на ОУ могут быть построены только на использовании свойства ОУ, ограничивать сигнал при достижении уровня близкого к величине источника питания (рис. 5).

Но чаще, амплитудные ограничители выполняются по схеме рис.6, в которой используется инвертирующий усилитель, в цепи об­ратной связи которого включены встречно стабилитроны VD1 и VD2.



Рис. 5. Передаточная (амплитудная) характеристика ОУ.





Рис. 6. Двухсторонний ограничитель.
Напряжение стабилизации встречно включенных стабилитронов определяет пределы ограничения выходного напряжения. При отрицательном входном напряжении U_ВХ напряжение ограничения определяется напряжением стабилизации VD1 и падением напряжения на прямосмещенном стабилитроне VD2, при положительном — наоборот. При наличии двух стабилитронов схема называется двухсторонним ограничителем, при наличии одного — односторонним. Односторонние ограничители используются также при согласовании аналогового устройства на ОУ с цифровыми схемами. В этом случае напряжение стабилизации стабилитрона выбирается равным напряжению сигнала логической единицы.

Мультивибратор на ОУ состоит из триггера Шмитта (триггер с гистерезисом), охваченного обратной связью через фильтр нижних частот (рис. 7).




Рис. 7. Автоколебательный мультивибратор на ОУ.
Изменение потенциала на инвертирующем входе происходит постепенно, по мере заряда емкости. Напряжение на емкости стремится к уровню U_{ВЫХ МАКС} . При достижении уровня U_C равного или немного большего уровня напряжения, установленного на неинвертирующем входе, происходит переключение ОУ в противоположное предельное значение (-U_{ВЫХ МАКС} ). Уровень напряжения на неинвертирующем входе равен U₊ = * U_{ВЫХ МАКС} , где  = R1/(R1+R2). Из условия достижения экспонентой уровня, соответствующего равенству напяржений на входе, определяется длительность формируемых на выходе импульсов t_И1 = t_И2 = RC ln((1+)/(1-)) = RCln(1+(2*R1/R2)). Период колебаний T = 2*t_И1 = 2* t_И2 . Схема симметрична при равенстве напряжений источников питания Е_ПИТ1 и Е_ПИТ2 . ОУ в мультивибраторе работает в режиме ограничения при формировании импульса и в режиме усиления при переключении в противоположное состояние по выходу. Для введения несимметрии можно: либо подключить потенциал к левому по схеме (рис. 6) выводу резистора R1, либо ввести в схему два различных резистора R, подключаемых через противоположно включенные диоды, либо использовать источники питания с разными уровнями напряжения.

---

Программа работы и методические указания по ее выполнению.

В работе исследуются схемы инвертирующего усилителя, ограничителя, интегратора и мультивибратора.
Инвертирующий усилитель (рис.8).

В лабораторной работе измеряется коэффициент усиления и передаточная характеристика Uвых=f(Uвх) на средних частотах, амплитудно-частотная характеристика Кu=Ф(f).

1. 
   Рассчитать коэффициент усиления для усилителя (рис. 8).Построить теоретическую передаточную характеристику усилителя.
   
2. 
   Измерить коэффициент усиления усилителя; снять передаточную характеристику.
   

Для измерения коэффициента усиления установить на выходе генератора синусоидальных сигналов ГЗ-102 выходной сигнал частотой f=1000 Гц и амплитудой 0,1 В. Измерить с помощью осциллографа С1-68 сигнал на выходе усилителя. Зарисовать форму входного и выходного сигнала усилителя, измерить периоды и амплитуды сигналов. Сравнить полученное значение Кu с расчетным.

Для снятия передаточной характеристики подключить вход усилителя к делителю задающему регулируемое напряжение ( точка 1 на схеме ). Регулируя резистор R2 и измеряя входной и выходной уровни напряжения построить зависимость Uвых=f(Uвх) . На характеристике отметить участки усилительного (линейного) режима и участки ограничения.

3. 
   Измерить амплитудно-частотную характеристику усилителя (рис. 8).
   

Амплитудно-частотную характеристику измерить подавая на вход усилителя сигнал переменной частоты амплитудой 0,1 В с выхода ГЗ-102. Изменяя частоту от минимальной до максимальной и поддерживая постоянной амплитуду сигнала на входе усилителя измерить амплитуду сигнала на выходе и построить зависимость Кu=Ф(f).

4. 
   Исследовать работу ограничителя (рис. 9).
   

Схему ограничителя получить на основе инвертирующего усилителя подключив параллельно резистору R5 диодный ограничитель на основе стабилотрона (VД 1 - VД5 ). Подать на вход усилителя с ГЗ-102 синусоидальный сигнал частотой 1000Гц и амплитудой 1 В. Используя осциллограф определить и зарисовать диаграммы входного и выходного сигналов

---

; определить уровни ограничения положительной и отрицательной волны.

Построить передаточную характеристику ограничителя Uвых=f(Uвх) . Если необходимо, произвести измерения используя выходное регулируемое напряжение с делителя R1-R2-R3.

