Міністерство вищої середньої спеціальної освіти В україні

МІНІСТЕРСТВО ВИЩОЇ СЕРЕДНЬОЇ СПЕЦІАЛЬНОЇ ОСВІТИ В УКРАЇНІ

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

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

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ ПО КУРСУ

«ЦИФРОВА СХЕМОТЕХНІКА»

для студентів факультету електроніки

Будь-якої форми навчання

Київ КПІ 2011

МІНІСТЕРСТВО ВИЩОЇ СЕРЕДНЬОЇ СПЕЦІАЛЬНОЇ ОСВІТИ В УКРАЇНІ

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

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

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ ПО КУРСУ

«ЦИФРОВА СХЕМОТЕХНІКА»

для студентів факультету електроніки

Будь-якої форми навчання

Затверджено

На засіданні кафедри

Фізичної та біомедичної електроніки

Протокол № 21 від 25.05.11

Київ КПІ 2011

Фесечко В. А. Методичні вказівки до лабораторних робіт по курсу «Цифрова схемотехніка» для студентів факультету электроніки усіх форм навчання/ В. А. Фесечко, Л. А. Худякова, В. Ф. Сташкевич.-

 

Гриф Методического совета НТУУ «КПИ»

(протокол № від)

 

Затверджено на засіданні

кафедри фізичної та біомедичної електроніки

(протокол № 21 від 25.05.11)

 

 

Навчально-методичне видання

 

ЦИФРОВА СХЕМОТЕХНІКА

 

Методичні вказівки до лабораторних робіт по курсу «Цифрова схемотехніка» для студентів факультету электроніки будь-якої форми навчання

Автори: Володимир Опанасевич Фесечко, канд. техн. наук, проф.

Людмила Александрівна Худякова, ст. викладач

Володимир Філіпович Сташкевич, зав. лабораторії

 

Відповідальний:

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

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

 

За редакцією авторів

 

Вступ

 

Швидкий розвиток сучасної мікроелектроніки і, зокрема, цифрової схемотехніки супроводжується залученням в цю область все більш широкого кола розробників нових функціональних вузлів, пристроїв і систем, а також користувачів компонентної бази і традиційних схемотехнічних рішень в нових прикладних сферах застосування. При цьому фахівцеві в області цифрової схемотехніки необхідно бути кваліфікованим спеціалістом в способах математичного опису функціонування цифрових схем на логічному і електричному рівнях, знати сучасну компонентну базу цифрової схемотехніки та переважні області її застосування, вільно орієнтуватися в промислових серіях інтегральних мікросхем і перспективи їх подальшого вдосконалення, володіти методами побудови структур цифрових пристроїв і систем.

Методичні вказівки містять опис лабораторних робіт з курсу «Основи схемотехніки» розділи «Цифрова схемотехніка» і «Пристрої цифрової електроніки», що викладається студентам факультету електроніки, а також студентам відповідних спеціальностей заочного факультету. Основною метою даного циклу лабораторних робіт є закріплення теоретичних знань, отриманих студентами при вивченні лекційного матеріалу, принципів побудови функціональних вузлів цифрової схемотехніки.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

ЕЛЕКТРОННІ КЛЮЧІ

Електронний ключ - основний функціональний вузол дискретної схемотехніки, який призначений для перемикання струмів або потенціалів в навантаженні. Комбінації електронних ключів дозволяють реалізувати будь-які перемикальні функції в пристроях автоматики та обчислювальної техніки.

В якості елементів перемикачів електронних ключів широко використовуються напівпровідникові діоди, біполярні і польові транзистори, тиристори й оптронні пари, що працюють в режимі великого сигналу з яскраво вираженими нелінійними властивостями.

Показники якості електронного ключа - провідність ключа в закритому і відкритому стані, чутливість до керуючого сигналу і завадостійкість, температурна стабільність, потужність, що віддається в навантаження, швидкодія.

