МУ к лабораторным по ЭМПТ

Нажмите кнопку OK.

Соберите схему для проведения испытаний, подав к необходимым выводам исследуемого регистра соответствующие сигналы в зависимости от режимов работы – параллельным приемом и выдачей информации и последовательным приемом и выдачей информации.

Подключите входы логического анализатора к входам и выходам регистра. Раскройте лицевую панель логического анализатора (двойной щелчок левой кнопкой мыши, курсор на темной верхней строке прибо-

ра). Раскройте лицевую панель генератора слов. Сместите лицевые панели приборов на рабочем поле так, чтобы они были полностью видны.

Заполните генератор слов так, чтобы получились необходимые комбинации сигналов логического уровня. Установив режим работы STEP или CYCLE, проверьте работу схемы, нажатием кнопок STEP или тумблера питания, соответственно.

Данные экспериментов выведите на лист бумаги с помощью принтера. При вызове команды Print в открывшемся окне появляется список атрибутов схемы и приборов, которые могут быть распечатаны. Выберите нужные Вам, так чтобы рядом появился символ , а затем выполните команду Print.

Таблица 7.3

	74, 74LS, 74S,	K155, K555, K531,	74, 74LS, 74S,	K155, K555,
				K531,
	74F, 74ALS	K1531, K1533	74F, 74ALS
				K1531, K1533
	95	ИР1	198	ИР13
	164	ИР8	173	ИР15
	194	ИР11	195	ИР16
	195	ИР12	2504	ИР17

6. Содержание отчета

6.1.Цель работы.

6.2.Исследуемые схемы регистров в соответствии со стандарта-

ми.

6.3.Экспериментальные материалы в виде таблиц и осцилло-

грамм.

6.4.Выводы о проделанной работе.

104

7.Список используемой литературы

7.1.Новиков Ю. В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. - М.: Мир, 2001. - 379 с.

7.2.Партала О. Н. Цифровая электроника. - СПб.: Наука и техни-

ка, 2000. - 208 с.

7.3.Цифровые интегральные микросхемы: Справочник / Мальцев П.П., Долидзе Н.С., Критенко М.И. и др. – М.:Радио и связь, 1994. – 240с.: ил.

7.4.Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник

-М.: Металлургия, 1989. - 352 с.: ил.

105

Лабораторная работа № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРОВ

Цель работы: изучение принципов действия генераторов на транзисторах и интегральных микросхемах, получение практических навыков по исследованию их работы.

1. Общие положения

Электронными генераторами называются устройства, преобразующие постоянный ток в переменный с выходным сигналом синусоидальной, прямоугольной, пилообразной и специальной формы. Генераторы сигналов прямоугольной формы иногда называют мультивибраторами.

Ни одна электронная система не обходится без внутренних или внешних генераторов, задающих темп ее работы. Основные требования к генераторам – стабильность частоты колебаний и возможность снятия с них сигналов для дальнейшего использования. В настоящей лабораторной работе рассматриваются мультивибраторы, выполненные на транзисторах и цифровых интегральных микросхемах транзисторнотранзисторной логики (ТТЛ). У таких генераторов выходная частота колебаний находится в диапазоне от сотых долей Гц до десятков МГц.

2. Генераторы на транзисторах

2.1. Мультивибратор

На рис.8.1. приведена схема мультивибратора на транзисторах VT1 и VT2 с коллекторно-базовыми связями, которая используется для получения автоколебательного режима.

					+Ек
	R1	R2	R5	R6
Uвых1	C1			C3	Uвых2
Х1					Х2
VT1					VT2
					Х3
	Рис. 8.1. Мультивибратор
			106

Работа генератора становится понятной из рассмотрения диаграмм напряжений рис.8.2.

Uб1

t0		t1		t2	t3		t4		t5	t

Uк1

Ек

Uб2

t

t

Uк2

t

Рис.8.2. Диаграммы напряжений мультивибратора по схеме рис.8.1

Предположим, например, что в некоторый момент времени t0 мультивибратор находится в следующем состоянии: транзистор VT1 открыт и напряжение на его коллекторе близко к нулю, а транзистор VT2 закрыт отрицательным потенциалом Uб2 на его базе. Конденсатор С1, заряженный в предыдущем полупериоде, перезаряжается по цепи:

«плюс» источника питания Ек , резистор R2, конденсатор С1, открытый транзистор VT1, «минус» источника питания. Во время перезаряда конденсатора С1 на его правой обкладке поддерживается отрицательный потенциал и транзистор VT2 остается закрытым.

