Описание макета и порядок выполнения работы

2.1 В данной работе использована своя часть макета УСО, приведенного в предыдущей лабораторной работе (см. рис. 8.1). Выделение этой части производится с помощью соответствующей настройки УСО. В эту часть входят: АЦП, буфер DD1, вход D и выход В порта DD3, индикаторы канала В (Uн В), вход х1, клавиатура управления Р7 Р6…Р0 и кнопки управления «CS», «АВТ», А1, А0 и «ЗАП»(«WR»).

АЦП состоит из: устройства сравнения УС; генератора импульсов ГИ; регистра последовательного приближения РПП; цифро-аналогового преобразователя ЦАП. Принцип действия АЦП заключается в следующем. На один вход х1 УС подается преобразуемый аналоговый сигнал (напряжение Uвх), а на второй вход х2 этого устройства подается выходной сигнал (напряжение с выхода ЦАП). При включенной (нажатой) кнопке «АВТ» ГИ подает импульсы на вход х3 РПП. В этом регистре происходит накопление двоичной информации и на выходе его имеются различные двоичные коды, которые поступают на буфер DD1 и ЦАП, последний преобразует их в соответствующие аналоговые величины. Эти величины сравниваются в УС с входной величиной (Uвх) и при их равенстве УС выдает на УПП управляющий сигнал на отключение РПП и на индикаторах канала В (Uн В) через выход В порта DD3 должен идицироваться двоичный код, соответствующий величине входного аналогового сигнала Uвх.

2.2 Для работы АЦП необходима следующая настройка УСО, т.е. соответствующее выполнение команд (нажатие необходимых кнопок управления в определенной последовательности).

2.2.1 Записать в специальный регистр порта DD3 управляющее слово РУС (в полном соответствии с п.2.3.1 лабораторной работы №8).

2.2.2 Нажать кнопку А0 (А0=1), отжать кнопку А1 (А1=0), отжать кнопку «СS», т.е. подключаются выходы данных буфера DD1 ко входу порта DD3 и соответственно к индикаторам Uн В.

2.3 Исследование АЦП включает в себя снятие зависимости двоичного цифрового кода N () на индикаторах Uн В от входного аналогового сигнала Uвх. Производится это следующим образом: нажимаем кнопку «АВТ», устанавливаем по цифровому вольтметру Uвх=0 (или близкое к нему – в крайнем левом положении ручки «Uвх» стенда), отжимаем кнопку «АВТ», нажимаем «WR», фиксируем по индикаторам Uн В двоичный код, в котором кнопке Р7 соответствует на индикаторе Uн В двоичный разряд 2⁷, Р6 → …Р0 → при условии условии свечения этих индикаторов, и нули – при отсутствии их свечения. Затем с помощью ручки Uвх и цифрового вольтметра устанавливаем Uвх=1В, нажимаем кнопку «АВТ» и отжимаем ее, фиксируем по индикаторам Uн В двоичный код и переводим его в десятичное число ДЧ. Итак, через 1В до 10 В снимаем значения Uвх, соответствующие им значения двоичного кода и десятичного числа, данные свести в таблицу и построить зависимость ДЧ= f (Uвх).

2.3.1 Снять осциллограммы цикла преобразования АЦП, используя два канала осциллографа С1-93 при отжатых кнопках коммутатора. Для этого нажать кнопку «АВТ», установить АЦП в рабочий режим преобразования аналогового сигнала Uвх в цифровой код. Соединить проводниками гнезда «Y1(I)» и х2 (выход ЦАП), гнезда Y3(I) и х3 (выход ГИ). Осциллограммы выходов ЦАП и ГИ снять для двух значений входных сигналов, установив ручкой «Uвх» значения 1В и –8В (гнездо х1). Измерить частоту тактовых импульсов ГИ и время преобразования на выходе ЦАП.

 

Содержание отчета

3.1 Схема макета УСО (рис.8.1).

3.2 Порядок настройки УСО на исследование АЦП.

3.3 Табличные данные экспериментов, графические зависимости и осциллограммы преобразования АЦП.

3.4 Выводы по работе.

4. Контрольные вопросы

4.1 Приведите наиболее распространенные принципы и схемы построения АЦП.

4.2 Назовите области применения АЦП.

Лабораторная работа № 10

Исследование мультивибратора на транзисторах

Цель: проанализировать схемотехническое построение мультивибратора на транзисторах, теоретически рассчитать и экспериментально определить значение динамических параметров при различных значениях элементной базы.

Теоретическая часть

Мультивибраторы (МВ) являются генераторами релаксационных колебаний. В импульсной и цифровой схемотехнике они широко применяются для получения импульсов прямоугольной формы.

Существует большое разнообразие принципов построения МВ и их схемотехнических решений. Наиболее часто для построения МВ применяются двухкаскадные транзисторные ключи, охваченные положительной обратной связью ПОС, элементами которой являются RC-цепочки.