5. 
   Исследовать работу интегратора (рис. 10).
   

Интегратор преобразует входной прямоугольный импульс в линейно-изменяющееся напряжение. В работе, задавая на вход интегратора прямоугольный импульс положительной полярности с генератора Г5-54 амплитудой 1 В и длительностью 10 мкс, измерить с помощью осциллографа сигнал на выходе интегратора. Зарисовать входной и выходной сигналы; измерить амплитуду и времена линейного нарастания и восстановления для выходного сигнала.

Задать на вход импульс отрицательной полярности и наблюдать на выходе изменения сигнала. Задать на входе сигнал большей амплитуды (3-5 В) и измерить измененный выходной сигнал. Повторить измерения для входного сигнала с длительностью 30 мкс и амплитудой 1 В.

6. 
   Исследовать работу мультивибратора (рис. 11).
   

А
втоколебательный симметричный мультивибратор на операционном усилителе предназначен для получения прямоугольных импульсов чередующейся положительной и отрицательной полярностей равной длительности. В работе необходимо измерить с помощью осциллографа сигналы на обоих входах операционного усилителя и на выходе мультивибратора. Зарисовать осциллограммы и измерить амплитуды и времена сигналов.

Рис.8. Инвертирующий усилитель. K_U = -R₅/R₄.
Р
ис. 9. Ограничитель.

VD1 – VD4 кремниевые диоды Д220. VD5 – стабилотрон с напряжением стабилизации 6,8 В.

U_огр = U_стаб+2е_од



Рис. 10. Интегратор.

Расчетные соотношения для интегратора:

;

;

---

;

;








Рис. 11. Мультивибратор.

Расчетные соотношения для мультивибратора:

Отчет должен содержать:

• 
  Исследуемые схемы, их характеристики и краткое описание, расчеты параметров и характеристик.
  
• 
  Экспериментальные результаты: осциллограммы сигналов, измеряемых в работе; характеристики и параметры, рассчитанные по измерениям.
  
• 
  Сравнение рассчитанных и измеренных результатов, выводы по работе.
  

Контрольные вопросы.

1. 
   Перечислите свойства идеального ОУ. Чем вызвана необходимость обеспечения каждого из этих свойств?
   
2. 
   Почему в усилительных схемах не используется ОУ без цепей ООС?
   
3. 
   Изобразите во временной связи графики напряжения для инвертирующего и не инвертирующего входов ОУ в схеме мультивибратора.
   
4. 
   Вывести формулу для коэффициента усиления инвертирующего и не инвертирующего усилителей.
   
5. 
   Построить передаточную характеристику U_вых ⁼f(U_BX) для инвертирующего усилителя на ОУ, если коэффициент усиления К =10 и напряжение источников питания +10В и -10В
   
6. 
   Как изменится передаточная характеристика не инвертирующего усилителя на ОУ, если источники питания будут несимметричные (например +12В и -3В)?
   
7. 
   Построить амплитудно-частотную характеристику усилителя с К=10, если он собран на ОУ с К₀=2000 и f₁ = 8МГц. Характеристику построить в логарифмическом масштабе.
   
8. 
   Постройте график выходного напряжения интегратора, если в момент времени t₀ к входу приложено синусоидальное напряжение, a U_вых (t₀) = 0.
   
9. 
   Как изменится график выходного напряжения интегратора, если отсоединить разрядный резистор R_доп , подключаемый параллельно емкости?
   
10. 
    Какое влияние оказывает амплитуда входного импульса на параметры выходного сигнала интегратора?
    
11. 
    Почему зависимость выходного напряжения интегратора от времени во время действия входного импульса линейная, а в паузе экспоненциальная?
    
12. 
    В каком режиме используется ОУ в интеграторе? Почему?
    
13. 
    Как изменится период генерируемых мультивибратором импульсов, если коэффициент  уменьшать? Увеличивать? Что будет, если .=0?, если  =1?
    
14. 
    Какое влияние окажет несимметрия источников питания на работу мультивибратора?
    
15. 
    Перечислите способы, с помощью которых можно изменить соотношение длительностей положительных и отрицательных импульсов мультивибратора?
    

---

ЛИТЕРАТУРА.

1. 
   Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. – СПб.: КОРОНА принт, 1998. – 400с.
   
2. 
   Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. – М.: Мир, 1982. – 512 с.
   
3. 
   Курс лекций.
   

---

Смотрите также файлы

• Практическое задание к теме 4 Запустите ms access и создайте новую базу данных Фирма.docx

• Отчет об учебной практике (вид практики) (ознакомительная практика). (тип практики).docx

• Справка по итогам контроля ведения журналов элективных курсов.docx

• Решение по делу либо прекратить производство по делу полностью либо в соответствующей части или оставить заявление без рассмотрения полностью или в части.docx

• Практическая работа Разработка заданий по естественнонаучной грамотности по биологии.docx