Електронні ключі характеризуються такими основними параметрами: U⁰₁, U¹₁ - граничні рівні нульового та одиничного вхідних сигналів; U_пор - порогова напруга; U⁰_2мах, U¹_2min - граничні рівні нульового та одиничного вихідних сигналів; Р⁰, Р¹ - потужність, яка споживається від джерела напруги живлення при нульовому й одиничному напрузі на виході; t⁰¹_з.р, t¹⁰_з.р - тривалість затримки поширення сигналу через електронний ключ при перемиканні вихідного потенціалу відповідно з нульового стану в одиничне та навпаки; t⁰¹_ф, t¹⁰_ф - тривалість фронту наростання і спадання вихідного імпульсу.

В лабораторну роботу № 1 «Ключі на транзисторах» входять:

 

1.1 Перемикач напруги на біполярному транзисторі (рис.1.1).

1.2 Перемикач напруги на МДН-транзисторі з індукованим каналом (рис.1.1).

 

 

Рис.1.1

 

 

ПЕРЕМИКАЧ НАПРУГИ НА БІПОЛЯРНОМУ ТРАНЗИСТОРІ

Мета роботи - дослідити статичні та динамічні характеристики електронного ключа на біполярному транзисторі (БТ), який ввімкнений за схемою із загальним емітером, і схемних методів покращення його параметрів.

 

Опис лабораторної установки

В лабораторну установку входять: універсальний лабораторний стенд «ІМПУЛЬС - М», генератор імпульсів Г5-54 і осцилограф С1-55.

Досліджуваний електронний перемикач напруги зібраний на транзисторі VТ₁ n-р-n типу ВС 846В (рис. 1.2), який ввімкнено за схемою із загальним емітером.

За відсутності вхідного імпульсу від генератора Г₁ (U₁ = 0 В) транзистор замкнений, так як U_еб менше U_пор. На колекторі транзистора VТ₁ встановлюється високий потенціал U¹₂ = E_k ≈ +5 В. При подачі на вхід ключа від генератора Г₁ позитивного імпульсу, амплітуда якого перевищує порогову напругу ключа, транзистор переходить в активний режим, а потім в режим насичення. На його колекторі (виході ключа) встановлюється низький потенціал U⁰₂ = U_кн ≈ 0. Перехідні процеси відкривання та замикання транзистора залежать від параметрів вхідного сигналу, параметрів і схемної реалізації електронного ключа. Досліджувана схема дозволяє визначити вплив колекторного опору R_к = R₆ або R_к = R₆ | | R₇ на статичні і динамічні параметри електронного ключа, ємності навантаження С₂ на динамічні параметри, ємності прискорюючого конденсатора С₁ і нелінійного зворотного зв'язку через діод VD₁ на характер перехідних процесів в транзисторному ключі. В ході дослідження перехідних процесів перемикання транзистора VT₁ виникає необхідність визначення діаграми зміни в часі струму бази транзистора. Для цієї мети в базу транзистора VT₁ включений низькоомний резистор R₄, напруга на якому може бути проконтрольована в контрольних точках КТ2 і КТЗ лабораторного стенду.

 

Рис. 1.2

 

Домашнє завдання

1. Вивчити роботу електронного ключа та його схемних варіантів (з прискорюючим конденсатором, з нелінійним зворотним зв'язком) в статичному і динамічному режимах. Вивчити призначення компонентів електронного ключа та їх вплив на статичні і динамічні параметри (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. Перевірити умови режиму відсічки транзистора VT1 для температури Т_окр = +80⁰ С, U⁰₁ = 0, якщо при Т_окр = +25⁰ С для транзистора ВС 846В и I_к0 < 1мкА. Визначити U¹₂ при Т_окр = +80⁰ С і R_к = R_6.

