Лабораторная работа №11. триггер шмитта
 Скачать 173.32 Kb.
|
|
Лабораторная работа №11 Тема: «ТРИГГЕР ШМИТТА» Цель работы: Изучение принципа работы и исследование характеристик триггера Шмитта, собранного на операционных усилителях. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ Гистерезисные компараторы Для получения гистерезисного (двухпорогового) компаратора, называемого триггером Шмитта, в схему сравнения вводят положительную обратную связь (ПОС) с коэффициентом = R2/(R2 +Roc) > 1/Ku (рис. 1, а). Передаточная характеристика такого устройства имеет гистерезисный характер (рис. 1, б): переключение триггера Шмитта из состояния  в состояние  происходит при напряжении срабатывания Uср = + , а возвращение в состояние – при напряжении отпускания Uотп = .Гистерезисный компаратор достаточно помехоустойчив; его помехоустойчивость определяется значением напряжения гистерезиса (см. рис. 5, б) Uг = Uср Uотп = ( + ).Кроме того, благодаря наличию цепи RocR2 ПОС в гистерезисном компараторе уменьшается время его переключения, т. е. увеличивается скорость изменения полярности выходного напряжения прямоугольной формы. В рассматриваемом компараторе uоп = 0, поэтому напряжение срабатывания и отпускания равны по величине, но противоположны по знаку: Uср = + ; Uотп = .
При uоп 0 на выходе формируется "несимметричный меандр" с разными длительностями срабатывания Uср и отпускания Uотп. Так, при подаче от генератора XFG1 на инвертирующий вход гистерезисного компаратора с источником опорного напряжения Е1 (рис. 6) синусоидального напряжения uвх (сигнал подан также на канал А осциллографа ХSС1, а на канал С подаётся сигнал uвх.н с неинвертирующего входа ОУ, равный uвх.н = или uвх.н = ) при uоп = 0 (Е1 = 0) на выходе компаратора формируется сигнал uвых (он подаётся на канал D прибора ХSС1) типа меандр (рис. 7, а), а при uоп = 1 В "несимметричный меандр" (рис. 7, б).  Рис.6 Триггер Шмитта на ОУ Компаратор переключается при напряжениях Uср =uоп + ( uоп) ;Uотп =uоп + ( uоп).Для получения несимметричной относительно начала координат передаточной характеристики (гистерезисной петли) компаратора (рис. 5, б) необходимо использовать цепь ПОС, коэффициент передачи которой зависит от полярности его входного напряжения uвх. Так, подключение параллельно резистору R2 диода VD (рис. 5, а) приводит к тому, что напряжение срабатывания Uср компаратора при положительных выходных напряжениях ОУ равно прямому падению напряжения на диоде, а при выходных напряжениях ОУ, когда диод заперт, напряжение отпусканияUотп компаратора определяется, как и в схеме ПОС без диода, коэффициентом ПОС = R2/(R2 +Roc).
Рисунок 7. Временные диаграммы триггера Шмитта на ОУ  Рисунок 8. Осциллограмма выходного напряжения при разомкнутой цепи ПОС Если во входном сигнале имеются импульсные помехи, то они могут привести к ложным срабатываниям компаратора. Для имитации импульсных помех в схему (рис. 6) посредством переключателя А, последовательно с генератором XFG1 подключим источник прямоугольных импульсов Е4 (задана амплитуда 0,15 В и частота 250 Гц). При разомкнутой цепи ПОС (ключ В разомкнут) на осциллограмме выходного напряжения (рис. 8) видны ложные срабатывания компаратора, а при включении в схему резистора Rос (посредством замыкания ключа В) введения в схему ПОС, составляющие помех во входном напряжении уже не вызывают ложных срабатываний компаратора. они отсутствуют (рис. 9).  Рисунок 9. Рисунок 8. Осциллограмма выходного напряжения при разомкнутой цепи ПОС 2. ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ Задание 1. Открыть файл 6.ms10, размещённый в папке Схемотехника среды МS12, или собрать на рабочем поле среды MS12 схему для испытания гистерезисного компаратора (триггера Шмитта) на ОУ (рис. 6) и установить в диалоговых окнах компонентов их параметры или режимы работы. Скопировать схему (рис. 6) на страницу отчёта. 2.1. Задать режим синусоидального напряжения функционального генератора XFG1, амплитуду Um = 1,5 B, частоту f= 10 Гц, смещение уровня напряжения вниз по вертикали на 1,5 В и ЭДС E1 = 0 генератора постоянного напряжения Е1. Установить переключатель А в верхнее положение и замкнуть ключ В. Запустить программу моделирования и, воспользовавшись визирными линиями, в окне осциллографа XSC1 измерить параметры выходного напряжения ( , и t1 = t2) типа меандр. Скопировать окно осциллографа (см. рис. 7, а) на страницу отчёта. Повторить операции п. 2.1 при E1 = uоп = 0,8 В. 2.2. Установить переключатель А в нижнее положение и разомкнуть ключ В, тем самым подав, кроме синусоидального напряжения uвх, сигнал помехи на инвертирующий вход ОУ от генератора E4 и разомкнув цепь ПОС. Запустить программу на исполнение. Скопировать окно осциллографа (см. рис. 7, а) на страницу отчёта. 2.3. Замкнуть ключ В, восстановив цепь ПОС. Запустить программу на исполнение. Скопировать окно осциллографа (см. рис. 7, б) на страницу отчёта. Сравнить выходные сигналы компаратора, полученные в результате выполнения операций п. 2.2 и п. 2.3. 3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА 1. Наименование и цель работы. 2. Перечень приборов, использованных в экспериментах, с их краткими характеристиками. 3. Изображения электрических схем для испытания гистерезисного компараторов на ОУ. 4. Осциллограммы входных и выходных сигналов компараторов. 5. Выводы по работе. 4. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 111. Укажите, чем отличается схема компаратора напряжения на ОУ от схемы усилителя на ОУ?а) Наличием обязательных двух типов обратных связей (ООС и ПОС) в усилителях напряжения и их отсутствием в компараторах б) Принципиальных отличий нет в) Принципиальным отличием является формирование цифрового сигнала на выходе компаратора вследствие подачи на вход сравнительно больших входных по уровню аналоговых сигналов г) Отсутствием ПОС во всех типах компараторов 2. Укажите, какими средствами обеспечивается гистерезисная передаточная характеристика компараторов? а) Введением положительной обратной связи в схемы сравнения напряжений б) Использованием операционных усилителей с высокими коэффициентами усиления напряжения (Кu > 5106) в) Использованием источников синусоидального опорного напряжения г) Подачей измеряемого напряжения на неинвертируемый вход ОУ, а опорного – на инвертирующий 4. Укажите, какие компараторы обладают наибольшей помехоустойчивостью? а) Трудно выделить какой-либо тип компаратора, так как все компараторы помехоустойчивы б) Гистерезисные в) Однопороговые двухвходовые г) Нуль-индикаторы д) Однопороговые одновходовые 6. Укажите значение гистерезисного напряжения гистерезисного компаратора с параметрами: = - 6,3 В; = + 6,3 В; uоп = 0; Uср = + 0,5 В; Uотп = 0,3 В.
| |||||||||||