Длительность tи1 полупериода закрытого состояния транзистора VT2 определяется скоростью перезаряда конденсатора С2 через резистор R2. Поэтому данные элементы называются времязадающие. Одновременно конденсатор С3 заряжается от источника Ек через резистор R6 и эмиттерный переход открытого транзистора VT1. Время существования этого режима квазиравновесия определяется соотношением

107

tи1 0,7 R2 C1.

(8.1)

Если С1 = С3, то время заряда С3 меньше времени перезаряда С1,

так как R6 R2 (R6 = R1 = 1 кОм; R2 = R5 = 51кОм) и к моменту окончания процесса перезаряда С1 конденсатор С3 окажется заряженным до напряжения Ек. Как только конденсатор С1 разрядится и Uб2 станет равным нулю (момент t1) в схеме начнется процесс опрокидывания. Транзистор VT2 откроется, а транзистор VT1 сначала перейдет из ключевого режима в активную область, а затем закроется.

Так как состояния транзисторов изменились, то теперь уже процесс перезаряда конденсатора С3 через резистор R5 и открытый транзистор VT2 определяет второй полупериод tи2 работы мультивибратора, причем

tи2 0,7 R5 C3.

(8.2)

На рис.8.2 приведены диаграммы напряжений, когда С3 = 2С1. Период автоколебаний мультивибратора можно определить сле-

дующим образом

T tи1 tи2 0,7 (R2 C1 R5 C3).

(8.3)

Если R2 C1 R5 C3, то мультивибратор называется симметричным и длительности полупериодов равны, в противном случае мультивибратор называется несимметричным.

2.2. Блокинг – генератор

Блокинг – генераторы предназначены для формирования импульсов тока или напряжения прямоугольной формы преимущественно малой длительности (от единиц до нескольких сотен микросекунд)

По принципу действия блокинг – генератор представляет собой однокаскадный транзисторный усилитель с глубокой положительной обратной связью, осуществляемой импульсным трансформатором.

На рис.8.3 представлен блокинг – генератор с конденсатором в цепи обратной связи. Он выполнен на транзисторе VT1 с общим эмиттером и трансформаторе Т, первичная обмотка которого включена в цепь коллектора. Цепь положительной обратной связи осуществлена с помощью вторичной обмотки трансформатора и конденсатора С1. Диа-

108

граммы напряжений, иллюстрирующие работу блокинг-генератора, приведены на рис.8.4.

На интервале t0 – t1 транзистор VT1 закрыт, напряжение на его коллекторе равно Ек , напряжение на обмотках трансформатора равно нулю. Закрытое состояние транзистора VT1 поддерживается отрицательным напряжением на левой обкладке конденсатора С1, подключенном через вторичную обмотку трансформатора к эмиттерному переходу транзистора. Конденсатор С1 разряжается по цепи: вторичная обмотка трансформатора, источник питания Ек , резистор R1, конденсатор С1. В момент времени t1 конденсатор разряжается до нуля и транзистор VT1 открывается.

			+Ек
	R1	C1	Т
			Uвых
			Х2
		Х1	VT1
			Х3

	Рис. 8.3. Блокинг-генератор
Uк
t0	t1 t2	t3 t4
Uс		t
		t

Uб

t

Рис.8.4.Диаграммы напряжений

109

Процесс отпирания транзистора ускоряется положительной обратной связью или прямым блокинг-процессом. При отпирании транзистора напряжение на его коллекторе уменьшается, а на коллекторной обмотке трансформатора Т – увеличивается. Напряжение коллекторной обмотки трансформируется во вторичную обмотку с полярностью, ускоряющей процесс отпирания транзистора. Рост базового тока, в свою очередь, вызывает увеличение коллекторного тока и т.д.

Процесс формирования переднего фронта завершается переходом транзистора в режим насыщения. Длительность фронта в блокинггенераторах составляет доли микросекунды.

На интервале t1 – t2 формирования вершины импульса транзистор открыт и падение напряжения Uкз на нем мало. К коллекторной обмотке трансформатора прикладывается напряжение, близкое к Eк .

Протекающий на интервале t1 – t2 базовый ток, заряжая конденсатор С1 уменьшается. Вследствие чего уменьшается степень насыщения транзистора. В момент времени t2 базовый ток уменьшается настолько, что транзистор выходит из насыщения. Начинается процесс запирания транзистора, который также протекает лавинообразно и называется обратным блокинг-процессом. Время среза tc мало и отличается от времени фронта tф .

