Фесечко В.А., Худякова Л.А., Сташкевич В.Ф.

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

КИЕВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ

«КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»

Фесечко В.А., Худякова Л.А., Сташкевич В.Ф.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО КУРСУ

«ЦИФРОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА»

для студентов факультета электроники

Всех форм обучения

Киев КПИ 2011

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

КИЕВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ

«КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»

Фесечко В.А., Худякова Л.А., Сташкевич В.Ф.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО КУРСУ

«ЦИФРОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА»

для студентов факультета электроники

Всех форм обучения

Утверждено

На заседании кафедры

Физической и биомедицинской электроники

Протокол № 21 от 25.05.11

Киев КПИ 2011

Фесечко В. А. Методические указания к лабораторным роботам по курсу «Цифровая схемотехника» для студентов факультета электроники всех форм обучения/ В. А. Фесечко, Л. А. Худякова, В. Ф. Сташкевич.-

 

Гриф Методического совета НТУУ «КПИ»

(протокол № от)

 

Утверждено на заседании

кафедры физической и биомедицинской электроники

(протокол № 21 от 25.05.11)

 

 

Учебно-методическое издание

 

ЦИФРОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА

 

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Цифровая схемотехника» для студентов факультета электроники всех форм обучения

 

Составители: Владимир Афанасьевич Фесечко, канд. техн. наук, проф.

Людмила Александровна Худякова, ст. преподаватель

Владимир Филиппович Сташкевич, зав. лаборатории

 

Ответственный

редактор В. И. Тимофеев, доктор техн. наук, проф.

Рецензент О. В. Борисов, канд. техн. наук, проф.

 

За редакцией составителей

 

Введение

 

Быстрое развитие современной микроэлектроники и, в частности. Цифровой схемотехники сопровождается вовлечением в эту область все более широкого круга разработчиков новых функциональных узлов, устройств и систем, а также пользователей компонентной базы и традиционных схемотехнических решений в новых прикладных областях. При этом специалист в области цифровой схемотехники должен обладать обширными знаниями в способах математического описания функционирования цифровых схем на логическом и электрическом уровнях, знать современную компонентную базу цифровой схемотехники и предпочтительные области ее применения, свободно ориентироваться в промышленных сериях интегральных микросхем и перспективах их дальнейшего совершенствования, овладеть методами построения структур цифровых устройств и систем.

Методические указания содержат описание лабораторных работ по курсу «Основы схемотехники» разделы «Цифровая схемотехника» и «Устройства цифровой электроники», читаемого студентам факультета электроники, а также студентам соответствующих специальностей заочного факультета. Основной целью данного цикла лабораторных работ является закрепление теоретических знаний, полученных студентами при изучении лекционного материала, принципов построения функциональных узлов цифровой схемотехники.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ

Электронный ключ — основной функциональный узел дискретной схемотехники для переключения токов или потенциалов в нагрузке. Комбинации электронных ключей позволяют реализовать всевозможные переключательные функции в устройствах автоматики и вычислительной техники.

В качестве переключательных элементов электронных ключей широко используются полупроводниковые диоды, биполярные и полевые транзисторы, тиристоры и оптронные пары, работающие в режиме большого сигнала с ярко выраженными нелинейными свойствами.

Показатели качества электронного ключа — проводимость ключа в закрытом и открытом состоянии, чувствительность к управляющему сигналу и помехоустойчивость, температурная стабильность, мощность, отдаваемая в нагрузку, быстродействие.

Электронные ключи характеризуются следующими основными параметрами: U⁰ ₁,U¹ ₁ — граничные уровни нулевого и единичного входных сигналов; U_пор — пороговое напряжение; U⁰ _{2 ма х}, U¹ _{2 min} — граничные уровни нулевого и единичного выходных сигналов; Р^0,1 _пот — мощность, потребляемая от источника питающего напряжения при нулевом и единичном напряжении на выходе; t⁰¹ _з.р, t¹⁰ _з.р –– длительность задержки распространения сигнала через электронный ключ при переключении выходного потенциала соответственно из нулевого состояния в единичное и обратно; t⁰¹_ф , t¹⁰ _ф — длительность фронта нарастания и убывания выходного импульса.

В лабораторную работу № 1 «Ключи на транзисторах» входят:

 

1.1 Переключатель напряжения на биполярном транзисторе (рис.1.1)

1.2 Переключатель напряжения на МДП-транзисторе с индуцированным каналом (рис.1.1).

