Лабораторная работа № 8 Исследование схем мультивибраторов на интегральных логических элементах

1. 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 U_зап элемента Э1, формируемый импульс снимается с выходов элементов Э1 или Э2 (U_вых1 или U_вых2 ). В качестве логических элементов используются элементы И-НЕ.

В исходном состоянии (рис. 2) U_зап = Е₁ (т.е. на входе действует сигнал 1), напряжение U_вх2 , равное падению напряжения на резисторе R от входного элемента Э2 , низкое, U_вх2min =I _вх2R и меньше U_пор, поэтому элемент Э2 закрыт, U_вых2 = 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 U_зап= 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 U₁ - перепад напряжения на выходе Э1 и входе Э2 ;

U_пор2 -пороговый уровень напряжения переключения элемента Э.

Значение перепада на входе:

,

где R_вых1 - выходное сопротивление Э1 .

Длительность запускающего импульса t_uзап 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 U_вх2 на резисторе R; вместе с тем растет напряжение U_вых1 на выходе Э1 .

При достижении напряжением U_вх2 порогового уровня U_пор2 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 U_пор1 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 ( U_вых1) или элемента Э2 (U_вых2). Однако на выходе Э2 импульс имеет лучшую форму .