Тема: дослідження роботи мультивібратора на біполярних транзисторах

1 Мета роботи: Наближений розрахунок та вивчення особливостей роботи мультивібратора на транзисторах в автоколивальному режимі і дослідження його властивостей

 

2 Апаратура та прилади: ПЕОМ, програма Electronics Worbench.

 

3 Схема дослідження:

R_К1 R_Б2 R_Б1 R_К2

E С1

С2

С^'1 S1 S2 С^'2

VT1 VT2

Рис.1

4 Основні теоретичні положення:

Мультивібратор - це релаксаційний генератор, побудований на основі двокаскадного аперіодичного підсилювача напруги, в якому вихід першого каскаду з'єднаний з входом другого каскаду, а вихід другого – з входом першого. Завдяки цьому здійснюється 100 % зворотний додатній зв'язок паралельний за напругою.

Виконуються мультивібратори на основі електронних приладів, що мають на вольтамперній характеристиці ділянку з негативним опором (тунельні діоди, тиристори), а також на підсилювачах постійного струму з додатніми зворотними зв'язками (на транзисторах, ОП, цифрових і спеціальних ІМС). Електронні прилади в них працюють у ключових режимах.

Мультивібратори можуть працювати у трьох режимах:

- автоколивальному - чекаючому – мультивібратор має один сталий і один квазісталий стани рівноваги. Зазвичай він знаходиться у сталому стані і переходить до квазісталого під дією зовнішнього електричного сигналу. Час перебування у квазісталому стані визначається внутрішніми процесами в схемі мультивібратора (часом розряду конденсатора С₁ від напруги, що дорівнює Ек до 0). Такі мультивібратори використовуються для формування імпульсів напруги необхідної тривалості, а також для затримки імпульсів на визначений час. Мультивібратор, що працює у такому режимі, називається одновібратором;

- режимі синхронізації – використовується мультивібратор, що працює в автоколивальному режимі, але його перехід із одного стану в інший забезпечується зовнішньою синхронізуючою напругою. Для його нормальної роботи в цьому режимі необхідно, щоб частота синхронізуючого сигналу перевищувала частоту власних коливань. Використовуються такі мультивібратори для створення генераторів стабільної частоти і при керуванні складними електронними пристроями, робота яких синхронізована якоюсь зовнішньою дією (синхронізація розгортки електронного осцилографа).

Принцип дії мультивібраторів - загалом, мультивібратори повинні забезпечувати стабільність частоти і довжини імпульсів, а також необхідну (зазвичай, мінімальну) тривалість їх фронтів.

 

5 Послідовність виконання роботи:

5.1 Вивчити принципову схему мультивібратора, яка зображена на мал.1.

5.2 Назвіть елементи, з яких складається схема мультивібратора. Поясніть їх призначення.

5.3 Поясніть у якому режимі працює цей мультивібратор. Скільки існує режимів роботи мультивібраторів?

5.4. Поясніть принцип дії мультивібратора в кожному з режимів.

5.5 Симетрична схема. С1 = С2 = С; R_Б1= R_Б2 = R_Б.

5.5.1 Підключено С1 і С2, тобто перемикачі S1 i S2 вимкнені.

5.5.2 Замалюйте форму напруги симетричного мультивібратора при τ = τ₁= τ₂= С R_Б.

5.5.3 Розрахуйте для симетричного мультивібратора величини періода надходження імпульсів Т, тривалoсті импульсів t_i, постійної часу τ, коефіцієнта заповнення γ, скважності q і частоту генерируємих коливань f.

5.5.4 Заміряйте період коливань, обчисліть частоту коливань і порівняйте її з розрахунковою.

5.6 Симетрична схема.

5.6.1 Збільшите постійну часу τ^', включивши перемикачі S1 i S2, тобто паралельно С1 і С2 підключивши відповідно С^'1 і С^'2.

5.6.1 Замалюйте форму напруги симетричного мультивібратора при τ^' і розрахуйте τ^'= τ^'₁= τ^'₂= С_заг R_Б. С_заг = С + С^'; С^'= С^'1= С^'2.

5.6.2. Повторіть п.5.5.4.

5.7 Переробити схему на несиметричну, вимкнувши перемикач S2. Підключені конденсатори С1, С2 і С^'1.

5.7.1 Замалюйте форму напруги несиметричного мультивібратора при τ^''₁ і τ^''₂ і розрахуйте τ^''₂= С_заг R_Б2; С_заг = С1 + С^'1; τ^''₁= С2 R_Б1.

5.7.2 Повторіть п. 5.5.4.

 

6 Зміст звіту:

6.1 Найменування та мета роботи.

6.2 Схема мультивібратора.

6.3 Перелік приладів.

6.4 Порядок дій при дослідженні роботи мультивібратора в автоколивальному режимі.

6.5 Розрахунки і результати вимірювань (часові діаграми).

6.6 Висновки.

 

7 Контрольні питання:

7.1. До якого типу генераторів відноситься мультивібратор?

7.2 У яких режимах працює мультивібратор?

7.3 На основі яких електронних приладів виконуються мультивібратори?

7.4 Які стани рівноваги має одновібратор та мультивібратор в автоколивальному режимі?

7.5 Який мультивібратор називається симетричним і у чому полягає умова його симетрії?

7.6 Які особливості схем запуску одновібраторів?

 

8 Література:

 

8.1 Гуржій А.М., Самсонов В.В., Поворознюк Н.І. Імпульсна та цифрова техніка: Підручник для учнів професійно- технічних навчальних закладів. – Х.: ТОВ «Компанія СМІТ», 2005. – 424 с..

8.2 Ю.П. Колонтаєвський, А.Г. Сосков, “Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія і практикум.».- К.: «Каравела», 2003. - 368 с.

8.3 Основи технічної електроніки: У 2 кн. Кн.. 2. Схемотехніка: О-75 Підручник/В.І. Бойко, А.М. Гурій, В.Я. Жуйкою та ін. – К.: Вища шк.., 2007. – 510 с.

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №12

Тема: Дослідження цифро-аналогових перетворювачів

1 Мета роботи: Вивчення принципів побудови ЦАП, дослідження ЦАП на дискретних елементах і у вигляді інтегральної мікросхеми, придбання навиків по їх застосуванню.

 

2 Апаратура та прилади: ПЕОМ, програма Electronics Worbench.

3 Схема дослідження:

 

Рис. 1Рис.2

Рис. 3

4 Основні теоретичні положення:

У електронній апаратурі широко використовуються як безперервні (аналогові), так і дискретні (цифрові) сигнали. Тому виникла необхідність створення пристроїв, які б здійснювали перетворення інформації з цифрової форми в аналогову – цифро – аналогові перетворювачі (ЦАП) і, навпаки, з аналогової в цифрову – аналогово – цифрові перетворювачі (АЦП).

ЦАП іноді називають перетворювачами код – аналог, оскільки вхідний цифровий сигнал представляється найчастіше в двійковому коді. Завдання ЦАП – перетворення двійкового коду в вихідну напругу, пропорційну ваговим коефіцієнтам розрядів двійкової системи числення (…8, 4, 2, 1). Зміна вхідних кодів викликає зміну вихідної напруги ЦАП.

Найпростіша схема ЦАП (рис.1) являє собою резистивну матрицю, в якій сума струмів, що протікає через спільний резистор R₀, пропорційна ваговим коефіцієнтам двійкових розрядів, а вихідна напруга (при R₀ << R) пропорційна двійковому числу.

U_вих = ∑I * R₀

Число входів, а отже, і складових вихідної матриці, визначається кількістю розрядів двійкового коду, який треба перетворити.

Вага n–го розряду в вихідній напрузі в 2 рази більша, ніж вага (n-1) розряду.

Для одержання складових вихідної напруги, які відрізняються вагою в 2 рази, вибирають певним чином опори резисторів у вхідних колах.

До шини старшого розряду підключають резистор з опором R, тоді кожен наступний резистор повинен мати опір в 2 рази більший за попередній.

U_вих = М(A_n*2^n-1 + А_n-1*2^n-2 +… + А₂*2¹ + А₁*2⁰).

М = Е*R₀/R*2^n-1 – масштабний коефіцієнт (коефіцієнт пропорційності), який визначає масштаб перетворення цифрового сигналу, записаного в дужках в десятковій формі і рівного сумі вагових коефіцієнтів для заданої комбінації двійкового коду.

А₁, А₂, А₃…А_n – цифри 1 або 0, які характеризують стан розрядів двійкового коду. А_n – відповідає старшому розряду, А₁ – молодшому.