 

 

Рисунок 1.1

 

 

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ НА БИПОЛЯРНОМ

ТРАНЗИСТОРЕ

Цель работы — исследовать статические и динамические характеристики электронного ключа на биполярном транзисторе (БТ), включенном по схеме с общим эмиттером, и схемных методов улучшения его параметров.

 

 

Описание исследуемой схемы

В лабораторную установку входят: универсальный лабораторный стенд «ИМПУЛЬС - М», генератор импульсов Г5-54 и осциллограф С1-55.

Исследуемый электронный переключатель напряжения собран на транзисторе VТ1 n-р-n типа ВС 846В (рис. 1.2), включенном по схеме с общим эмиттером.

В отсутствие входного импульса от генератора Г1 (U₁ = 0 В) транзистор заперт, так как U_эб меньше U_пор. На коллекторе транзистора VТ1 устанавливается высокий потенциал U¹ ₂ = E_k ≈ +5В. При подаче на вход ключа от генератора Г1 положительного импульса, амплитуда которого превышает пороговое напряжение ключа, транзистор переходит в активный режим, а затем в режим насыщения. На его коллекторе (выходе ключа) устанавливается низкий потенциал U⁰ ₂ =Uкн ≈ 0. Переходные процессы отпирания и запирания транзистора зависят от параметров входного сигнала, параметров и схемной реализации электронного ключа. Исследуемая схема позволяет определить влияние коллекторного сопротивления Rк = R₆ или R_к = R₆ ||R ₇ на статические и динамические параметры электронного ключа, емкости нагрузки С2 на динамические параметры, емкости ускоряющего конденсатора С1 и нелинейной обратной связи через диод VD1 на характер переходных процессов в транзисторном ключе. В ходе исследования переходных процессов переключения транзистора VT1 возникает необходимость определения диаграммы изменения во времени тока базы транзистора. Для этой цели в базу транзистора VT1 включен низкоомный резистор R4, напряжение на котором может быть проконтролировано в контрольных точках КТ2 и КТЗ лабораторного стенда.

 

 

Рисунок 1.2

 

Домашнее задание

 

1. Изучить работу электронного ключа и его схемных вариантов (с ускоряющим конденсатором, нелинейной обратной связью) в статическом и динамическом режимах. Изучить назначение компонентов электронного ключа и их влияние на статические и динамические параметры (В.М. Рябенький, В.Я. Жуйков, В.Д. Гулий «Цифрова схемотехніка», 2009р, с.102-121; Ерофеев Ю.Н. Основы импульсной техники. 1979, с. 82-101, 125-142; Зубчук В.И., Сигорский В.П., Шкуро А.Н. «Справочник по цифровой схемотехнике», 1990г.).

2. Проверить условие отсечки транзистора VT1 для температуры Т_окр = +80⁰ С, U⁰₁ = 0, если при Т_окр = +25⁰ С для транзистора ВС 846В и I_к0 < 1мкА. Определить U¹₂ при Т_окр = +80⁰ С и R_к = R_6.

3. Определить коэффициент насыщения транзистора VT1 при Т_окр = +25⁰ С, U⁰₁ = +5В для двух значений коллекторного сопротивления (R_к = R₆ и R_к =R₆ II R₇₎, если β = 350-1000.

 

 

Рабочее задание

1. Установить лабораторный стенд «ИМПУЛЬС - М» в режим «ЛАБ 1» с помощью переключателя лабораторных работ, который находится на задней панели стенда.

2. Включить кнопку СЕТЬ.

3. Снять и построить передаточную характеристику U₂ = f (U₁) и по ней определить статические параметры ключа U⁰ _1max, U¹ _1min, U⁰ ₂, U¹ ₂ при отключенных диоде VD1, конденсаторе C1 и сопротивлении R7.

Для этого на вход ключа необходимо подать положительный прямоугольный импульс длительностью t_вх = 100 мкс и частотой 1 кГц и изменяя его амплитуду U₁ определять амплитуду сигнала на выходе U₂. Значение U⁰_1max соответствует наибольшей амплитуде входного сигнала, при которой VT1 остается запертым, значение U¹_1min — наименьшей амплитуде входного сигнала, обеспечивающего насыщение транзистора VT1.

4. Повторить п.1 при подключенном диоде VD1 (нажать П1)

5. Повторить п.1 при подключенном конденсаторе С1 (нажать П2).

