МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Національний університет “Львівська політехніка”
Лабораторна робота № 3а Дослідження генераторів імпульсів прямокутної форми чекаючому режимі з дисципліни “Комп’ютерна схемотехніка” Мета роботи - вивчення принципів роботи і дослідження формувачів інтегральних сигналів, виконаних на інтегральних логічних елементах з використанням додаткових ємностей та резисторів. Загальні положення. Для отримання імпульсів прямокутної форми широко використовуються релаксаційні автогенератори (мультивібратори), побудовані на основі підсилювачів з додатнім зворотнім зв'язком. Терміном "автогенератор" називають пристрій, що генерує незатухаючі коливання без будь-якого запуску із-зовні і немає стійких станів рівноваги. Релаксаційний характер коливань вихідної напруги вказує на те, що умови самозбудження виконуються в широкому діапазоні частот. Релаксаційні генератори, в яких позитивний зворотній зв'язок створюється з допомогою кіл, називаються мультивібраторами. Якщо додатній зворотний зв'язок створюється з допомогою імпульсного трансформатора, то такі релаксаційні генератори називаються блокінг-генераторами. Релаксаційні генератори можуть працювати в двох режимах: автоколивному (мультивібратор) і чекаючому (одновібратор). В автоколивному режимі схема має два квазістійких стани, тривалість кожного з яких визначається часовизначною ланкою. В чекаючому режимі схема має один стійкий стан, в якому може знаходитись необмежене довго. Під дією короткого запускаючого зовнішнього імпульсу схема скачком переходить в квазістійкий стан, а потім самостійно повертається в початковий стан, формуючи імпульс заданої тривалості. При проектуванні мультивібраторів і одновібраторів в якості елементної бази використовують біполярні і цифрові мікросхеми. Останніми частіше за все є операційні підсилювачі і логічні елементи. Мультивібратори на основі логічних інтегральних мікросхем (ІМС), як правило, застосовують в цифровій апаратурі, бо при цьому найбільш повно забезпечується уніфікація елементної бази. Крім цього, в цьому випадку не потрібне узгодження рівнів сигналів релаксаційних генераторів та інших пристроїв апаратури. Чекаючі мультивібратори (одновібратори), як правило, використовують в якості формувачів управляючих сигналів (генераторів одиночних імпульсів) для вироблення синхроімпульсів і тактових сигналів запису і зчитування інформації. На рис.2 і рис.3 зображені відповідно принципова схема і часові діаграми чекаючого мультивібратора на логічних елементах DD1.1 і DD1.2, що реалізують функцію І-НІ. В початковому стані на виході елементу DD1.1 маємо високий рівень напруги U1вих (логічна одиниця), у зв'язку з тим що резистор R підключений до нульової шини і рівень напруги на вході DD1.І визначається падінням напруги UR=I0вхR на резисторі R від вхідного струму елемента; ця напруга менша порогової напруги Uпор.сх. При наявності на вході елемента DD1.2 високого рівня напруги на його виході створюється низький рівень напруги Uвих2=U0вих (логічний нуль). При подачі в момент часу t1 на вхід елементу DD1.2 запускаючого імпульса Uзап мікросхема DD1.2 переходить в стан логічної одиниці, коли Uвих2=U1вих. Скачок напруги Uлог=U1лог-U0лог передається через конденсатор С на вхід логічного елемента DD1.1, котрий переходить в стан логічного нуля, коли Uвих=U0вих. Після моменту часу t1 конденсатор заряджається за експоненціальним законом з постійною часу t=RC, а напруга Uвх1 падає з тією ж постійною часу. Одновібратор знаходиться в квазістійкому стані. В момент часу t2, коли напруга Uвх1 досягає порогового рівня Uпор.сх, відбувається перемикання елемента DD1.1 і відповідно елемента DD1.2. Одновібратор повертається в початковий стан. Для запобігання від'ємного скачка напруги Uвх1 в момент t2 і зменшення, таким чином, часу встановлення початкового стану схеми, а також для запобігання пробою емітерних переходів вхідного транзистора елементу DD1.1 на входах елементів ТТЛ ставлять захисні діоди. Тривалість вихідного імпульсу при R >> R1вих визначається формулою: / 1 / 2. Порядок виконання роботи. 2.1 Функціональна схема дослідження Дослідження виконується на базі мікросхеми К155ЛА3 (рис.3)
Рис. 1 Паспортні дані: Uж = +5В ((5%), Кзор = Коб = 10, U1вих ≥ 4В; U0вих ≤ 0,1В; Uпор = 1,5В; І0вх = 0,8мА 2.2 Розрахунок параметрів генератора і вибір елементів. Значення R вибираємо з умови, щоб напруга на цьому резисторі в режимі протікання струму І0 (в режимі входу – “0”) не перевищувала Uпор, тобто І0 * R 1( Uпор . Оскільки Uпор = 1,2 В, а І0 в режимі “0” = 0,8 мА , то значення R вибираємо рівним 1 кОм, а діод VD на вході (виводи мікросхеми 1 і 2) можна не встановлювати, оскільки в даній серії вони встановлені в середині мікросхеми на всіх входах. Конденсатор С розраховуємо за формулами /1/ . Відповідно до варіанту задано t і = 1мкс. Тоді C = 1 мкФ, оскільки ln (….) = 1. 2.3 Схема дослідження. Рис. 2. 2.4 Часові діаграми.
Рис. 3. 2.5 Виміряні значення величин. t і=1.1 мкс, U1вих = 3.9 В; U0вих = 0,07 В; Uпор = 1,5 В; Висновок: В цій лабораторній роботі ми ознайомились з будовою і роботою одновібратора на логічних ІMС, розрахували основні параметри та експериментально дослідили його роботу.