Сделай Сам Свою Работу на 5

Исследование схем мультивибраторов на интегральных логических элементах





 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Изучение методов построения и принципов работы схем автоколебательных и ждущих мультивибраторов. Исследование влияния элементов времязадающей цепи на параметры импульсов.

 

 

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

2.1. Ждущие мультивибраторы (ЖМВ) на интегральных логических элементах

Принципиальная схема ЖМВ и временные диаграммы, иллюстрирующие его работу, приведены на рис.1 и 2. Управляющий (запускающий импульс подается на вход Uзап элемента Э1, формируемый импульс снимается с выходов элементов Э1 или Э2 (Uвых1 или Uвых2 ). В качестве логических элементов используются элементы И-НЕ.

В исходном состоянии (рис. 2) Uзап = Е1 (т.е. на входе действует сигнал 1), напряжение Uвх2 , равное падению напряжения на резисторе Rот входного элемента Э2 , низкое, Uвх2min =I вх2R и меньше Uпор, поэтому элемент Э2 закрыт, Uвых2 = Е1 , элемент Э1 открыт (на обоих входах Э1 действуют сигналы 1) и U вых1= E0 (или 0).

Запуск и опрокидывание

Пусть в момент t' на вход элемента Э1 поступает короткий запускающий импульс Uзап= Е0 : в процессе действия импульса на входе Э2 действует сигнал 0 , в результате запирается элемент Э1, на его выходе образуется положительный



Рис.1. Принципиальная схема ждущего мультивибратора.

 

перепад напряжения, который передается через конденсатор С на вход элемента Э2 . Последний отпирается, на его выходе напряжение становится равным Е0 (сигнал 0), этим уровнем напряжения поддерживается в закрытом состоянии элемент Э1 и после окончания действия запускающего импульса. Таким образом, подача в момент t' запускающего импульса привела к опрокидыванию схемы и тем самым к появлению соответствующих скачков напряжения на выходах элементов.

Рис.2. Временные диаграммы ЖМВ

 

Для отпирания элемента Э2 необходимо, чтобы :

,

где DU1 - перепад напряжения на выходе Э1 и входе Э2 ;

Uпор2 -пороговый уровень напряжения переключения элемента Э.

Значение перепада на входе:

,

где Rвых1 - выходное сопротивление Э1 .

Длительность запускающего импульса tuзап должна быть достаточной, чтобы обеспечить переключение обоих, элементов Э1 и Э2:

.

 

Состояние квазиравновесия

Состояние, в котором элемент Э1 закрыт, а Э2 открыт, является квазиравновесным. В этом состоянии происходит заряд конденсатора С через выходное сопротивление элемента Э1 и резистор R . По мере заряда конденсатора убывает ток заряда и напряжение Uвх2 на резисторе R; вместе с тем растет напряжение Uвых1 на выходе Э1 .



При достижении напряжением Uвх2 порогового уровня Uпор2 элемент Э2 начинает закрываться.

 

Обратное опрокидывание и восстановление исходного состояния.

В процессе запирания элемента Э2 (с момента t" ) возрастает напряжение на его выходе и при достижении им значения Uпор1 опрокидывается элемент Э1. Таким образом, после момента t’’ оба элемента Э1 и Э2 оказываются в открытом состоянии, и в результате действия положительной обратной связи возникает регенеративный процесс, приводящий к весьма быстрому полному отпиранию элемента Э1 и запиранию элемента Э2 . После обратного опрокидывания происходит процесс восстановления исходного состояния, связанный с разрядом конденсатора С через выходное сопротивление открытого элемента Э1 и резистор R . Нагрузку можно подключать к выходу элемента Э1 ( Uвых1) или элемента Э2 (Uвых2). Однако на выходе Э2 импульс имеет лучшую форму .

 

2.2. Автоколебательный мультивибратор.

Схема автоколебательного мультивибратора с дифференцирующими время задающими цепями на инверторах - элементах И-НЕ - приведена на рис. 3.