МВ могут работать в одном из трех режимов: автоколебаний; ждущем (заторможенном) и синхронизации (деления частоты). В данной лабораторной работе рассматривается первый режим работы МВ, для которого характерны два состояния квазиравновесия. Во время этих состояний происходят относительно медленные изменения токов и напряжений в выходных и управляющих цепях МВ. Квазирезонансные состояния заканчиваются лавинообразным изменением токов и напряжений в этих цепях.

Для создания автоколебательного режима работы, рассмотренного выше двухкаскадного транзисторного ключа, охваченного ПОС, необходимо выполнение двух условий возбуждения:

баланс амплитуд:

, (10.1)

баланс фаз:

, (10.2)

где К_кi – коэффициент передачи I-го ключа;

К_посі – коэффициент перчачи j-й ПОС;

- фазовый сдвиг соответственно і-го ключа и j-ой ПОС;

n – коэффициент фазового сдвига, значения которого принадлежат множеству К={0,1,2…}.

Условия самовозбуждения рассмотренного МВ должны выполняться не на одной частоте, как в генераторах гармонических колебаний, а в широком диапазоне частот f ().

На рис.10.1 приведено схемотехническое представление исследуемого МВ, который включает в себя: два транзисторных ключа (VT1, R_k1 и VT2, R_k2 ) и две цепочки ПОС (C1, R1 и C2, R2). Если оба ключа и их ПОС идентичны, то есть соответствующие элементы совершенно одинаковы (VT1 VT2, R_k1 и R_k2 , С1 и С2, R1 и R2), то получим симметричный МВ, у которого значения напряжения на выходе ключей U_k1=U_k2, длительность импульса t_u равна длительности паузы t_u. Изменение значения одного или нескольких элементов схемы нарушает симметрию МВ и приводит к нарушению отмеченных выше равенств (U_k1 U_k2; t_и t_п), но при сохранении условий самовозбуждения автоколебательный режим сохраняется.

 

 

Рисунок 10.1. – Принципиальная схема МВ на транзисторах

Порядок выполнения работы

2.1. Макет лабораторной работы №

 

Рисунок 10.2 – Принципиальная схема макета МВ на транзисторах

 

2.2. Снять осциллограммы в контрольных точках схемы (х1, х2, х3, х4), для чего необходимо: использовать коммутатор стенда, при этом нажать кнопки «Вкл» и «Y1-Y4» и пользоваться гнездами входов «Y1-Y4», а также ручками «Y2», «Y3» и «Y4» - на панели управления стенда; с помощью соединительных проводников подключить вход внешней синхронизации и выход «_۸_» генератора развертки осциллографа С1-93 к соответствующим гнездам на боковой стенке стенда; соединить проводниками гнезда «Y1(I)» и Х1, «Y2» и Х2, Х3(II) и Х4, Х4, «Y4» и Х3; используя ручки стенда «Y2», «Y3» и «Y4» расположить на экране исследуемые осциллограммы в указанных точках схемы МВ.

2.3. Экспериментально измерить с помощью осциллографа динамические параметры МВ на транзисторах (длительности импульса, периода Т и частоты f колебаний МВ) в следующих режимах его работы: 1 – S1 и S2 разомкнуты; 2 - S1 и S2 замкнуты; 3 - S1 – замкнут, а S2 – разомкнут; 4 - S1 – разомкнут, а S2 – замкнут.

2.4. Теоретически рассчитать значения экспериментально определенных в п.2.3 динамических параметров. Сравнить теоретические и экспериментальные данные и объяснить их расхождения. Для расчета принять следующие значения параметров: R1=R2=10 кОм; R_к1=R_k2=1,5 кОм; С1=С2=С3=С4=0,022 мкф; транзистор КТ315Г.

 

Содержание отчета

3.1. Схемы эксперимента.

3.2. Экспериментальные данные – осциллограммы в контрольных точках схемы (Х1, Х2, Х3, Х4) для четырех режимов работы МВ (см. п.2.3.).

3.3 Теоретические расчеты динамических параметров МВ t_u, t_п, Т, f для четырех режимов работы (см. п.2.3) и объяснение расхождения теоретических и экспериментальных данных по ним.

 

4. Контрольные вопросы

4.1. Особенности схемотехнического построения МВ на транзисторах.

4.2. Привести и объяснить условия самовозбуждения двухкаскадного транзисторного ключа, охваченного ПОС.

4.3. Объяснить различие значений динамических параметров МВ от значений параметров его элементной базы, в том числе и RC – цепочек.

 

Литература

1. Схемотехніка електронних систем: Підручник в двох томах / Жуйков В.Я., Бойко В.І., Зорі А.А., Співак В.М. – К.: Аверс, 2002. – 772 с. Том. 2. Цифрова схемотехніка / Жуйков В.Я., Бойко В.І., Зорі А.А., Співак В.М. – К.: Аверс, 2002. – 406с.

2. Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства – М.: Высш. шк., 1989. – 527с.

3. Ефремов В.Д. и др. Импульсные устройства автоматики и вычислительной техники: Л:Энергия, 1977. – 284с.

4. Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-вычислительной аппаратуре – Л: Энергоатомиздат, 1986. – 280с.

5. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – 2-е изд., перераб. И доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. – 304 с.