6. Повторить п.1 при подключенном резисторе R7 (нажать П4). Результаты измерений по пп. 2–5 свести в таблицу 1.1.

 

Таблица 1.1

Uвх , В
Uвых, В
VD1, В (П1 вкл)
C1, В (П2 вкл)
R7, В (П4 вкл)

 

7. Определить переходную характеристику U₂ (t) транзисторного ключа при его включении и выключении. При этом VD1, С1, R7, С2 – отключены. На вход ключа подать прямоугольный положительный импульс с амплитудой U¹₁ = 5 В, длительностью tвх = 40 мкс и частотой 10 кГц. При этом использовать внешнюю синхронизацию осциллографа от генератора прямоугольных импульсов. Зарисовать с учетом масштабов диаграммы входного U1(t) и выходного U2(t) импульсов. С помощью осциллографа определить динамические параметры ключа t⁰¹зд.р., t¹⁰зд.р., t⁰¹ф, t^{0 1}ф (При этом использовать на осциллографе временной масштаб, при котором можно наиболее точно определить параметры).

8. Повторить п.5 при подключенном диоде VD1 (нажат П1).

9. Повторить п.5 при подключенном конденсаторе С1 (нажат П2).

10. Повторить п.5 при подключенном конденсаторе С2 (нажат П3).

11. Повторить п.5 при подключенном резисторе R7 (нажат П4).

Примечание: Диаграммы выходного напряжения по пп. 6-11 построить на общем графике, динамические параметры ключа по пп. 6-11 свести в таблицу 1. 2.

Таблица 1.2

	t^01зд.р. мкс	t^10зд.р, мкс	t^01ф, мкс	t^10ф. мкс
R6 (П1-П4 откл)
VD1 (П1 вкл)
C1 (П2 вкл)
R7 (П4 вкл)
C2 (П3 вкл)

 

Выводы

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое коэффициент насыщения и как он зависит от параметров компонентов исследуемой схемы?

2. Объясните влияние нелинейной обратной связи на переходные процессы в ключе.

3. Объясните влияние ускоряющего конденсатора на переходные процессы в ключе.

4. Из каких соображений выбирается оптимальное значение емкости ускоряющего конденсатора?

5. Объясните влияние температуры окружающей среды на пороговое напряжение ключа и коэффициент насыщения транзистора.

6. Объясните влияние емкости нагрузки на динамические параметры ключа.

 

 

Описание исследуемой схемы

 

Исследуемый переключатель напряжения построен на n –канальном МДП-транзисторе VT2 (рис. 1.3) типа 2N700. В качестве его стоковой нагрузки используется нелинейное сопротивление транзистора VT3. Резистор R2 ограничивает напряжение на затворе транзистора VT2.

В исходном состоянии при U⁰₁ = 0 канал транзистора VT2 не индуцирован, что соответствует режиму отсечки. На выходе ключа (контрольная точка КТ6) формируется единичный уровень сигнала U¹ ₂ = E_с ≈ +5В. Для переключения транзистора VT2 в активный (триодный) режим на вход ключа необходимо подать от генератора Г1 положительный импульс, амплитуда которого превышает значение порогового напряжения U_пор транзистора VT2.

 

 

Рисунок 1.3

Домашнее задание

1. Изучить работу переключателя напряжения на МДП-транзисторе с индуцированным каналом. (В.И. Зубчук, В.П. Сигорский, А.Н. Шкуро «Справочник по цифровой схемотехнике», 1990, с. 68 – 72; В.М. Рябенький, В.Я. Жуйков, В.Д. Гулий «Цифрова схемотехніка», 2009, с. 102 -121).

2. Рассчитать статические параметры ключа на МДП-транзисторе U⁰ _1max, U¹ _1min, U⁰ ₂, U¹ ₂ , U_пор .

Рабочее задание

 

1. Снять и построить передаточную характеристику U₂ = f (U₁) и по ней определить статические параметры ключа U⁰ _1max, U¹ _1min, U⁰ ₂, U¹ ₂.

Для этого на вход ключа необходимо подать положительный прямоугольный импульс длительностью t_вх = 100 мкс и частотой 1 кГц и изменяя его амплитуду U₁ определять амплитуду сигнала на выходе U₂ . Результаты свести в таблицу 1.3.

