Генераторы сигналов. Триггер Шмита. Мультивибратор. Фантастрон. Генератор синусоидальных сигналов с мостом Вина

Лабораторная работа № 8. Генераторы сигналов.

Цель: изучить схемы и принцип работы генераторов сигналов, научиться самостоятельно проектировать генераторы сигналов.

Опыт 8. 1. Триггер Шмита.

На практике часто возникает необходимость в пороговом устройстве с гистерезисом. Решить эту задачу позволяет введение ПОС в компаратор на операционном усилителе. Такое устройство называется триггер Шмита, схема его приведена на рисунке 8.1.

Откройте файл «Gen1» и включите схему. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного сигналов (рис. 8.2.) По осциллограммам входного и выходного напряжений определите напряжения срабатывания и отпускания триггера для разных напряжений задания. Вычислить напряжения срабатывания и отпускания триггера Шмита можно по формулам

     (8.1)                           (8.2)

где  - напряжение задания,

 - максимальное отрицательное выходное напряжение ОУ,

 - максимальное положительное выходное напряжение ОУ,

 - коэффициент гистерезиса.

Сравните вычисленные и измеренные значения напряжений срабатывания и отпускания. Постройте передаточную характеристику схемы. Сделайте выводы.

    Опыт 8.2. Мультивибратор.

На основе триггера Шмитта можно создать простой генератор сигналов прямоугольной формы - мультивибратор.

Схема такого устройства приведена на рисунке 8.3. Откройте файл «Gen2» и включите схему. Зарисуйте выходной сигнал и сигнал в цепи ООС.

По осциллографу определите период и  частоту выходного сигнала схемы (рис. 8.4) и длительность фронта  и спада импульсов.

Вычислить эту частоту можно по формуле

                (8.3)

Сравните вычисленное и измеренное значения частоты.

Спроектируйте мультивибратор по заданию преподавателя, для чего внесите необходимые изменения в схему на рис. 8.3. Сделайте выводы.

    Опыт 8.3. Фантастрон.

В мультивибраторе напряжение на частотозадающем конденсаторе изменяется от напряжения срабатывания до напряжения отпускания по экспоненциальному закону, однако бывает необходимо получить колебания треугольной формы с высокой линейностью. Решить эту задачу позволяет использование источника тока в цепи перезарядки конденсатора. Вариант такого решения представлен на рис. 8.5.

В этой схеме на DA1 собран триггер Шмита, напряжение задания  которого снимается с выхода DA2. Узел на DA2 очень похож на интегратор, однако в этой схеме он играет роль источника тока. Ток перезарядки конденсатора определяется сопротивлением резистора R и максимальным выходным напряжением DA1.Откройте файл «Gen3» и включите схему.

По осциллограмме (рис. 8.6) определите частоту сигнала. Вычислить частоту такого генератора можно по формуле

                                                   (8.4)

Сравните вычисленное и измеренное значения частоты.

Следует отметить, что для нормальной работы генератора, собранного по схеме на рисунке 8.5 необходимо выбирать коэффициент гистерезиса триггера Шмита . Амплитуда напряжения треугольной формы определяется пороговыми напряжениями триггера Шмита.

Спроектируйте генератор по схеме на рис. 8.5 с параметрами по заданию преподавателя. Внесите необходимые изменения в схему.

Сравните вычисленные и измеренные значения. Сделайте выводы.

Опыт 8.4. Генератор синусоидальных сигналов с мостом Вина.

Для получения синусоидальных сигналов с малыми искажениями используют генератор с мостом Вина. Схема такого устройства приведена на рис. 8.7. Откройте файл «Gen4» и включите схему. Наблюдайте осциллограмму. Определите по осциллограмме частоту выходного сигнала. Сравните вычисленное и измеренное значения частоты.

Напряжение на выходе моста Вина составляет 1/3 выходного напряжения, следовательно, для возникновения незатухающих колебаний необходимо получить коэффициент усиления DA1 равный 3. Поэтому в такой схеме R2/R1=2. Однако для надежного запуска генератора такой коэффициент усиления мал. Для запуска служит схема АРУ на транзисторе VT1. Пока напряжение на выходе генератора равно нулю, канал транзистора имеет малое сопротивление и ООС усилителя отключается. По мере роста выходного напряжения транзистор VT1 закрывается и при напряжении равном  не влияет на коэффициент ООС. Цепь R3, C1 играет роль фильтра, значения этих элементов выбирают из условия

                                   (8.5)

Частоту генератора с мостом Вина можно рассчитать по формуле

                                                   (8.6)

ВОПРОСЫ к защите работы

1.Какими элементами схемы задается порог срабатывания триггера Шмита?

2.Из каких входных сигналов триггер Шмита формирует прямоугольные импульсы?

3.Чем определяется частота и амплитуда этих импульсов?

4.Какие элементы схемы задают частоту колебаний на выходе мультивибратора?

5.Что такое длительность фронта импульса и какие элементы схемы определяют ее значение?

6.Что такое скважность и какова она в данной схеме? Как преобразовать схему для генерации импульсов с регулируемой скважностью?

7.Поясните принцип снижения нелинейности  треугольного сигнала в фантастронном генераторе.

8.Влияют ли элементы схемы компаратора на параметры импульсов фантастрона?

9.Какие изменения необходимо внести в схему фантастрона, чтобы получить  пилообразные импульсы?

10.Каким и элементами схемы задается частота синусоидальных колебаний, вырабатываемых генератором? Предложите изменения в схеме для создания генератора с регулируемой частотой.

11.Поясните назначение и принцип действия схемы АРУ в данном генераторе.

12.Каким параметром характеризуется качество генерируемого синусоидального сигнала. Проведите соответствующее исследование и укажите значение параметра.