Работа № 5. Исследование схем на основе тригера Шмитта

Цель работы: дать навыки по расчету порогов срабатывания компараторов с гистерезисной характеристикой и электронных реле на основе ОУ.

Триггер Шмитта – это компаратор, охваченный положительной обратной связью. Существуют два способа включения триггера Шмитта (рис. 29: а – прямое включение; б – инверсное). При этом U _вых_max = Е _п – (1…2) В; Е _п – напряжение питания ОУ.


а

б

Рис. 29

На основе триггера Шмитта можно строить электронные реле с различными порогами срабатывания (рис. 30).

Рис. 30

В зависимости от направления смещения характеристики существуют два варианта подачи напряжения смещения (Е _см) через R_см (рис. 31: а – смещение характеристики по оси абсцисс влево; б – вправо). Неравенство порогов срабатывания и отпускания, т. е. перемещение характеристики вдоль оси абсцисс (и _вх) и достигается за счет изменения величины сопротивления (R _см) резистора R_см.

Найти величины резисторов для задания порогов срабатывания (U _ср) и отпускания (U _отп) можно решив совместно уравнения для условия срабатывания и условия отпускания относительно R _см и R _ос.

Рис. 31

– условие срабатывания: ;

– условие отпускания: .

Решая совместно уравнения для условий срабатывания и отпускания, получаем

; .

Порядок выполнения работы

1. Подобрать сопротивления резисторов R1 и R2 в пределах (1...100) кОм.

2. Рассчитать значения пороговых напряжений (± U _пор) для прямого и инверсного включений триггера Шмита (рис. 29). Значение U _вых_max взять из реальной характеристики ОУ, снятой в работе № 1. Построить зависимости и _вых = f (и _вх) для прямого и инверсного включений.

3. Проверить результаты вычислений с помощью моделей триггеров Шмита: прямое включение – рис. 32 (а – схема модели; б – характеристика); инверсное включение – рис. 33 (а – схема модели; б – характеристика).

Рис. 32.

4. Проверить функционирование триггера Шмитта с помощью моделей: прямое включение – рис. 34 (а – схема модели; б – результаты моделирования); инверсное включение – рис. 35 (а – схема модели; б – результаты моделирования).

5. Собрать схему прямого включения триггера Шмитта (рис. 36). На вход подключить генератор синусоидальных сигналов.

Рис. 33

6. Установить частоту генератора 1 кГц и по осциллографу выставить амплитуду входного напряжения 4 В.

7. Включить питание стенда. Зарисовать осциллограммы напряжений и _вх(t) и и _вых(t).

Рис. 34

Рис. 35

8. Собрать схему инверсного включения триггера Шмитта (рис. 37). Повторить эксперимент по пп. 6–7.

Рис. 36

Рис. 37

Исследование электронного реле на основе ОУ. Поскольку выводы питания ОУ на сменной панели отсутствуют, напряжение смещения следует подавать от источника постоянного напряжения, предварительно установив на нем напряжение 6 В (полярность подключения зависит от вида характеристики реле).

9. Получить у преподавателя вид характеристики реле значения напряжений срабатывания и отпускания. Нарисовать характеристику вход-выход реле.

10. Подобрать сопротивление R_c в диапазоне (1...100) кОм. Рассчитать величины сопротивлений R_см и R_ос. Проверить вид характеристики реле с помощью модели (рис. 38). Пример результатов моделирования показан на рис. 39.

Рис. 38

Рис. 39

Проверить функционирование реле с помощью модели (рис. 40). Пример результатов моделирования показан на рис. 41.

Рис. 40

Рис. 41

11. В зависимости от вида характеристики собрать схему рис. 42а (смещение характеристики влево), либо рис. 42б (смещение характеристики вправо). Обратить внимание на полярность включения источника U_см. Установить частоту генератора 1 кГц и по осциллографу выставить амплитуду входного напряжения 4 В.

Рис. 42

12. Включить питание стенда. Зарисовать осциллограммы напряжений и _вх(t) и и _вых(t). Отключить питание стенда.

Содержание отчета

1. Схемы исследуемых триггеров Шмитта и реле.

2. Результаты расчетов и характеристики вход-выход триггеров и реле..

3. Осциллограммы u _вх1(t), u _вх1(t) и u _вых(t) триггеров Шмитта и реле.