3. Визначити коефіцієнт насичення транзистора VT1 при Т_окр = +25⁰ С, U⁰₁ = +5В при двох значеннях колекторного опору (R_к = R₆ и R_к =R₆ II R₇₎, якщо β = 350-1000.

 

 

Робоче завдання

1. Встановити лабораторний стенд «ИМПУЛЬС - М» в режим «ЛАБ 1» за допомогою перемикача лабораторних робіт, який знаходиться на задній панелі стенда.

2. Ввімкнути кнопку «СЕТЬ».

3. Зняти й побудувати передаточну характеристику U₂ = f (U₁). За допомогою цією характеристики визначити статичні параметри ключа U⁰ _1max, U¹ _1min, U⁰ ₂, U¹ ₂ при відключених компонентах: діод VD1, конденсатор С1 і опір R7.

Для цього на вхід ключа необхідно подати позитивний прямокутний імпульс тривалістю t_вх = 100 мкс з частотою 1 кГц. Змінюючи його амплітуду U₁ визначити амплітуду сигналу на виході U₂. Значення U⁰_1max відповідає найбільшій амплітуді вхідного сигналу, при якій VT1 залишається закритим, з U¹_1min — найменшій амплітуді вхідного сигналу, який забезпечує насичення транзистора VT1.

4. Повторити п.1 при підключеному діоді VD1 (натиснути П1)

5. Повторити п.1 при підключеному конденсаторі С1 (натиснути П2).

6. Повторити п.1 при підключеному резисторі R7 (натиснути П4). Результати вимірювань за пп. 2-5 звести в таблицю 1.1.

 

Таблиця 1.1

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

 

7. Визначити перехідну характеристику U₂ (t) транзисторного ключа при його вмиканні та розмиканні. При цьому VD1, С1, R7, С2 – розімкнені. На вхід ключа треба подати позитивний прямокутний імпульс з амплітудою U¹₁ = 5 В, тривалістю tвх = 40 мкс та частотою 10 кГц. При цьому використати зовнішню синхронізацію осцилографа від генератора прямокутних імпульсів. З урахуванням масштабів зарисувати діаграми вхідного U1(t) та вихідного U2(t) імпульсів. За допомогою осцилографа визначити динамічні параметри ключа t⁰¹зд.р., t¹⁰зд.р., t⁰¹ф, t^{0 1}ф (При цьому треба використати на осцилографі масштаб по часу, при якому можна найбільш точно визначити параметри).

8. Повторити п.5 при підключеному діоді VD1 (натиснути П1).

9. Повторити п.5 при підключеному конденсаторі С1 (натиснути П2).

10. Повторити п.5 при підключеному конденсаторі С2 (натиснути П3).

11. Повторити п.5 при підключеному резисторі R7 (натиснути П4).

Примітка: Діаграми вихідної напруги по пп. 6-11 побудувати на загальному графіку, динамічні параметри ключа по пп. 6-11 звести в таблицю 1. 2.

Таблиця 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)

 

 

Висновки

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Що таке коефіцієнт насичення і як він залежить від параметрів компонентів досліджуваної схеми?

2. Поясніть вплив нелінійного зворотного зв'язку на перехідні процеси в ключі.

3. Поясніть вплив прискорюючого конденсатора на перехідні процеси в ключі.

4. З яких міркувань вибирається оптимальне значення ємності прискорюючого конденсатора?

5. Поясніть вплив температури навколишнього середовища на порогову напругу ключа і коефіцієнт насичення транзистора.

6. Поясніть вплив ємності навантаження на динамічні параметри ключа.

 

Опис дослідної схеми

 

Досліджуваний перемикач напруги побудований на n-канальному МДН-транзисторі VT2 (рис. 1.3) типу 2N700. У якості його стокового навантаження використовується нелінійний опір транзистора VT3. Резистор R2 обмежує напругу на затворі транзистора VT2.