 

Таблица 1.3

Uвх , В
Uвых , В

 

 

2. Снять переходные характеристики ключа при подаче на его вход импульсов положительной полярности с амплитудой U¹ ₁ = 5 В и длительностью t_вх = 40 мкс и частотой 10 кГц. Зарисовать временные диаграммы входного импульса U1(t) и выходного U2(t).

Примечание: Диаграммы переходных характеристик по пп. 1-2 построить на общем графике.

3. С помощью осциллографа определить динамические параметры ключа t^01.10 _{зд р.} , t^10.01 _ф . Результаты свести в таблицу 1.4.

 

Таблица 1.4

t^01зд.р. мкс	t^10зд.р, мкс	t^01ф, мкс	t^10ф. мкс

Выводы

Контрольные вопросы

 

1. Объясните принцип работы переключателя напряжения на МДП-транзисторе.

2. Объясните зависимость статических параметров ключа от температуры.

3. Объясните принцип работы нелинейного сопротивления VT3 (генератор тока)

4. Объясните зависимость параметров генератора тока на МДП-транзисторе от температуры.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ОДНОВИБРАТОРЫ

 

Одновибраторами называют спусковые релаксационные устройства с одним устойчивым и одним квазиустойчивым состоянием, которые в ответ на внешний запускающий импульс генерируют выходной импульс с требуемыми параметрами (полярность, амплитуда U_2m, длительностью t_и). Одновибраторы широко применяются в устройствах автоматики как времязадающие функциональные узлы, формирователи сигналов с фиксированными параметрами, делители частоты и т.д.

Одновибраторы строятся на основе активных компонентов (транзисторы, операционные усилители, логические интегральные схемы), включенных так, что в схеме образуется положительная обратная связь (ПОС). Переход из устойчивого состояния в квазиустойчивое и обратно происходит лавинообразно под действием ПОС (регенеративный режим). На этапе релаксации в квазиустойчивом состоянии и на этапе восстановления после возврата схемы в устойчивое состояние ПОС выключается вследствие перехода активных компонентов схемы в граничные режимы, и переходные процессы протекают медленнее.

Работа активных компонентов в граничных режимах определяет уровни выходных сигналов U⁰₂, U¹₂ одновибратора, которые близки к потенциалам источников питания схемы. Длительность генерируемого одновибратором импульса t_и обычно задается с помощью RC цепочек, включаемых в цепи обратных связей. В работе исследуются одновибраторы на операционном усилителе, на логических элементах и на основе специализированной интегральной схемы (рис. 2.1).

 

Рисунок 2.1

 

 

Описание исследуемой схемы

 

В лабораторную установку входят: универсальный лабораторный стенд «ИМПУЛЬС - М», генератор импульсов Г5-54, осциллограф С1-55.

Исследуемый одновибратор построен на основе операционного усилителя ДА1 типа LM 224 (рис.2.2). Операционный усилитель охвачен резистивной ПОС (R4, R3, R2) и резистивно-емкостной ООС (R5, R6, C2, C3). Запаздывающая ООС является времязадающей цепью одновибратора. Диод VD2 обеспечивает заторможенное состояние схемы, в котором ОУ находится в режиме отрицательного ограничения. Входные импульсы поступают на ОУ через деференцирующую цепь R1, C1 и диод VD1. В схеме используется ОУ с однополярным питанием 5В. Для правильной его работы нужна виртуальная земля, которая получается применением делителя напряжения на резисторах R11, R12.

 

Рисунок 2.2

 

 

Домашнее задание

 

1. Изучить работу одновибратора на основе ОУ (В.И. Зубчук, В.П. Сигорский, А.Н. Шкуро «Справочник по цифровой схемотехнике», 1990; В.М. Рябенький, В.Я. Жуйков, В.Д. Гулий «Цифрова схемотехніка», 2009).

2. Определить длительность выходного импульса одновибратора для четырех значений постоянной времени (переключатели П1 и П3) цепи запаздывающей ООС.

3. Определить наибольшее время восстановления одновибратора.

 

 

Рабочее задание

1. Установить лабораторный стенд «ИМПУЛЬС - М» в режим «ЛАБ2» с помощью переключателя лабораторных работ, который находится на задней панели стенда.

2. Включить кнопку «СЕТЬ»

3. Определить амплитуду U_1m и длительность t_вх входного импульса положительной полярности, обеспечивающего устойчивый запуск одновибратора с частотой 1 кГц. Результаты свести в таблицу 2.1.

