Лабораторная работа №6
Исследование формирователей импульсов
1. Цель работы: получение практических навыков в проектировании электронных устройств. Исследование характеристик и измерение параметров основных схем формирователей импульсов.
Теоретические основы
В системах передачи информации для ослабления влияния случайных флуктуаций, а также для управления в устройствах автоматики нередко требуется из коротких импульсов получать более широкие, определенной длительности. Эта задача легко реализуется с помощью ждущего мультивибратора (одновибратора).
Одновибратор является триггерной схемой, которая генерирует одиночный импульс под действием внешнего управляющего сигнала. При этом подразумевается, что формируемый импульс превышает длительность запускающего.
Как правило, применяют один из двух методов формирования импульса: аналоговый или цифровой. Наиболее простым является аналоговый — используется процесс перезаряда конденсатора.
Рассмотрим работу простейшего ждущего одновибратора (рис.2.1 а). После окончания запускающего импульса конденсатор заряжается через резистор до величины напряжения питания. При этом, как только напряжение достигнет Uпор — элемент D1.2 переключится. В этом случае длительность выходного импульса (tи) зависит от номиналов установленных емкости и резистора во времязадающей цепи. Упрощенная формула позволяет ориентировочно рассчитать длительность импульса:
(1),
где Е — напряжение питания схемы; Uпор - уровень используемого порога (рис. 1) для переключения элемента.
Рис. 1. Уровень используемого порога для переключения элемента.
С учетом разброса значений напряжения порога переключения (Uпор) длительность импульса может принимать значения от tмин=0,4RC до tмax=1,11RC. Обычно в одновибраторах используются ЛЭ из одного корпуса (кристалла). В этом случае разброс Uпор оказывается незначительным и можно принять tи=0,69RC. Это соотношение используется для определения длительности импульса в большинстве схем, Эпюры напряжения в контрольных точках поясняют процессы формирования выходного импульса.
Чтобы выходное сопротивление ЛЭ не сказывалось на точности расчета, а также не перегружался выход, резистор R1 должен быть номиналом не менее 10... 20 кОм. Чтобы пренебречь при расчетах емкостью монтажа, минимальная емкость С1 может быть 200... 600 пФ. Для получения высокой температурной стабильности временного интервала номинал R1 должен быть < 200 кОм, а конденсатор не более 1, 5 мкФ. Использование электролитических конденсаторов увеличивает нестабильность временного интервала.
Рис. 2.1 а) принципиальная электрическая схема ждущего одновибратора, б) диаграммы напряжений в контрольных точках
Схема, приведенная на рис. 2.1 не чувствительна к длительности входного импульса, из-за чего наиболее широко применяются в аппаратуре.
Порядок выполнения работы
- Из представленного набора элементов собрать на макетном планшете схему ждущего одновибратора (рис.2.1), руководствуясь справочником или рис.3.1.
Рис.3.1 Цекалевка а) микросхемы К176ЛЕ5, б) биполярного транзистора КТ 3102
- Собрать лабораторный стенд, подключив источник питания и осциллограф к схеме (п.1).
- Проверить правильное функционирование собранного стенда.
- Если стенд собран правильно, подать на вход схемы запускающий импульс, путем кратковременного нажатия кнопки, по свечению светодиода примерно оценить длительность выходного импульса.
- На экране двухканального осциллографа зафиксировать запускающий и выходной импульсы, сравнить их длительности, перевести полученные диаграммы в отчет.
- Из представленного набора резисторов заменить поочередно R1, и по экрану осциллографа замерить длительность выходных импульсов.
- Для каждого резистора из набора рассчитать длительность выходного импульса по формуле (1) и сравнить расчетные данные с экспериментальными. Различия в значениях объяснить.
- Построить графики зависимости длительности выходного импульса от величины резистора RC – контура, рассчитанной и экспериментальной, в одной плоскости.
Содержание отчета
1. Цель работы
2. Расчетные формулы
3. Принципиальные электрические схемы исследуемых устройств
4. Структурная схема лабораторного стенда
5. Рисунки (фотографии) с видом запускающего и выходного импульсов
6. Таблица измерений
7. Вывод
Вопросы для проверки
- Для чего применяются ждущие мультивибраторы (одновибраторы)?
- На каких элементах возможно построение ждущего одновибратора?
- Объясните принцип действия ждущего одновибратора, построенного на ЛЭ.
- Как зависит длительность выходного импульса ждущего одновибратора от напряжения питания, величины резистора и конденсатора в RC- контуре?
- Объясните назначение элементов в схеме ждущего одновибратора (рис. 2.1 а).