Исследование импульсных схем на основе

ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

 

Цель работы: изучить принцип действия импульсных схем на основе операционного усилителя: аналогового однополярного компаратора, мультивибратора и ждущего мультивибратора.

Краткие теоретические сведения

 

Аналоговый компаратор, мультивибратор и ждущий мультивибратор на основе операционного усилителя предназначены для реализации импульсных режимов работы электронных устройств.

1. Аналоговый однополярный к омпаратор служит для сравнения подаваемых на входы операционного усилителя напряжений: входного U _вхи опорного U _оп. Принципиальная электрическая схема однополярного компаратора приведена на рис. 3.1, а [1].

Операционный усилитель изменяет свое состояние на выходе при равенстве входных напряжений U _вх = U _оп.

2. Мультивибратор.

Назначение мультивибратора заключается в формировании на его выходе прямоугольных импульсов при подключении данного устройства к источнику питания. Принципиальная электрическая схема мультивибратора приведена на рис. 3.2, а, [1], график работы – на рис. 3.2, б.

Принцип действия мультивибратора заключается в следующем. В мультивибраторе действуют цепь отрицательной обратной связи, реализуемая элементами R и C,которая формирует лавинообразное переключение мультивибратора из состояния отрицательного ограничения в положительное и обратно, а также цепь положительной обратной связи по неинвертирующему входу на элементах R. Положительная обратная связь определяет длительность нахождения мультивибратора в каждом из указанных состояний. При заряде конденсатора C увеличивается напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя и по положительной обратной связи поступает на неинвертирующий вход усилителя. При равенстве напряжений на входе усилителя мультивибратор скачкообразно переключается в противоположное состояние, как показано на рис. 3.2, б.

а)

 

б)

Рис. 3.1. Принципиальная электрическая схема однополярного

аналогового компаратора (а) и график его работы (б)

 

а)

	U вых

 

 

б)

Рис. 3.2. Принципиальная электрическая схема

мультивибратора (а) и график работы (б)

Период колебаний мультивибратора определяется по формуле

,                                     (3.1)

где  – длительность формируемых импульсов;  – коэффициент цепи положительной обратной связи;  – коэффициент цепи отрицательной обратной связи.

3. Ждущий мультивибратор.

 

Принципиальная электрическая схема ждущего мультивибратора представлена на рис. 3.3. Предназначен для формирования прямоугольных импульсов при работе в ждущем режиме, то есть при формировании на входе запускающего импульса.

Исходное состояние мультивибратора, например, состояние положительного ограничения задается при подаче отрицательного напряжения на инвертирующий вход операционного усилителя через резистор R. В этот момент диод VD ₁ открывается, препятствуя заряду конденсатора C. При подаче на вход мультивибратора запускающего импульса – отрицательного (в соответствии с включением диода VD ₂) и короткого, через дифференцирующую цепь C _вх R _вх на выходе операционного усилителя увеличивается напряжение, которое через цепь положительной обратной связи R ₁ R ₂ поступает на неинвертирующий вход усилителя. Увеличение напряжения на данном входе продолжается до момента равенства его с напряжением на инвертирующем входе. При равенстве напряжений на входах операционный усилитель переключается в состояние отрицательного ограничения. При этом диод VD ₁ закрывается и начинается заряд конденсатора C через резистор R. В этом случае возрастает напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя до момента равенства его с напряжением на неинвертирующем входе, при котором усилитель переключается в состояние положительного ограничения, диод VD ₁ открывается, препятствуя заряду конденсатора C. В данных условиях ждущий мультивибратор сохраняет состояние на выходе операционного усилителя до прихода следующего запускающего импульса, далее вышеописанные процессы аналогично повторяются.

Период колебаний ждущего мультивибратора определяется по формуле

 

 

,                                      (3.2)

 

 

где , .

Время восстановления рассчитывается по следующей зависимости:

 

 

.                                           (3.3)

 

Рис. 3.3. Принципиальная электрическая схема ждущего

Мультивибратора