4. Снять и построить временные диаграммы работы одновибратора (гнезда КТ1, КТ2, КТ3, КТ4) для входного импульса минимальной длительности.

 

Таблица 2.1

U1m, В
tвх , мкс

 

Примечание: при работе необходимо использовать внешнюю синхронизацию осциллографа.

5. По временным диаграммам определить параметры выходного импульса U⁰₂ , U¹₂ , t¹⁰_ф , t⁰¹_ф , t_и .

6. Определить длительности выходного импульса одновибратора для возможных комбинаций времязадающей цепи. Полученные результаты сравнить с расчетными.

7. Исследовать влияние коэффициента передачи цепи ПОС (переключатель П2) на длительность выходного импульса при максимальной τ = RC цепи ООС.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.2

П1	П2	П3	tи, мкс
отк.	отк.	отк.
отк.	отк.	вкл.
отк.	вкл.	отк.
отк.	вкл.	вкл.
вкл.	отк.	отк.
вкл.	отк.	вкл.
вкл.	вкл.	отк.
вкл.	вкл.	вкл.

 

 

Выводы

 

Контрольные вопросы

1. Объясните зависимость длительности импульса от сопротивления и емкости в цепи ООС.

2. Как можно схематически уменьшить время восстановления одновибратора?

3. Объясните влияние коэффициента передачи цепи ПОС на длительность выходного импульса.

4. От чего зависят длительности фронтов t¹⁰_ф , t⁰¹_ф выходного импульса?

 

Описание исследуемой схемы

Исследуемый одновибратор построен на основе логических ИС DD1 (рис.2.3) типа CD4011, реализующих логическую функцию И-НЕ. Для запуска на схему следует подать короткий положительный импульс. После вентиля DD1.3, выполняющего функцию инвертора, импульс поступает на запуск одновибратора, построенного на вентилях DD1.1, DD1.2. Вентили DD1.1, DD1.2 замкнуты емкостной (С4, С5) и непосредственной связями в контур, в котором действует ПОС. Временные параметры одновибратора определяются RC цепью из R7, R8, C4, C5, коммутируемых переключателями П4 и П5.

 

Рисунок 2.3

 

 

Домашнее задание

 

1. Изучить работу одновибратора на основе логических ИС (В.И. Зубчук, В.П. Сигорский, А.Н. Шкуро «Справочник по цифровой схемотехнике», 1990; В.М. Рябенький, В.Я. Жуйков, В.Д. Гулий «Цифрова схемотехніка», 2009).

2.Определить длительность выходного импульса одновибратора для четырех значений постоянной времени (переключатели П4 и П5) цепи ПОС. При этом подать

U_вх = 5 В.

 

Рабочее задание

1.Снять и построить временные диаграммы работы (гнезда КТ5, КТ6, КТ7). Для этого на вход необходимо подать положительный импульс с амплитудой U_1m =2,8…4В, длительностью t_вх =1 мкс и частотой 1 кГц. Использовать внешнюю синхронизацию.

2. По временным диаграммам выходных импульсов определить параметры U⁰₂ , U¹₂ , t¹⁰_ф , t⁰¹_ф , t_и (таблица 2.3).

3. Определить длительности выходных импульсов одновибратора для возможных комбинаций времязадающей цепи (таблица 2.4). Полученные результаты сравнить с расчетными.

 

Таблица 2.3

U^02	U^12	t^10ф	t^01ф	tи

 

 

Таблица 2.4

П4	П5	tи, мкс

 

 

Выводы

 

 

Контрольные вопросы

1.Чем ограничено сопротивление R7?

2.Объясните процессы регенеративного переключения состояний одновибратора.

3.Чем объясняется скол вершины импульса на выходе вентиля DD1.2?

4.Как длительность выходного импульса зависит от температуры окружающей среды?

 

 

Описание исследуемой схемы

Исследуемый одновибратор построен на основе специализированной ИС DD2 типа CD4098 (рис.2.4). Для запуска на схему следует подать короткий положительный импульс. Временные параметры одновибратора определяются RC цепью из R9, R10, C6, коммутируемых переключателем П6.

 

 

Рисунок 2.4

 

 

Рабочее задание

 

 

1. Снять и построить временные диаграммы работы (точки КТ5, КТ8). Для этого на вход необходимо подать положительный импульс с амплитудой

U_1m = 5 В, длительностью t_вх = 1 мкс и частотой 1 кГц. Использовать внешнюю синхронизацию осциллографа.

