Изучение устройства и принципа работы компаратора напряжения, а также триггера Шмитта, выполненных на основе операционного усилителя

Компаратор, Триггер Шмитта

Цель: Изучить устройство и принцип работы компаратора напряжения, а также триггера Шмитта (ТШ), выполненных на основе операционного усилителя(ОУ).

Задание: Согласно приведенным ниже рисункам собрать схемы компаратора и ТШ, используя блок Б2 стенда. Экспериментально определить напряжение срабатывания (U_cp) и отпускания (U_отп) компаратора. Для ТШ определить U_cp  и U_отп при различных значениях коэффициента передачи делителя (К_д), для симметричной и несимметричной схем включения ТШ. Заполнить таблицу.

Методические указания:

А. При изучении компараторов

          1. Собрать схему согласно рисунку 1, используя набор радиоэлементов и комплект проводов.

2. Подать напряжение на плату питания (которая находится в левом нижнем углу стенда) от блока питания (который находится ниже панели измерительных приборов, нижняя часть стенда). При этом следует строго соблюдать полярность.

3. Определить U_ср и U_отп  при различных напряжениях (U) на неинвертирующем входе (клемма 2 рисунок 1). Рекомендуемые значения U -2; 0; +2. Подключить цифровой вольтметр PV между общим проводом и клеммой 2. Перемещая движок потенциометра R₉ установить первое из рекомендуемых значений. Переключить PV между неинвертирующим входом и клеммой 1 (рисунок 1). Плавно перемещая движок потенциометра R₂, добиться переключения компаратора, то есть смены полярности U на выходе ОУ. В момент смены полярности происходит изменение свечения светодиодов.

4. Полученные значения занести в таблицу. Изменить значения на неинвертирующем входе повторить пункты 1-3. После измерения порога U_ср и U_отп   при всех значениях переключить цифровой вольтметр PV на U_вых и измерить U^-_выхmax и U⁺_выхmax. Для более точного определения экспериментальных данных проводят 3-4 измерения, усредненный результат заносят в таблицу. Номиналы элементов можно взять из сводной таблицы.

Б. При изучении ТШ

Повторить пункты 1-2 методического указания для компараторов с учетом симметричной и несимметричной схем включения ТШ.

3.1 Определить моменты срабатывания и отпускания при двух значениях Кд, где Кд определяется по выражению (значения К передачи выбрать самостоятельно, исходя из возможностей набора радиоэлементов)

3.2 Используя коммутационные проводники установить первое значение Кд.

3.3 Подключить цифровой вольтметр PV к клемме 2 (рисунок 2) и общему проводу.

3.4 Плавно перемещая движок потенциометра добиться срабатывания ТШ, то есть изменения U_вых от U^-_выхmax до U⁺_выхmax. В момент срабатывания гаснет светодиод зеленого цвета и загорается красный. В этот момент следует прекратить перемещение движка потенциометра. Показания вольтметра занести в таблицу. Перемещая движок потенциометра в обратном направлении добиться отпускания ТШ.

3.5 Повторить измерения U_ср и U_отп  в целях улучшения точности результата Результат усреднить и занести в таблицу. Изменить коэффициент передачи и повторить пункты 3.1 - 3.4.

3.6 Определить U_ср и U_отп  аналитическим путем с использованием соответствующих формул

Для аналитических расчетов можно воспользоваться следующими формулами:

            

4. Заполнить таблицу рядом экспериментальных данных и аналитических расчетов параметров схемы.

схемы	Uвых+	Uвых­-	Uср рас.	Uср эксп.	Uотп рас.	Uотпэксп.	Uср средн.	Uотп рас.
1
2

5. Подумать и сделать выводы, с чем связано различие аналитических и экспериментальных расчетов.

Контрольные вопросы:

1.  Что такое компаратор и для чего он применяется?

2.  Что такое триггер Шмитта?

3.  Какая обратная связь и почему применяется в триггере Шмитта?