У початковому стані при U⁰₁ = 0 канал транзистора VT2 не індукований, що відповідає режиму відсічки. На виході ключа (контрольна точка КТ6) формується одиничний рівень сигналу U¹ ₂ = E_с ≈ +5В. Для перемикання транзистора VT2 в активний (тріодний) режим на вхід ключа необхідно подати від генератора Г1 позитивний імпульс, амплітуда якого перевищує значення порогової напруги U_пор транзистора VT2.

 

 

Рисунок 1.3

Домашнє завдання

1. Вивчити роботу перемикача напруги на МДН-транзисторі з індукованим 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. Розрахувати статичні параметри ключа на МДН-транзисторі U⁰ _1max, U¹ _1min, U⁰ ₂, U¹ ₂ , U_пор .

Робоче завдання

 

1. Зняти й побудувати передаточну характеристику U₂ = f (U₁). За допомогою цією характеристики визначити статичні параметри ключа U⁰ _1max, U¹ _1min, U⁰ ₂, U¹ ₂

Для цього на вхід ключа необхідно подати позитивний прямокутний імпульс тривалістю t_вх = 100 мкс з частотою 1 кГц. Змінюючи його амплітуду U₁ визначити амплітуду сигналу на виході U₂. Результати звести до таблиці 1.3.

Таблиця 1.3

Uвх , В
Uвых , В

 

2. Зняти перехідні характеристики ключа при поданні на його вхід імпульсів позитивної полярності з амплітудою U¹ ₁ = 5 В та тривалістю t_вх = 40 мкс з частотою 10 кГц. Зарисувати часові діаграми вхідного U1(t) та вихідного U2(t) імпульсів.

Примітка: Діаграми перехідних характеристик за пп. 1-2 побудувати на загальному графіку.

3. За допомогою осцилографа визначити динамічні параметри ключа t^01.10 _{зд р.} , t^10.01 _ф . Результати звести до таблиці 1.4.

 

Таблиця 1.4

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

Висновки

Контрольні питання

 

1. Поясніть принцип роботи перемикача напруги на МДН-транзисторі.

2. Поясніть залежність статичних параметрів ключа від температури.

3. Поясніть принцип роботи нелінійного опору VT3 (генератора струму)

4. Поясніть залежність параметрів генератора струму на МДН-транзисторі від температури.

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

ОДНОВІБРАТОРИ

 

Одновібратором називають спускові релаксаційні пристрої з одним стійким і одним квазістійким станом, які у відповідь на зовнішній імпульс генерують вихідний імпульс з необхідними параметрами (полярність, амплітуда U_2m, тривалістю t_и). Одновібратори широко застосовуються в пристроях автоматики як прилади, які задають час функціональним вузлам, формувачі сигналів з фіксованими параметрами, дільники частоти і т.д.

Одновібратори будуються на основі активних компонентів (транзистори, операційні підсилювачі, логічні інтегральні схеми), включених так, що в схемі утворюється позитивний зворотний зв'язок (ПЗЗ). Перехід зі стійкого стану в квазістійкий і назад відбувається лавиноподібно під дією ПЗЗ (регенеративний режим). На етапі релаксації в квазістійкому стані і на етапі відновлення після повернення схеми в стійкий стан ПЗЗ вимикається внаслідок переходу активних компонентів схеми в граничні режими, внаслідок чого перехідні процеси протікають повільніше.

Робота активних компонентів в граничних режимах визначає рівні вихідних сигналів U⁰₂, U¹₂ одновібратора, які близькі до потенціалів джерел живлення схеми. Тривалість імпульсу t_{и ,} яка генерується одновібратором, зазвичай задається за допомогою RC ланцюгів, що включаються в ланцюзі зворотного зв'язку. У роботі досліджуються одновібратори на операційному підсилювачі, на логічних елементах і на основі спеціалізованої інтегральної схеми (рис. 2.1).