 

2. По временным диаграммам выходных импульсов определить параметры U⁰₂ , U¹₂ , t¹⁰_ф , t⁰¹_ф , t_и . Результаты свести в таблицу 2.5.

3. Определить длительности выходных импульсов одновибратора для возможных комбинаций времязадающей цепи (таблица 2.6).

 

Таблица 2.5

U^02	U^12	t^10ф	t^01ф	tи

 

 

Таблица 2.6

П6	tи
вкл.
отк.

 

 

Выводы

Контрольные вопросы

 

1. Какая максимальная и минимальная длительность выходного импульса?

2. Как длительность выходного импульса зависит от температуры окружающей среды?

3.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ГЕНЕРАТОРЫ

Генераторы – автоколебательные устройства, генерирующие последовательность импульсов, амплитуда U_2m, частота f_г и скважность Q которых задаются параметрами входящих в схему электронных компонентов.

 

Рисунок 3.1

 

 

Описание исследуемой схемы

 

Исследуемый генератор (рис.3.2) построен на основе операционного усилителя DA1 типа LM224. Операционный усилитель (ОУ) охвачен резистивной ПОС (резисторы R4, R5, R1) и резистивно-емкостной ООС (R2, R3, C1, C2). Под действием ПОС схема регенеративно переключается в одно из двух возможных квазиустойчивых состояний, в которых ОУ находится в режиме ограничения. Скорость перезаряда конденсаторов цепи ООС зависит от переключателей П1 и П3, а уровень перезаряда – переключателя П2.

 

 

 

 

Рисунок 3.2

 

 

Домашнее задание

 

1. Изучить работу генератора на основе ОУ (Захаров В.К., Лыпарь Ю.И. «Электронные устройства автоматики и телемеханики», 1984, с. 314-317).

2. Определить частоту и скважность выходных импульсов генератора для четырех вариантов частотозадающей цепи R2, R3, C1, C2 (переключатели П3, П1) при двух значениях коэффициента передачи ПОС (П2).

Рабочее задание

1. Установить лабораторный стенд «Импульс-М» в режим «ЛАБ3» с помощью переключателя лабораторных работ, который находится на задней панели стенда.

2. Включить кнопку «СЕТЬ».

3. Снять и построить временные диаграммы работы генератора (контрольные точки КТ2, КТ3, КТ4) для максимальной частоты генерации.

 

Примечание: при работе необходимо использовать внешнюю синхронизацию осциллографа выходным импульсом генератора (КТ4)

4. По временным диаграммам определить параметры генератора: U⁰₂ , U¹₂ , t⁰¹_ф , t¹⁰_ф , Т₁ , Т₂ , скважность Q = Т₁ / (Т₁ + Т₂ ), где Т₁ - длительность положительного полупериода и частоту f_г = 1 / (Т₁ + Т₂ ). Результаты свести в таблицу 3.1.

5. Определить частоту генерации и скважность выходных импульсов генератора для четырех вариантов частотозадающей цепи (П1, и П3) при двух значениях коэффициентов передачи в цепи ПОС (П2). Результаты свести в таблицы 3.2 и 3.3 соответственно. Сравнить полученные результаты с расчетными.

 

 

Таблица 3.1

U^02	U^12	t^01ф	t^10ф	Т1	Т2

 

Таблица 3.2

П1	П3	Т1	Т2	Q	f

 

 

Таблица 3.3

П2	Т1	Т2

 

 

Примечание. Положению переключателей П1 – П3 в отжатом состоянии соответствует «0». а в нажатом – «1».

Выводы

 

Контрольные вопросы

1. Условие генерации электрических колебаний.

4. Объясните принцип работы генератора.

5. Объясните зависимость частоты генерации от сопротивления и емкости цепи ООС.

6. Объясните влияние коэффициента передачи в цепи ПОС на частоту генерации.

7. Как можно схематически задать произвольную скважность выходных импульсов?

8. От чего зависит длительность фронтов, t⁰¹_ф , t¹⁰_ф выходных импульсов?

 

 

Генератор на основе таймера

 

Цель работы – исследовать принцип работы и свойства генератора на основе таймера, определить влияние параметров компонентов схемы на параметры генератора.

 

 

Описание исследуемой схемы

 

Исследуемый генератор построен на основе интегрального таймера DD1 типа TS555 (рис. 3.3).

