Дослідження генераторів аналогових сигналів на операційних підсилювачах.

 

Мета роботи: теоретичне вивчення основних схем генераторів аналогових сигналів; експериментальне вивчення однієї з схем генератора.

 

Теоретичні відомості

 

Релаксаційними називають генератори в яких підсилювальний елемент працює в ключовому (релейному) режимі. Основою релаксаційних генераторів на ОП является зазвичай регенеративний компаратор (тригер Шмітта).

 

Рис. 3.1. Автоколивальний генератор

 

Прикладом такого генератора є генератор на Рис. 3.1. Він являє собою інвертуючий тригер Шмітта, охопленого від’ємним зворотнім зв’язком задопомогою інтегруючої RC-ланки.

Коли напруга U _С досягає межі межі спрацювання тригера Шмітта, схема перемикається і її виходна напруга стрибком приймає зворотнє значение. При цьому конденсатор починає перезаряджатися в зворотньому напрямку, доки його напруга не досягнет другої межі спрацювання. Схема переключается в первісний стан.

 

В схемі генератора (Рис. 3.1 а) операционный підсилювач здійснює порівняння напруги U _С на конденсаторе С и напруги U с дільника, утвореного резисторами R1 и R2. Напруга Uвих на виході ОП пропорційна різниці напруг між його входами. Через те, що частина вихідної напруги через дільник поступає на вхід ОП, в схемі утворюється додатній зворотній зв’язок. Якщо в деякий момент часу різниця напруг між його входами стане додатньою, то додатній зворотній зв’язок призведе до лавинного приросту напруги (Рис. 3.1. б). ЇЇ збільшення зупиниться, коли Uвиx досягне свого максимально можливого значення, близкого до додатньої напруги живлення. При цьому напруга U буде рівною . Такий стан системи збережеться до их пір, доки напруга U _С конденсаторі, що заряджається через резистор R, не перевищить . Як тільки різниця стане від’ємною, напруга Uвиx скачком зменшиться до свого мінімального значення, близького до від’ємної напруги живлення.Тобто коли напруга U _С досягає межі межі спрацювання тригера Шмітта, схема перемикається і її виходна напруга стрибком приймає зворотнє значение. При цьому конденсатор починає перезаряджатися в зворотньому напрямку, доки його напруга не досягнет другої межі спрацювання. Схема переключается в первісний стан.

Час зарядки і розрядки конденсатора однаковий і пропорційний RC.

Значення напруги, рівне межі спрацювання тригера Шмітта буде досягнуто через час

(3.1)

Період коливання, таким чином, рівний

(3.2)

Розглянемо схему на Рис. 3.2. Вона являє собою релаксаційний генератор, що генерує сигнал трикутної форми (вихід 1) і компаратор, який порівнює вихідну напругу на тригері Шмідта і вихідну напругу компаратора. Таким чином, зважаючи на

 

амплітуду вихідного сигнала генератора, що майже рівна напрузі живлення операційного підсилювача, і коефіцієнту підсилення компаратора (задається резисторами R9, R7 і R5), що більший одиниці, сигнал на виході 2 являє собою несиметричний меандр. Його форму і скважність задають зміною опору на резисторі R5.

 

 

Рис. 3.2.Схема генератора, що досліджується

 

Порядок проведення роботи

 

1. Розглянути схему на Рис. 3.2. і підключити до її виводів живлення і осцилограф.

2. Знімаючи осцилограмму з вихода 1, при різних значеннях опору резистора R₁ визначити період сигналу (Т).

3. Розрахувати частоту коливань (f) , визначити значення U_НАС (U_НАС = U_m). Знаючи значення ємності С (0,1 мкФ), розрахувати опір резисторів R₁ і R₂ -

(3.3)

 

 

4. Повторити пункти 2 і 3 для виводу 2, змінюючи опором R₅ форму несиметричного меандру. Результати дослідів занести в таблицю 3.1

Таблиця 3. 1

Форма сигналу	Т, мс	f, Гц	Um, B	, кОм

Звіт повинен містити:

1. Графіки сигналів на виходах 1 і 2 для різних значень опорів .

2. Результати розрахунків і скважності несиметричного меандру.

3. Висновки про об’єм виконаної роботи.

 

Контрольні тестові питання

1. Що таке ідеальний операційний підсилювач?
2. Що таке позитивний і негативний зворотній зв’язок?
3. Що таке діаграмма Боде?
4. Які умови генерації сигналу ви знаєте?
5. Які типи генераторів ви знаєте?
6. Що таке релаксаційний генератор?
7. Поясніть принцип роботи тригера Шмітта.
8. Яким чином змінюючи ємність конденсатора в релаксаційному генераторі можна змінити частоту сигналу?
9. Що впливає на максимальну амплітуду вихідного сигналу генератора на операційних підсилювачах?
10. Які переваги і недоліки генераторів на операційних підсилювачах?

 

 

Лабораторна робота №4