Рисунок 2.1

 

 

Опис дослідної схеми

 

В лабораторну установку входять: універсальний лабораторний стенд «ІМПУЛЬС - М», генератор імпульсів Г5-54, осцилограф С1-55.

Досліджуваний одновібратор побудований на основі операційного підсилювача ДА1 типу LM 224 (рис.2.2). Операційний підсилювач охоплений резистивним ПЗЗ (R4, R3, R2) і резистивно-ємнісним НЗЗ (R5, R6, C2, C3). НЗЗ запізнюється в порівнянні з ПЗЗ і тому НЗЗ є ланцюгом одновібратора, який задає час. Діод VD2 забезпечує загальмований стан схеми, в якому ОУ перебуває в режимі негативного обмеження. Вхідні імпульси надходять на ОУ через диференційний ланцюг R1, C1 і діод VD1. У схемі використовується ОУ з однополярним живленням 5В. Для правильної його роботи потрібна віртуальна земля, яку можна отримати, застосовуючи дільник напруги на резисторах R11, R12.

 

Рисунок 2.2

 

 

Домашнє завдання

 

1. Вивчити роботу одновібратора на основі 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. Визначити тривалість вихідного імпульсу одновібратора для чотирьох значень постійної часу (перемикачі П1 та П3) ланцюга НЗЗ.

3. Визначити найбільший час відновлення одновібратора.

Робоче завдання

1. Встановити лабораторний стенд «ИМПУЛЬС - М» в режим «ЛАБ2» за допомогою перемикача лабораторних робіт, який знаходиться на задній панелі стенда.

2. Натиснути кнопку «СЕТЬ»

3. Визначити амплітуду U_1m та тривалість t_вх вхідного імпульсу додатної полярності, що забезпечує стійкий запуск одновібратора з частотою 1 кГц. Результати звести в таблицю 2.1.

4. Зняти і побудувати часові діаграми роботи одновібратора (виводи КТ1, КТ2, КТ3, КТ4) для вхідного імпульсу мінімальної тривалості.

Таблиця 2.1

U1m, В
tвх , мкс

 

Примітка: при роботі необхідно використовувати зовнішню синхронізацію осцилографа.

5. За часовими діаграмами визначити параметри вихідного імпульсу U⁰₂ , U¹₂ , t¹⁰_ф , t⁰¹_ф , t_и .

6. Визначити тривалість вихідного імпульсу одновібратора для можливих комбінацій ланцюга, який задає час. Отримані результати порівняти з розрахунковими.

7. Дослідити вплив коефіцієнта передачі ланцюга ПЗЗ (перемикач П2) на тривалість вихідного імпульсу при максимальній τ = RC ланцюга НЗЗ.

 

 

 

 

 

Таблиця 2.2

П1	П2	П3	tи, мкс
відкл.	відкл.	відкл.
відкл.	відкл.	підкл.
відкл.	підкл.	відкл.
відкл.	підкл.	підкл.
підкл.	відкл.	відкл.
підкл.	відкл.	підкл.
підкл.	підкл.	відкл.
підкл.	підкл.	підкл.

 

 

Висновки

 

 

Контрольні питання

1. Поясніть залежність тривалості імпульсу від опору і ємності в ланцюзі НЗЗ.

2. Як можна схематично зменшити час відновлення одновібратора?

3. Поясніть вплив коефіцієнта передачі ланцюга ПЗЗ на тривалість вихідного імпульсу.

4. Від чого залежать тривалості фронтів t¹⁰_ф , t⁰¹_ф вихідного імпульсу?

 

Опис дослідної схеми

Досліджуваний одновібратор побудований на основі логічних ІС DD1 (рис.2.3) типу CD4011, що реалізують логічну функцію І-НЕ. Для запуску на схему слід подати короткий позитивний імпульс. Після вентиля DD1.3, що виконує функцію інвертора, імпульс надходить на запуск одновібратора, побудованого на вентилях DD1.1, DD1.2. Вентилі DD1.1, DD1.2 замкнуті ємнісним (С4, С5) та безпосередніми зв'язками в контур, в якому діє ПЗЗ. Тимчасові параметри одновібратора визначаються RC ланцюгом з R7, R8, C4, C5, комутованих перемикачами П4 і П5.