При включении конденсатор С3 заряжается через резисторы R6 и R7 до уровня 2/3 U_п. При этом на выходе таймера (КТ6) установится напряжение логической «1». При превышении этого напряжения срабатывает внутренняя схема управления таймера, которая соединяет вывод «РАЗР» с землей и устанавливается на выходе (КТ6) уровень логического нуля. При этом конденсатор С3 будет разряжаться через резистор R6. При достижении напряжения на конденсаторе С3 уровня 1/3 U_п срабатывает внутренняя схема управления таймера, которая устанавливает выход таймера (КТ6) в состояние логической единицы и отсоединяет вывод «РАЗР» от земли. Конденсатор С3 снова заряжается через резисторы R6 и R7 до уровня 2/3 U_п. Переключатель П5 подключает R8, что позволяет увеличить скорость заряда С3,а переключатель П4 подключает С4 параллельно С3.

 

Рисунок 3.3

 

 

Домашнее задание

 

1. Изучить работу генератора на основе интегрального таймера (Г.И. Волович, Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых устройств. М.: Издательский дом «Додэка ХХI», 2005, с. 210-213); (В.М. Рябенький, В.Я. Жуйков, В.Д. Гулий «Цифрова схемотехніка», 2009, с. 703-705).

2. Определить частоту и скважность выходных импульсов таймера для четырех вариантов частотозадающей цепи R7, R8, С3, С4 (переключатели П4, П5)

 

 

Рабочее задание

1. Снять и построить временные диаграммы работы генератора (гнезда КТ5, КТ6).

Примечание: при работе необходимо использовать внешнюю синхронизацию осциллографа выходным импульсом генератора (КТ6)

2. По временным диаграммам определить параметры генератора: U⁰₂ , U¹₂ , t⁰¹_ф , t¹⁰_ф , Т₁ , Т₂ , скважность Q = Т₁ / (Т₁ + Т₂ ), где Т₁ - длительность положительного полупериода и частоту f_г = 1 / (Т₁ + Т₂ ).

3. Определить частоту генерации и скважность выходных импульсов генератора для четырех вариантов частотозадающей цепи (П4 и П5).

 

Таблица 3.4

U^02	U^12	t^01ф	t^10ф	Т1	Т2

 

Таблица 3.5

П4	П5	Т1	Т2	Q	f

Примечание. Положению переключателей П4 и П5 в отжатом состоянии соответствует «0». в нажатом – «1».

 

Выводы

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип работы генератора.

2. Объясните зависимость частоты генерации от сопротивления и емкости.

3. От чего зависит длительность фронтов t⁰¹_ф , t¹⁰_ф выходных импульсов.

 

 

Интегральной схемы

 

Цель работы – исследовать принцип работы и свойства генератора на основе специализированной интегральной схеме, определить влияние параметров компонентов схемы на параметры генератора.

 

Описание исследуемой схемы

 

Исследуемый генератор построен на основе интегральной схемы DD2 типа CD4046, которая представляет собой генератор, управляемый напряжением (ГУН). Частота генерации определяется элементами R9, R10, C5, C7.

Переключатель П6 изменяет частоту генерации, а П7 – диапазон перестройки частоты.

Управляющее напряжение ГУН задается регулятором U_вх и контролируется вольтметром в контрольной точке КТ1. Контрольная точка КТ7 подключена к выходу генератора.

 

Рисунок 3.4

 

Домашнее задание

 

1. Изучить принцип работы генератора на основе специализированной интегральной схемы (В.Л. Шило «Популярные цифровые микросхемы», М.1987г., стр. 278 – 283; Integrated Circuits catalog. – Texas Instruments, 2003, т. 3 стр.124 - 129).

2. Определить частоту выходных импульсов для различных вариантов частотозадающей цепи.

 

 

Рабочее задание

 

1. Снять и построить временную диаграмму работы генератора (КТ7). При этом установить регулятором U_вх управляющее напряжение равное 2,5 В.

2. По временной диаграмме определить параметры генератора: U⁰ ₂ , U¹ ₂ , t⁰¹ _ф , t¹⁰ _ф , f_г Результаты измерений свести в таблицу.

3. Определить зависимость частоты генерации f_г от управляющего напряжения U_вх и коэффициент перестройки частоты К = f_max / f_min для трех вариантов времязадающей цепи (П6, П7). Результаты измерений свести в таблицу. Диаграммы зависимости частоты генерации от управляющего напряжения построить на общем графике в логарифмическ