11.10. Интегрирующие и дифференцирующие схемы

Методические указания

Реакция дифференциатора на одиночный импульс В задачах данного раздела требуется найти выходное напряжение при воздействии на схему одиночным импульсом. Рекомендуется рассмотреть переходный процесс на двух временных интервалах: интервале импульса и интервале паузы после окончания импульса. На каждом из этих интервалов необходимо найти временную зависимость тока входной цепи. Этот ток протекает через резистор в цепи обратной связи и создаёт на нём падение напряжения, которое без учета знака и является выходным напряжением схемы.

Пример решения задачи:

Задача 1

Файлс11_105 Дано: Положительный импульс прямоугольной формы, амплитудой 5 В, длительностью 1 мс, подан на вход схемы. По окончании импульса напряжение на входе схемы равно нулю. Найти: Напряжение u(t) на выходе.

Расчет. Введем обозначения: iвx - входной ток, uвых выходное напряжение, t = R1C - постоянная времени входной цепи, Uc(t) - напряжение на конденсаторе. 1). Рассмотрим интервал импульса: 0 < t < 1и.

т = 1 к- 0.1 мкф=0.1 мс.

т.е. конденсатор зарядится за время <;и до величины близкой к амплитуде импульса. 2). Рассмотрим временной интервал после прохождения импульса -t > tи.

Ответ. В интервале 0 < t < tи:

в интервале t > tи:

tи = 1 мс, t =0.1 мс.

По результатам расчета можно построить временные зависимости входного и выходного напряжении, которые удобно сравнивать с экспериментальными результатами (рис. 11.45). Экспериментальная проверка результатов расчета Качественное совпадение экспериментальных и расчетных результатов заметно при сравнении рис. 11.45 и рис. 11.46, на которых представлены осциллограммы входного и выходного напряжений схемы. Если перевести осциллограф в расширенную модификацию нажатием кнопки Zoom, то можно проверить и количественное совпадение.

Работа мультивибратора В задачах, размещенных в файлах с11_116...с11_127, приведены различные варианты схемы мультивибратора, построенного на основе схемы компаратора, рассмотренного в разделах 11.4 и 11.8. Так как операционный усилитель в схеме работает в режиме компаратора, то его выходное напряжение принимает одно из двух значений напряжения ограничения (в нашем случае либо +12 В, либо -12 В). Принцип действия мультивибратора, изображенного на рис. 11.47, заключается в том, что конденсатор стремится зарядиться до величины напряжения ограничения (+12 В или -12 В). Как только напряжение на конденсаторе (оно же — напряжение на инвертирующем входе) сравняется с пороговым напряжением на неинвертирующем входе, происходит изменение выходного напряжения на противоположное и процесс повторяется снова. Для расчета необходимо найти пороговые напряжения компаратора (это рассмотрено в разделе 11.8) и напряжение на конденсаторе, которое описывается выражением:

Для определения периода колебаний будем считать, что в начальном состоянии напряжение на конденсаторе равно пороговому, а выходное напряжение имеет соответствующее значение напряжения ограничения (например, +12 В). Далее необходимо рассмотреть процесс заряда конденсатора и определить напряжение на неинвертирующем входе. Пример решения задачи. Задача 1

Файл с11_116.са4 Дано: Значение напряжения на выходе изменяется в диапазоне от -12 В до +12 В. Найти: Частоту работы мультивибратора, построить осциллограммы напряжений Uвых, Uc.

Расчет 1). Найдем пороги срабатывания по методу узловых потенциалов:

Un1=7B, Uп2=-5B, т = 0.1 мкФ10к = 1 мс. 2). Интервал Ti (процесс заряда конденсатора до напряжения, равного Uп1).

3). Интервал Т2 (процесс разряда конденсатора до напряжения Uп1).

По полученным результатам расчета можно построить графики временных зависимостей входного и выходного напряжений, которые удобно будет сравнивать с экспериментальными результатами (рис. 11.48).

Экспериментальная проверка результатов расчета Предоставим читателю возможность самому убедиться в степени совпадения расчета и эксперимента по представленным нарис. 11.49 осциллограммам.

Задачи для самостоятельного исследования Реакция дифференцирующего ОУ на одиночный импульс

Задача 1.(с11_105)

Дано: Положительный импульс прямоугольной формы, амплитудой 5 В, длительностью 1 мс, подан на вход схемы. Найти: Напряжение u(t) на выходе.

Задача 2. (с11_106)

Дано: Положительный импульс прямоугольной формы, амплитудой 6 В, длительностью 5 мс, подан на вход схемы Найти: Напряжение u(t) на выходе.

Задача 3.(с11_107)

Дано: Положительный импульс прямоугольной формы, амплитудой 8 В, длительностью 5 мс, подан на вход схемы. Найти: Напряжение u(t) на выходе.

Задача 4. (cll_108.ca4)

Дано; Положительный импульс прямо- угольной формы, амплитудой 8 В, длительностью 2 мс, подан на вход схемы. Найти: Напряжение U(t) на выходе схемы.

Задача 5. (с11_109. ca4 )

Дано: Положительный импульс прямоугольной формы, амплитудой 12 В, длительностью 4 мс, подан на вход схемы. Найти: Значение U(t) на выходе схемы.

Задача 6 (с11_110. ca4)

Дано: Положительный импульс прямоугольной формы, амплитудой 12 В, длительностью 4 мс, подан на вход схемы. Найти: Значение U(t) на выходе схемы.

Файлы с11 111...с11_115 с задачами 4...11 размещены на прилагаемой к книге дискете.

Работа мультивибратора

Задача 1.(с11_116)

Дано: Значение напряжения на выходе изменяется в диапазоне от -12 В до +12 В. Найти: Частоту импульсов на выходе мультивибратора, построить графики напряжения на выходе схемы и на конденсаторе.

Задача 2. (с11_117)

Дано: Значение напряжения на выходе изменяется в диапазоне от -12 В до +12 В. Найти: Частоту импульсов на выходе мультивибратора, построить графики напряжения на выходе схемы и на конденсаторе.

Задача 3. (с11_118)

Дано: Значение напряжения на выходе изменяется в диапазоне от -12 В до +12 В. Найти: Частоту импульсов на выходе мультивибратора, построить графики напряжения на выходе схемы и на конденсаторе.

Задача 4. (cll_119.ca4)

Дано: Значение напряжения на выходе изменяется в диапазоне от -12 В до 4-12 В. Найти: Частоту работы мультивибратора, построить осциллограммы напряжений Uвых, Uc.

Задача 5. (с11_120. ca4)

Дано: Значение напряжения на выходе изменяется в диапазоне от -12 В до +12 В. Найти: Частоту работы мультивибратора, построить осциллограммы напряжений Uвых, Uc.

Задача 6. (с11_121. ca4)

Дано: Значение напряжения на выходе изменяется в диапазоне от -12 В до +12 В. Найти: Частоту работы мультивибратора, построить осциллограммы напряжений Uвых, Uc.

Файлы с11_122...с11_127 с задачами 4...12 размещены на прилагаемой к книге дискете.