Рисунок 2.3

 

 

Домашнє завдання

 

1. Вивчити роботу одновібратора на основі логічних ІС (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. Визначити тривалість вихідного імпульсу одновібратора для чотирьох значень постійної часу (перемикачі П4 і П5) ланцюга ПЗЗ. При цьому подати U_вх = 5 В.

 

Робоче завдання

1. Зняти і побудувати часові діаграми роботи (виводи КТ5, КТ6, КТ7). Для цього на вхід необхідно подати позитивний імпульс з амплітудою U_1m =2,8…4В, тривалістю t_вх =1 мкс та частотою 1 кГц. Використати зовнішню синхронізацію осцилографа.

2. За часовими діаграмами вихідних імпульсів визначити параметри U⁰₂ , U¹₂ , t¹⁰_ф , t⁰¹_ф , t_и (таблица 2.3).

3. Визначити тривалість вихідних імпульсів одновібратора для можливих комбінацій ланцюга, який задає час (таблиця 2.4). Отримані результати порівняти з розрахунковими.

Таблиця 2.3

U^02	U^12	t^10ф	t^01ф	tи

 

Таблиця 2.4

П4	П5	tи, мкс

 

 

Висновки

 

Контрольні питання

1. Чим обмежений опір R7?

2. Поясніть процеси регенеративного перемикання станів одновібратора.

3. Чим пояснюється скол вершини імпульсу на виході вентиля DD1.2?

4. Як тривалість вихідного імпульсу залежить від температури навколишнього середовища?

 

Опис дослідної схеми

Досліджуваний одновібратор побудований на основі спеціалізованої ІС DD2 типу CD4098 (рис.2.4). Для запуску на схему слід подати короткий позитивний імпульс. Часові параметри одновібратора визначаються RC ланцюгом з R9, R10, C6, комутованих перемикачем П6.

Рисунок 2.4

 

Робоче завдання

1. Зняти і побудувати часові діаграми роботи (точки КТ5, КТ8). Для цього на вхід необхідно подати позитивний імпульс з амплітудою U_1m = 5 В, тривалістю t_вх = 1 мкс та частотою 1 кГц. Використовувати зовнішню синхронізацію осцилографа.

2. За часовими діаграмами вихідних імпульсів визначити параметри U⁰₂ , U¹₂ , t¹⁰_ф , t⁰¹_ф , t_и . Результати звести у таблицю 2.5.

3. Визначити тривалість вихідних імпульсів одновібратора для можливих комбінацій ланцюга, який задає час (таблиця 2.6).

 

Таблица 2.5

U^02	U^12	t^10ф	t^01ф	tи

 

 

Таблица 2.6

П6	tи
вкл.
отк.

 

 

Висновки

Контрольні питання

 

1. Яка максимальна і мінімальна тривалість вихідного імпульсу?

2. Як тривалість вихідного імпульсу залежить від температури навколишнього середовища?

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

ГЕНЕРАТОРИ

Генератори - автоколивальні пристрої, що генерують послідовність імпульсів, з амплітудою U_2m, частотою f_г і добротністю Q, які задаються параметрами електронних компонентів, які входять в схему.

 

Рисунок 3.1

 

Опис дослідної схеми

 

Досліджуваний генератор (рис.3.2) побудований на основі операційного підсилювача DA1 типу LM224. Операційний підсилювач (ОП) охоплений резистивним ПЗЗ (резистори R4, R5, R1) і резистивно-ємнісним НЗЗ (R2, R3, C1, C2). Під дією ПЗЗ схема регенеративно перемикається в одне з двох можливих квазістійких станів, в яких ОП перебуває в режимі обмеження. Швидкість перезаряду конденсаторів ланцюга НЗЗ залежить від перемикачів П1 і П3, а рівень перезаряду – від перемикача П2.

