Лабораторная работа № 12 исследование мультивибратора на оу

1. Цель и содержание работы

Целью настоящей работы является изучение генераторов импульсов на основе аналоговых микросхем и мультивибратора на операционном усилителе (ОУ). В работе используется операционный усилитель типа К533УД2.

2. Краткие сведения из теории

В мультивибраторе на ОУ используются цепи положительной (ПОС) и отрицательной (ООС) обратной связи, соединённые соответственно с неинвертирующим и инвертирующим выходами ОУ. Чтобы обеспечить высокую скорость переключения, ПОС должна опережать действие ООС. При этом устанавливает ОУ в состояние насыщения, а ООС, содержащая реактивные элементы, выводит его из состояния насыщения, способствуя переходу ОУ в другое квазистатическое состояние.

Наиболее простой вариант схемы мультивибратора на ОУ приведён на рис. 1, а. Схема содержит интегрирующую цепь R₁, С_1, вход которой соединён с выходом ОУ, а выход – с инвертирующим входом, образуя ООС с запаздыванием, обусловленным процессами заряда-разряда конденсатора С₁.

Глубокая ПОС обеспечивается резисторами R₃, R₄, общая точка которых подключается к неинвертирующему входу ОУ. Временные диаграммы напряжений на входах и выходе ОУ приведены на рис. 1, б. Из них видно, что когда напряжение на ёмкости U_с превышает напряжение на неинвертирующем входе U₊, на выходе ОУ устанавливается напряжение –U_нас, а когда U_с опускается ниже U₊, выходное напряжение возрастает до уровня U_нас.

Данная схема с небольшими изменениями используется в лабораторной установке и более подробно рассматривается в следующем разделе. Рассмотрим ещё один вариант построения схемы мультивибратора, в котором используется два ОУ.

Схема мультивибратора на двух ОУ приведена на рис. 1, в. Такой мультивибратор помимо колебаний прямоугольной формы, получаемой на «Вых. 2», позволяет формировать сигналы треугольной формы («Вых. 1») с высокой линейностью получаемых напряжений. Сигналы треугольной формы формируются на выходе ОУ DA₂, работающего в режиме интегратора. Потенциометр R₄ даёт возможность устанавливать требуемую частоту выходных колебаний, а R₅ – его симметрию. Если к симметрии не предъявляется высоких требований, то неинвертирующий вход ОУ можно подсоединить к общему проводу.

Напряжение треугольной формы поступает с выхода интегратора через левую половину потенциометра R₂ (R₂) на неинвертирющий вход ОУ DA₁, используемого в качестве компаратора (т.е. устройства сравнения двух напряжений).

Рис. 1. Схемы автоколебательных мультивибраторов на ОУ

На инвертирующий вход DA₁ подаются импульсы с выхода компаратора. Цепь R₃, VD₁ служит для повышения стабильности амплитуды колебаний прямоугольной формы на выходе DA. Потенциометр R₁ «Установка сдвига» на инвертирующем входе DA₁ позволяет сместить уровень постоянной составляющей напряжения треугольной формы. При заземлённом инвертирующем входе постоянная составляющая близка к нулю.

Р

(1)

азмах напряжения на выходе интегратора (рис. 1, г) определяется выражением

U_р1 = 2U_ст(R₂/R)  1 = 2U_стR₂/R₂/R₂,

г

(2)

де R₂ – доля сопротивления потенциометра R₂ справа от движка, а R₂ – слева. Частота колебаний с учётом сопротивления U_сим на неинвертирующем входе DA₂

F = (U²_cn – U²_сим)/2U_р1U_стR₄C₁.

П

(3)

ри U_сим = 0 выражение (2) упрощается

F = U_ст/2U_р1R₄C

и

(4)

ли с учётом (1)

F = R₂/4R₂R₄C₁.

Значения резисторов выбираются с учётом входных токов ОУ и их нагрузочной способности, а максимальная частота колебаний определяется скоростью нарастания выходного напряжения (т.е. единичным усилением). В области высоких частот становиться заметной трапецеидальность формы колебаний на выходе 2 из-за конечной величины скорости нарастания напряжения на выходе ОУ.