Работа № 5. ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ НА ОСНОВЕ ТРИГЕРА ШМИТТА
Цель работы: дать навыки по расчету порогов срабатывания компараторов с гистерезисной характеристикой и электронных реле на основе ОУ.
Триггер Шмитта – это компаратор, охваченный положительной обратной связью. Существуют два способа включения триггера Шмитта (рис. 29: а – прямое включение; б – инверсное). При этом Uвых max = Еп – (1…2) В; Еп – напряжение питания ОУ.
 |  |
| а | |
 |  |
| б |
Рис. 29
На основе триггера Шмитта можно строить электронные реле с различными порогами срабатывания (рис. 30).
 а |  б |  в |
Рис. 30
В зависимости от направления смещения характеристики существуют два варианта подачи напряжения смещения (Есм) через Rсм (рис. 31: а – смещение характеристики по оси абсцисс влево; б – вправо). Неравенство порогов срабатывания и отпускания, т. е. перемещение характеристики вдоль оси абсцисс (ивх) и достигается за счет изменения величины сопротивления (Rсм) резистора Rсм.
Найти величины резисторов для задания порогов срабатывания (Uср) и отпускания (Uотп) можно решив совместно уравнения для условия срабатывания и условия отпускания относительно Rсм и Rос.
 а |  б |
Рис. 31
– условие срабатывания: 
;
– условие отпускания: 
.
Решая совместно уравнения для условий срабатывания и отпускания, получаем
; 
.
Порядок выполнения работы
1. Подобрать сопротивления резисторов R1 и R2 в пределах (1...100) кОм.
2. Рассчитать значения пороговых напряжений (±Uпор) для прямого и инверсного включений триггера Шмита (рис. 29). Значение Uвых max взять из реальной характеристики ОУ, снятой в работе № 1. Построить зависимости ивых = f(ивх) для прямого и инверсного включений.
3. Проверить результаты вычислений с помощью моделей триггеров Шмита: прямое включение – рис. 32 (а – схема модели; б – характеристика); инверсное включение – рис. 33 (а – схема модели; б – характеристика).
 а |  б |
Рис. 32.
4. Проверить функционирование триггера Шмитта с помощью моделей: прямое включение – рис. 34 (а – схема модели; б – результаты моделирования); инверсное включение – рис. 35 (а – схема модели; б – результаты моделирования).
5. Собрать схему прямого включения триггера Шмитта (рис. 36). На вход подключить генератор синусоидальных сигналов.
 а |  б |
Рис. 33
6. Установить частоту генератора 1 кГц и по осциллографу выставить амплитуду входного напряжения 4 В.
7. Включить питание стенда. Зарисовать осциллограммы напряжений ивх(t) и ивых(t).
 а |  б |
Рис. 34
 а |  б |
Рис. 35
8. Собрать схему инверсного включения триггера Шмитта (рис. 37). Повторить эксперимент по пп. 6–7.
 Рис. 36 |  Рис. 37 |
Исследование электронного реле на основе ОУ. Поскольку выводы питания ОУ на сменной панели отсутствуют, напряжение смещения следует подавать от источника постоянного напряжения, предварительно установив на нем напряжение 6 В (полярность подключения зависит от вида характеристики реле).
9. Получить у преподавателя вид характеристики реле значения напряжений срабатывания и отпускания. Нарисовать характеристику вход-выход реле.
10. Подобрать сопротивление Rc в диапазоне (1...100) кОм. Рассчитать величины сопротивлений Rсм и Rос. Проверить вид характеристики реле с помощью модели (рис. 38). Пример результатов моделирования показан на рис. 39.
 Рис. 38 |  Рис. 39 |
Проверить функционирование реле с помощью модели (рис. 40). Пример результатов моделирования показан на рис. 41.
 Рис. 40 |  Рис. 41 |
11. В зависимости от вида характеристики собрать схему рис. 42а (смещение характеристики влево), либо рис. 42б (смещение характеристики вправо). Обратить внимание на полярность включения источника Uсм. Установить частоту генератора 1 кГц и по осциллографу выставить амплитуду входного напряжения 4 В.
 а |  б |
Рис. 42
12. Включить питание стенда. Зарисовать осциллограммы напряжений ивх(t) и ивых(t). Отключить питание стенда.
Содержание отчета
1. Схемы исследуемых триггеров Шмитта и реле.
2. Результаты расчетов и характеристики вход-выход триггеров и реле..
3. Осциллограммы uвх1(t), uвх1(t) и uвых(t) триггеров Шмитта и реле.