Закрытое состояние транзистора на интервале времени t1 – t2 поддерживается напряжением UC на конденсаторе, полярность которого показана на рис.8.4.

3. Генератор на цифровых интегральных микросхемах

Вариант генератора на цифровых интегральных схемах и времязадающими цепями приведен на рис.8.5.

	DD1.1		C1	DD1.2
9
	&	8	C2	1 &	3	Х1
10				2
						Выход
R1		R2
	VD1			VD2		Х3
	Рис.8.5. Генератор
			110

4.Порядок выполнения работы

4.1.Ознакомится с лабораторным стендом.

4.2.Ознакомиться с методикой осциллографирования в электронных схемах.

4.3.Подключить к лабораторному стенду напряжение +5В от регулируемого источника V1.

4.4.Включить напряжение питания и осциллограф.

4.5.Исследовать работу мультивибратора с коллекторно – базовыми связями в режиме внешней синхронизации осциллографа. Для чего дополнительным проводником соединить один из выходов мультивибратора с входом «синхронизация» осциллографа и переключить переключатель на внешнюю синхронизацию.

4.5.1.Снять на кальку диаграммы напряжений с обоих выходов мультивибратора, синхронизировав их во времени.

4.5.2.Рассчитать период и время полупериодов по выражениям (8.1 – 8.3), приняв емкости С1 и С3 равными 0,1мкф.

4.5.3.По указанию преподавателя изменить времязадающие сопротивления, получив несимметричный мультивибратор и повторить пункты 4.5.1 и 4.5.2.

4.6.Исследовать работу блокинг-генератора.

4.6.1.Снять на кальку диаграммы напряжений на коллекторе и базе транзистора генератора в режиме внешней синхронизации осциллографа.

4.7.Исследовать работу генератора на цифровых интегральных микросхемах.

4.7.1.Снять на кальку диаграммы напряжений с обоих выходов генератора, синхронизировав их во времени.

5.Порядок выполнения работы с программой

Electronics Workbench

5.1.Ознакомьтесь с элементной базой и инструментальными средствами программы Electronics Workbench.

5.2.Изучите методические указания к лабораторной работе.

5.3.Соберите генератор (по указанию преподавателя) на реальных элементах. Для этого вызовите библиотеку логических элементов (Logic Gates).

Установите курсор мыши на элемент NAND (И – НЕ) и, нажав левую кнопку, перемещая мышь, поставьте элемент на требуемое место наборного поля. Отпустите кнопку. Дважды щелкните по выделенному

111

элементу. Когда появится диалоговое окно, однократным щелчком выберите элемент Quad – 2 ln NAND серии 7400, затем щелкните по кноп-

ке Accept.

Вновь дважды щелкните по выделенному элементу. В появившемся диалоговом окне выберите элементы ttl, а затем – модель LS, щелкнув по ним левой клавишей.

Нажмите кнопку OK.

Подключив выход (выходы) генератора к осциллографу, исследуйте работу генератора.

Данные экспериментов выведите на лист бумаги с помощью принтера. При вызове команды Print в открывшемся окне появляется список атрибутов схемы и приборов, которые могут быть распечатаны. Выберите нужные Вам, так чтобы рядом появился символ , а затем выполните команду Print.

112

6. Содержание отчета

6.1.Цель работы.

6.2.Принципиальные схемы исследуемых генераторов в соответствии со стандартами, с описанием принципа их действия.

6.3.Таблицы, осциллограммы, комментарии и пояснения к ним.

6.4.Выводы о проделанной работе.

7.Литература

7.1.Бойко В.И. и др. Схемотехника электронных систем. Аналоговые и импульсные устройства. - СПб.: БХВ - Петербург, 2004. - 496 с.

7.2.Мальцева О.П., Кояин Н.В., Чернышев А.Ю. Программа конструирования и моделирования работы электронных схем Electronics Workbench 4.1. Методические указания по применению для студентов направления 55.13.00 и специальности 18.04.00 Центра дистанционного образования - Томск, Изд. ТПУ, 1998. - 47с.:ил.

7.3.Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. - М.: Мир, 1982. - 512с.: ил.

7.4.Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. - В 3-х томах: Т.1. Пер. с англ. - 4е изд. Перераб. и доп. – М.: Мир. 1993. - 413 с.: ил.

7.5.Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник

-М.: Металлургия, 1989. - 352 с.: ил.

113