Рис.3. Автоколебательный мультивибратор с дифференцирующими времязадающими цепями

 

Если элемент Э1 закрыт, Э2 открыт, то при этом конденсатор С2 заряжается выходным током элемента Э1 , протекающим через резистор R2 , напряжение Uвх2 положительно и велико .Оно поддерживает в открытом состоянии элемент Э2. напряжение на конденсаторе С1 близко к нулю, этот конденсатор быстро разряжается в рассматриваемом интервале времени через выходное сопротивление элемента Э2 и резистор R1. Напряжение Uвх1 низкое и поддерживает элемент Э1 в закрытом состоянии. По мере заряда С2 убывает зарядный ток и уменьшается напряжение Uвх2 на R2 ; в момент достижения напряжением Uвх2 порогового уровня Uпор начинает запираться элемент Э2 и возрастать напряжение Uвых2. Рост Uвых2 передается через конденсатор С1 на вход элемента Э1, последний отпирается и развивается регенеративный процесс изменения токов и напряжений, завершающийся полным запиранием элемента Э2 и отпиранием Э1 - перехода мультивибратора во второе квазиустойчивое состояние. Теперь будет заряжаться конденсатор С1 через резистор R1 и выходное сопротивление элемента Э2 и вместе с тем будет разряжаться конденсатор С2 через выходное сопротивление элемента Э1 и резистор R2 .



Таким образом, в мультивибраторе имеет место автоколебательный режим. Период автоколебаний равен сумме интервалов квазиравновесия:

Т= tn1 + tn2 , , с учетом R1=R2=R; C1=C2=C ,

где Rвых1 -выходное сопротивление закрытого элемента.

Недостатком данной схемы является возможный срыв автоколебаний, когда оба элемента Э1 и Э2 закрыты. Это явление можно устранить, подав на вход Э1 или Э2 положительное смещение.

Если на выходе мультивибратора включить логический элемент И, то положительное смещение на входе Э1 или Э2 создается автоматически. Это автоматическое смещение подается на вход Э1 или Э2 когда на выходах Э1 и Э2 уровни напряжения высокие, и становится равным нулю, когда мультивибратор работает нормально (один элемент закрыт, и его Uвых высокое, а другой открыт, и его Uвых низкое).

Это достигается в схеме рис.4. Элемент И на выходе реализован с помощью двух элементов И-НЕ : Э3 и Э4 . При у1 =1 , у2 =1 имеем у3 = 0 , у4 = 1, и на вход Э2 поступает высокий уровень напряжения, который приводит к отпиранию Э2 и возникновению режима автоколебаний. Если на один из входов Э3 поступает сигнал 0, то у3 = 1, у4 = 0 , т.е. резистор R2 как бы заземлен, и мультивибратор работает в нормальном режиме.

Рис.4. Автоколебательный мультивибратор с защитой от закрытия элементов Э1 и Э2

 

3. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ

 

3.1. Лабораторный стенд мультивибраторов типа ЭС8А.

3.2. Электронный осциллограф.

Стенд ЭС8А сконструирован в виде настольного переносного прибора. Все ручки и органы регулирования и управления, а также измерительные приборы расположены на передней панели .

На фальшпанели стенда и накладывающихся на нее панелях схем нанесены соответствующие надписи и схемы входных и выходных цепей и цепей нагрузки.

На фальшпанели устанавливаются сменные панели исследуемых схем мультивибраторов .

4 . ЗАДАНИЕ НА ИССЛЕДОВАНИЕ

 

4.1. Исследование схем автогенераторного мультивибратора на логических интегральных схемах типа И-НЕ :

а) определение параметров импульсов в характерных точках схемы;

б) исследование влияния параметров элементов времязадающей цепи и нагрузки на параметры выходных импульсов мультивибраторов .

4.2. Исследование схем ждущего мультивибратора на логических ИМС типа И-НЕ :

а) определение параметров импульсов в характерных точках схемы;

б) исследование влияния параметров элементов времязадающей цепи и нагрузки на параметры выходных импульсов мультивибраторов .

 

5 . ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

5.1. Исследование схем автоколебательного мультивибратора на ИМС. На передней панели стенда установить сменную панель 5 и закрепить ее двумя невыпадающими винтами.

5.1.1. Для исследования верхней схемы панели 5 переключатель В2 группы “Выход . Нагрузка” установить в положение 1 .

Установить минимальное значение R4 (крайнее левое положение).

С помощью осциллографа снять и зарисовать в масштабе напряжения и времени импульсы в точках 4 , 5 , 8 и на выходе (в точке 10). То же самое проделать для среднего и максимального (крайнее правое положение ручки) сопротивления R4.

Для каждой осциллограммы (кроме точки 4) определить параметры импульсов:

U m -амплитуду импульса ;

tu - длительность импульса ;

tn- длительность паузы ;

tф- длительность фронта ;

T - период следования импульсов ;

F-частоту следования импульсов.

Все результаты исследования свести в таблицу.