 

 

 

Рисунок 3.2

 

 

Домашнє завдання

 

1. Вивчити роботу генератора на основі ОП (Захаров В.К., Лыпарь Ю.И. «Электронные устройства автоматики и телемеханики», 1984, с. 314-317).

2. Визначити частоту і наскрізність вихідних імпульсів генератора для чотирьох варіантів ланцюга, який задає частоту: R2, R3, C1, C2 (перемикачі П3, П1) при двох значеннях коефіцієнта передачі ПЗЗ (П2).

Робоче завдання

1. Встановити лабораторний стенд «Импульс-М» в режим «ЛАБ3» за допомогою перемикача лабораторних робіт, який знаходиться на задній панелі стенда.

2. Натиснути кнопку «СЕТЬ».

3. Зняти і побудувати часові діаграми роботи генератора (контрольні точки КТ2, КТ3, КТ4) для максимальної частоти генерації.

 

Примітка: при роботі необхідно використовувати зовнішню синхронізацію осцилографа вихідним імпульсом генератора (КТ4)

4. По часовим діаграмам визначити параметри генератора: U⁰₂ , U¹₂ , t⁰¹_ф , t¹⁰_ф , Т₁ , Т₂ , Q = Т₁ / (Т₁ + Т₂ ), де Т₁ - тривалість позитивного напівперіода та частоту f_г = 1 / (Т₁ + Т₂ ). Результати звести до таблиці 3.1.

5. Визначити частоту генерації та скважність вихідних імпульсів генератора для чотирьох варіантів ланцюга, який задає частоту (П1, і П3) при двох значеннях коефіцієнтів передачі в ланцюзі ПЗЗ (П2). Результати звести до таблиці 3.2 та 3.3 відповідно. Порівняти отримані результати з розрахунковими.

 

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

 

 

Примітка: положення перемикачів П1 - П3 в віджатим стані відповідає «0». а в натиснутому - «1».

Висновки

 

Контрольні питання

1. Умова генерації електричних коливань.

2. Поясніть принцип роботи генератора.

3. Поясніть залежність частоти генерації від опору і ємності ланцюга НЗЗ.

4. Поясніть вплив коефіцієнта передачі в ланцюзі ПЗЗ на частоту генерації.

5. Як можна схематично поставити довільну скважність вихідних імпульсів?

6. Від чого залежить тривалість фронтів, t⁰¹_ф , t¹⁰_ф вихідних імпульсів?

 

Генератор на основі таймера

 

Мета роботи - дослідити принцип роботи і властивості генератора на основі таймера, визначити вплив параметрів компонентів схеми на параметри генератора.

 

Опис дослідної схеми

 

Досліджуваний генератор побудований на основі інтегрального таймера DD1 типу TS555 (рис. 3.3).

При включенні конденсатор С3 заряджається через резистори R6 і R7 до рівня 2/3 U_п. При цьому на виході таймера (КТ6) встановиться напруга логічної «1». При перевищенні цієї напруги спрацьовує внутрішня схема управління таймера, яка з'єднує вивід «розрив» із землею і на виході (КТ6) встановлюється рівень логічного нуля. При цьому конденсатор С3 буде розряджатися через резистор R6. При досягненні напруги на конденсаторі С3 рівня 1/3 U_п спрацьовує внутрішня схема управління таймера, яка встановлює вихід таймера (КТ6) в стан логічної одиниці і від'єднує вивід «розрив» від землі. Конденсатор С3 знову заряджається через резистори R6 і R7 до рівня 2/3 U_п. Перемикач П5 підключає R8, що дозволяє збільшити швидкість заряду С3, а перемикач П4 підключає С4 паралельно С3.

