Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Комп’ютерні науки
Кафедра:
Автоматизовані Системи Управління
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Схемотехніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
“ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Кафедра „автоматизовані системи управління”
Методичні вказівки до лабораторних робіт
з курсу "СХЕМОТЕХНІКА ЕОМ" для студентів
спеціальності 6.08.04 "Комп'ютерні науки"
lab3
Затверджено на засіданні кафедри
АСУ
Лабораторна робота №3
Генератори імпульсів прямокутної форми.
Мета роботи: Вивчення принципів роботи і дослідження формувачів управляючих сигналів, виконаних на інтегральних логічних елементах з використанням додаткових ємностей і резисторів.
1. 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
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.
На рис.1,а. представлена типова схема автоколивного мульвібратора на логічних елементах І-НІ. Вона складається з мультивібратора на елементах DD1.1 і DD1.2 з перехресними додатніми зворотніми зв'язками через конденсатори С1 і С2 та двох елементів DD1.3 і DD1.4, які служать для забезпечення режиму м'ягкого самозбудження коливань в схемі. При включенні живлення і можливій появі на обох виходах елементів DD1.1 і DD1.2 сигналів логічної одиниці спрацьовують елементи DD1.3 і DD1.4. На вхід DD1.2 поступає високий рівень напруги, що викликає перемикання DD1.2 в стан логічного нуля на виході і приводить до виникнення режиму автоколивань.
Часові діаграми, які харектеризують роботу схеми в режимі автоколивань, приведені на рис. 1,b. В момент часу t1 напруга Uвх2 змінюється від рівня U0вих, що відповідає логічному нулеві, до рівня U1вих - логічної одиниці. У зв'язку з тим, що С2 представляє собою в момент t1 часу коло, замкнуте накоротко (напруга на конденсаторі скачком змінитися не може), то Uвх1(t1)=U1вих і, як наслідок Uвих1(t1)=U0вих. Різка зміна напруги Uвих1 від значення U1вих до значення U0вих через конденсатор С2 передається на вхід елемента DD1.2 і створює небажаний від'ємний викид напруги Uвх1. Цей від'ємний викид може привести до пробою відповідного входу. Тому у всіх серійних мікросхемах ТТЛ з додатньою логікою всі входи мають захисні діоди, що входять в принципові схеми елементів. Після моменту часу t1 конденсатор С1 починає заряджатися з постійною часу tзар1=R1C1, а напруга Uвх1 наближається до нуля з тою ж постійною часу. При досягненні напругою Uвх1 порогового значення Uпор.сх, при якому перемикається елемент DD1, напруга Uвих1 скачком змінюється до значення логічної одиниці, тобто Uвих1(t2)=U1вих, що приводить до зміни напруги Uвх2(t2)=U1вих і, як наслідок, Uвих2(t2)=U0вих. Таким чином, мультивібратор переходить в наступний квазістійкий стан, протягом якого відбувається заряд конденсатора С2 і зміна напруги Uвх2 з постійною часу tзар1=R2C2. При Uвих2(t3)=Uпор.сх мультивібратор переходить в новий квазістійкий стан, протягом якого заряджається конденсатор С1, тобто, цикл повторюється.
У відповідності з часовими діаграмами (рис. 1,b) тривалість імпульсу вихідної напруги визначається за формулою:
Тривалість паузи між сусідніми вихідними імпульсами напруги:
де UR1, UR2 – падіння напруги на резисторах R1, R2 від протікання струму I0вх елементу при низькому рівні вхідної напруги (UR1=I0вхR1, UR2=I0вхR2); R1вих – вихідний опір елементу при високому рівні вихідної напруги. Як правило, вибирають R1=R2=R. При виконанні нерівності R>>R1вих будем мати:
а)
б)
Рис.1 Мультивібратор на логічних елементах І-НІ
а) схема; б) часові діаграми.
Одновібратори
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 зображені принципова схема (а) і часові діаграми (б) 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:
а)
б)
Рис.2. Одновібратор на лічильних елементах І-НІ: а) схема; б) часові діаграми.
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
Роботу виконують на лабораторному стенді, використовуючи документацію на стенд. Час виконання роботи - 4 год.
Роботу виконують в такому порядку:
Ознайомтесь з теоретичною частиною лабораторної роботи і лабораторним стендом.
Отримати від керівника завдання на розрахунок елементів схеми досліджуваного мультивібратора (див. таблицю 1 і рисунок 3).
Нарисувати схему комутації мікросхеми К155ЛАЗ на стенді згідно з схемою (привести робочу схему мультивібратора).
Зібрати схему досліджуваного мультивібратора (рис.З), використовуючи розраховані елементи.
Зняти і побудовата (в часовій залежності) осцилограми напруг схеми в точках "Uзап","А","В":"С".
Порівняти результати роботи схеми при заміні номіналів конденсатора С (двічі), зробити відповідні висновки.
Дослідити схему мультивібратора, зібрану на макеті (див. схему, приведену в документації на макет).
Рис.3. Схема досліджуваного мультивібратора.
ТАБЛИЦЯ 1
номінал
елементу
№ варіанту
1
2
3
4
5
6
R
500 Ом
C
1.5 нФ
8.2 нФ
47 нФ
68 нФ
82 нФ
2.2 нФ
3. ЗМІСТ ЗВІТУ
Мета роботи.
Короткі відомості з теорії.
Короткий опис і умовне позначення мікросхеми К155ЛАЗ.
Привести розрахунок елементів схеми досліджуваного мультивібратора.
Привести еквівалентні схеми розряду і заряду конденсатора С, згідно яких був проведенний розрахунок елементів схеми.
Умовні графічні позначення, схеми, таблиці, осцилограми напруг в характерних точках схеми (рис.З. і схеми макету).
Висновки і порівняння.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
Що таке релаксаційний автогенератор?
Для яких цілей призначені формувачі сигналів?
Які основні режими роботи мультивібраторів і їх характерні особливості?
Як працює автоколивний мультивібратор?
Як працює чекаючий мультивібратор?
Якими параметрами схеми визначається тривалість сигналів, що формуються мультивібратором?
Як можна збільшити стабільність частоти генерації сигналів?
18.02.2013 18:02-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора