измерения параметров импульсов с коллектора VT1 и VT2 для вариантов схемы указанных в таблице 4.1.Для измерения tф1 и tф2 следует использовать вспомогательную разметку экранаосциллографа (уровни 0 – 10 – 90 – 10%), см. работу № 2 «Исследование временныхОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов54характеристик усилителя на биполярном транзисторе».
Результаты измерений занести втаблицу 4.1.Таблица 4.1.№опыта12345ОписаниесхемыПараметры выходных импульсовtи1, мксtи2, мксT=tи1+tи2,мксtф1, мксtф2, мксИсходное состояние(см. п.2)Rб1=R3+R4Rб2=R5+R6Сб1=С4Уменьшить сопротивления в базовой цепи VT1Rб1=R3 (замкнуть 3-6)Rб2=R5+R6Cб1=C4Cб2=C2Уменьшить сопротивления в базовой цепи VT2Rб1=R3 (замкнуть 3-6)Rб2=R5 (замкнуть 10-11)Cб1=C4Cб2=C2Восстановить исходныезначения сопротивлений вбазовых цепях VT1 и VT2(разомкнуть 3-6 и 10-11):Rб1=R3+R4Rб2=R5+R6Увеличить ёмкость в базовой цепи VT1:Cб1=C3+C4 (замкнуть 8-9)Cб2=C2Увеличить ёмкость в базовой цепи VT2:Rб1=R3+R4Rб2=R5+R6Cб1=C3+C4 (замкнуть 8-9)Cб2=C1+C2 (замкнуть 4-5)1.3.
Исследовать влияние напряжения смещения Есм на период генерируемыхимпульсов.Восстановить схемувисходное состояние (разомкнуть гнёзда 4-5 и 8-9) иизмерить период колебаний выходных импульсов для различного напряжения смещеОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов55ния.
Напряжение смещения изменяется потенциометром R1, а величина его контролируется цифровым вольтметром В7-58/2, подключенным к гнезду 7. Гнездо «0» вольтметра подсоединяется к любой точке на общем проводе схемы. Есм следует уменьшатьот Есм =Еп=10 В с шагом 1 В до такого значения, при котором на осциллограммах выходных напряжений в паузах между импульсами появляется характерный излом (переход транзистора из режима насыщения в активный режим). По результатам измеренийпостроить зависимость Т (Есм).1.4.
Исследовать влияние напряжения питания на амплитуду входных импульсов. Изменяя напряжение питания от 10 В до 2 В с шагом 2 В, с помощью осциллографа произвести измерения амплитуды выходных импульсов в абсолютных единицах ипостроить зависимость Uимп (Еп).1.5. При подготовке отчёта рассчитать tи1, tи2, tф1 и tф2 для опытов 1-5, используяпараметры макета:C1=C3=1200 пФC2=C4=2400 пФR2=R7=1 кОмR3=R5=8,2 кОмR4=R6=4,7 кОмVT1 и VT2 – МП39АРасчёт выполнить для случая Есм =Еп. Результаты расчета сравнить с полученными экспериментально.2. Исследование мультивибратора на операционном усилителе (рис.30, б)2.1. Просмотреть осциллограммы напряжения мультивибратора на ОУ и измерить параметры выходных импульсов для исходного варианта схемы (таблица 4.2).Замкнуть клеммы 5 и 6.
Подать на макет напряжение питания Еп=15 В, контролируя его величину вольтметром источника питания. На осциллографе просмотреть изарисовать одну под другой осциллограммы напряжения на выходе и входах ОУ. Дляэтого канал А осциллографа АСК-1022 подключить к выходу ОУ (гнёзда 8-9), а каналВ поочерёдно подключать к инвертирующему входу (гнёздо 2) и неинвертирующемувходу (гнёздо 4). Указать способ измерения параметров выходного импульса на осциллограммах (см. рис. 29).2.2. Исследовать влияние элементов цепи ООС на параметры выходных импульсов (опыты 2 и 3, таблица 4.2).
Результаты измерений занести в таблицу 4.2.ОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов562.3. Исследовать влияние элементов цепи ПОС на параметры выходных импульсов (опыт 4, таблица 4.2). Результаты измерений занести в таблицу 4.2.Таблица 4.2№№опытовОписаниеСхемыПараметры выходных импульсовtи1, мксtи2, мксТ=tи1+tи2,tф, мкс Uимп,мксВИсходное состояние:замкнуть 5-61Увеличить ёмкость в цепиООС (замкнуть1-2)2Изменить соотношение сопротивлений в цепяхзаряда-разрядаёмкости в цепиООС(разомкнуть5-6, замкнуть 67).Изменения в цепи ПОС.Вернуть схему в исходное состояние(разомкнуть 1-2 и 6-7,замкнуть 5-6).Уменьшить Кпос (замкнуть 3-4)Измененияв цепиООС34Содержание отчетаОтчет по лабораторной работе должен содержать:1) название и цель работы;2) схемы проведения измерений с указанием типов измерительных приборов;3) результаты измерений (осциллограммы работы мультивибраторов, таблицы срезультатами измерений, графики, расчёты).4) выводы по результатам работы.Вопросы для самоконтроля и подготовки к защите1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