 

Рисунок 3.3

 

 

Домашнє завдання

 

1. Вивчити роботу генератора на основі інтегрального 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. Визначити частоту та скважність вихідних імпульсів таймера для чотирьох варіантів ланцюга, який задає частоту, R7, R8, С3, С4 (перемикачі П4, П5)

 

Робоче завдання

1. Зняти і побудувати часові діаграми роботи генератора (виводи КТ5, КТ6).

Примітка: при роботі необхідно використовувати зовнішню синхронізацію осцилографа вихідним імпульсом генератора (КТ6)

2. За часовими діаграмами визначити параметри генератора: U⁰₂ , U¹₂ , t⁰¹_ф , t¹⁰_ф , Т₁ , Т₂ , скважність Q = Т₁ / (Т₁ + Т₂ ), де Т₁ - тривалість позитивного напівперіода та частоту f_г = 1 / (Т₁ + Т₂ ).

3. Визначити частоту генерації та скважність вихідних імпульсів генератора для чотирьох варіантів ланцюга, який задає частоту (П4 і П5).

Таблиця 3.4

U^02	U^12	t^01ф	t^10ф	Т1	Т2

 

Таблиця 3.5

П4	П5	Т1	Т2	Q	f

Примітка. Положення перемикачів П4 і П5 в віджатим стані відповідає «0». в натиснутому - «1».

Висновки

Контрольні питання

1. Поясніть принцип роботи генератора.

2. Поясніть залежність частоти генерації від опору і ємності.

3. Від чого залежить тривалість фронтів t⁰¹_ф , t¹⁰_ф вихідних імпульсів.

 

 

Інтегральної схеми

 

Мета роботи - дослідити принцип роботи і властивості генератора на основі спеціалізованої інтегральної схеми, визначити вплив параметрів компонентів схеми на параметри генератора.

 

Опис дослідної схеми

 

Досліджуваний генератор побудований на основі інтегральної схеми DD2 типу CD4046, яка представляє собою генератор, керований напругою (ГКН). Частота генерації визначається елементами R9, R10, C5, C7.

Перемикач П6 змінює частоту генерації, а П7 - діапазон перебудови частоти.

Керуюча напруга ГКН задається регулятором U_вх і контролюється вольтметром в контрольній точці КТ1. Контрольна точка КТ7 підключена до виходу генератора.

Рисунок 3.4

 

Домашнє завдання

 

1. Вивчити принцип роботи генератора на основі спеціалізованої інтегральної схеми (В.Л. Шило «Популярные цифровые микросхемы», М.1987г., стр. 278 – 283; Integrated Circuits catalog. – Texas Instruments, 2003, т. 3 стр.124 - 129).

2. Визначити частоту вихідних імпульсів для різних варіантів ланцюга, який задає частоту.

 

Робоче завдання

 

1. Зняти і побудувати часову діаграму роботи генератора (КТ7). При цьому встановити регулятором U_вх керуючу напругу рівною 2,5 В.

2. По часовій діаграмі визначити параметри генератора: U⁰ ₂ , U¹ ₂ , t⁰¹ _ф , t¹⁰ _ф , f_г Результати дослідів звести до таблиці.

3. Визначити залежність частоти генерації f_г від керуючої напруги U_вх та коефіцієнт перебудови частоти К = f_max / f_min для трьох варіантів ланцюга, який задає час (П6, П7). Результати вимірювань звести в таблицю. Діаграми залежності частоти генерації від керуючої напруги побудувати на загальному графіку в логарифмічному масштабі.

 

 

Таблиця 3.6

U^02 , В	U^12 , В	t^01ф , мкс	t^10ф , мкс	fг , Гц

 

 

Таблиця 3.7

Uвх , В		0.6	1.2	1.8	2.4	3.0	3.6	К
f, Гц, П6,П7 отк.
П6 вкл.
П7 вкл.
П6, П7 вкл.