 

Параметр импульса R4min R4cp R4max
  т.5 т.8 т.10 т.5 т.8 т.10 т.5 т.8 т.10
U m, B                  
tu, мс                  
tn, мс                  
tф, мс                  
T, мс                  
F, Гц                  

 

5.1.2. Для исследования нижней схемы панели 5 переключатель В2 установить и положение 2.

Для трех положений сопротивления R5 : минимального, среднего и максимального - снять осциллограммы в точках 6, 7 и на выходе (точка 10) мультивибратора. Зарисовать все осциллограммы в масштабе напряжения и времени. Значения параметров импульсов в точках 7, 10 занести в таблицу, аналогичную вышеприведенной.

5.1.3. Исследовать влияние нагрузки на параметры выходного

напряжения.

Для этого необходимо:

а) переключатель ВЗ группы "Нагрузка" установить в положение 1 и, изменяя Rg, просмотреть на экране осциллографа, вход которого подключить к гнезду 11 "Выход", форму напряжения на нагрузке; б) переключатель В3 группы "Нагрузка" установить в положение 2 и, изменяя Rg, пересмотреть на экране осциллографа, вход которого подключен к гнезду 12 "Выход", форму напряжения на нагрузке. Этот пункт необходимо выполнить для двух значений С11 с помощью переключателя В4 группы "Нагрузка".

5.2. Исследование схем заторможенного (ждущего) мультивибратора на ИМС. На передней панели лабораторного стенда установить смежную панель 6, закрепив ее двумя невыпадающими винтами.

С выхода генератора импульсов (одно из гнезд "Вых.ген.") соединительным шнуром подать запускающие прямоугольные импульсы положительной полярности через гнездо 2 (или 1) во входные цепи ждущих мультивибраторов. Соответствующими органами управления в группе "Генератор" установить такие значения амплитуды, длительности, частоты следования, а также форму выходных импульсов генератора, при которых в контрольных точках ждущих мультивибраторов импульсы имеют наилучшую форму (это примерно среднее положение органов управления генератора). Проконтролировать осциллографом сигнал в точке 1.

5.2.1. Для исследования верхней схемы ждущего мультивибратора переключатель В2 группы "Выход, нагрузка" установить в положение 1, переключатель ВЗ отключить. Для двух положений переменного сопротивления R1 (среднего и максимального) осциллографом снять импульсы в точках 8-10. Для всех импульсов определить параметры в соответствии с таблицей подп. 5.1.1.

5.2.2. Для исследования нижней схемы ждущего мультивибратора переключатель В2 установить в положение 2. Снять осциллограммы в контрольных точках 5 - 7, 10 аналогично подп. 5.2.1. Привести все осциллограммы в соответствующем масштабе.

5.2.3. Исследовать влияние нагрузки на параметры выходного напряжения. Опыт проделать аналогично п. 5.1.3.

 

6. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать:

-принципиальные схемы устройств, выполненных по ГОСТам;

-таблица результатов эксперимента;

-полученные осциллограммы напряжений, зарисованные на миллиметровой бумаге;

-анализ зависимости параметров сигналов от величины параметров элементов исследуемых схем;

-выводы по результатам исследования.

 

7 . КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объясните принцип работы автоколебательного мультивибратора на ИМС.

2. Чем обеспечивается автоколебательный режим работы мультивибратора?

3. Как можно изменить длительность, периода повторения выходных импульсов мультивибратора?

4. Объясните принцип работы ждущего мультивибратора на ИМС.

5. Чем обеспечивается ждущий режим мультивибратора?

6. От чего зависит длительность выходных импульсов ждущих мультивибраторов?

7. От чего зависит частота следования выходных импульсов в автоколебательном и ждущем мультивибраторах ?

8. Для чего в схему автоколебательного мультивибратора вводят автоуправляемое смещение ?

9. Объясните форму импульсов в контрольных точках исследуемых схем.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Преснухин Л. Н., Воробьёв В. Н., Шишкевич А. А. Расчёт элементов цифровых устройств. -М. : Высшая школа 1991. -529 с.

2. Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника/ Под ред. А.А. Краснопрошиной. - К.: Высш. шк, 1989. - 431 с.

3. Импульсные элементы автоматики и вычислительной техники: Учеб. пособие для вузов. /Под редакцией В. Д. Ефремова, В. К. Захарова. - Л.: Энергия, 1977. - 248 с.

4. Гольденберг Л. М. Импульсные устройства . - М. : Радио и связь , 1981. - 222 с.

5. Проектирование радиоэлектронных устройств на интегральных микросхемах / Под ред. С.Я. Шаца . - М. : Советское радио, 1976. -312 с.

 

 

Лабораторная работа № 9

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.