До резисторів ЦАП ставлять жорсткі вимоги по стабільності і точності номінальних опорів, особливо в широкому діапазоні температур.

При розкиді опорів резисторів змінюються значення вагових коефіцієнтів і зростає похибка перетворення. Для усунення цього недоліку використовують схему ЦАП, яка має резистори тільки двох номіналів параметрів R і 2 R.

В ЦАП в інтегральному виконанні широко використовується принцип підсумовування струмів на елементах матриці типу R - 2 R.

5 Послідовність виконання роботи:

5.1 Зібрати (відкрити) схему ЦАП з матрицею на вагових резисторах (рисунок 1), представлену на рисунку 3.

5.2 Включити ручний режим роботи схеми встановленням перемикача [Z] у верхнє положення. Подаючи за допомогою перемикачів [1], [2], [3], [4] на входи різні комбінації двійкових кодів, необхідно визначити струми у розрядних лініях (І₁, І₂ І₃, І₄), суму струмів I₀, що протікає через спільний резистор R₀, і вихідну напругу U_вих, пропорційні числовому значенню для заданої комбінації двійкового коду.

Заповнити таблицю основних параметрів для схеми ЦАП на вагових резисторах по заданим комбінаціям двійкових кодів.

Таблиця 1

Число в дес.системі	Вхідний цифрові коди	I1	I2	I3	I4	I0	М	Uвих

 

5.3 Виконати розрахунок коефіцієнту пропорційності М, значення струмів (необхідно обчислити для всіх числових комбінацій) та напруги (для всіх комбінацій) за формулами:

М = ЕR₀/8R – коефіцієнт пропорційності (масштабний коефіцієнт).

І₁= Е/8R,

І₂= Е/4R,

І₃= Е/2R,

І₄= Е/R,

де E – напруга на входах ( E = 5В ).

I₀ = І₁+ І₂+ І₃+ І₄;

U_вих = I₀R₀;

U_вих = ЕR₀/8R(A₄*8 + A₃*4 + A₂*2 + A₁*1), де А_х – 0 або 1 в залежності від цифрового коду.

5.4 Розшифрувати по довіднику тип інтегральної мікросхеми 572ПА1 на рисунку 2 і назвати функції, які вона виконує.

5.5 Намалювати діаграму залежності вихідної напруги ЦАП (U_вих) від лінійно наростаючого цифрового сигналу на вході (вхідного двійкового коду). Для цього необхідно включити схему в автоматичний режим роботи переведенням перемикача [Z] у нижнє положення. При цьому генератор цифрового коду буде циклічно послідовно подавати на входи двійкові комбінації числових значень від 0 до 15 в зростаючому і зворотному порядку. Отримана осцилограма є основою для побудови діаграми (рисунок 4) залежності напруги (параметру аналогового сигналу) від числового коду (параметру цифрового сигналу).

 

Рис. 4

 

6 Зміст звіту:

6.1 Найменування та мета роботи.

6.2 Схема дослідження.

6.3 Перелік приладів.

6.4 Розрахунок основних параметрів ЦАП з матрицею на вагових резисторах.

6.5 Результати досліджень розрахунків (таблиця та діаграма).

6.6 Висновки.

 

7 Контрольні питання:

7.1 У чому полягає принцип роботи АЦП і ЦАП?

7.2 Які особливості роботи ЦАП з матрицею на вагових коефіцієнтах?

7.3 Які недоліки ЦАП з матрицею на вагових коефіцієнтах?

7.4 Як їх усунути?

7.5 Охарактеризуйте основні параметри ЦАП.

8 Література:

8.1 Ю.П.Колонтаєвський, А.Г.Сосков, “Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія і практикум.». - К.: «Каравела», 2003. – 368 с.

8.2 Б.А.Калабеков, И.А.Мамзелев, «Цифровые устройства и микропроцессорные системы»: учебник для техникумов связи. - М.»Радио и связь», 1987. – 400 с.

8.3 Б.В.Тарабрин, «Справочник по интегральным микросхемам» - М.:Энергия, 1980.-816 с.

8.4 В.І.Бойко, А.М.Гурій та ін., Схемотехніка електронних систем: у 3 кн. Кн.2. Цифрова схемотехніка: Підручник – 2-ге вид., допов. і переробл. – К.: Вища шк., 2004. – 423 с.