Часть II. Формирователи сигналов на основе rc–цепей

1. Цель работы

Приобрести навыки проектирования и расчета формирователей с применением ЛЭ и простейших RC – цепей, измерения их основных параметров.

2. Общие сведения

В схемотехнике электронных устройств широко применяются формирователи сигналов, принцип действия которых основан на инерционности RC-цепей и пороговых свойствах цифровых интегральных микросхем.

а) б)

Рисунок 7 – Схемы и временные диаграммы формирователей сигналов

На рисунке 7а) показана схема элемента задержки на основе интегрирующей цепи. В исходном состоянии конденсатор С1 разряжен, напряжение на входе ЛЭ равно нулю. При подаче на вход схемы положительного скачка напряжения с амплитудой U_m конденсатор начнёт заряжаться, формируя сигнал на входе ЛЭ. Когда напряжение на конденсаторе достигнет порогового уровня Uпор на выходе ЛЭ установится высокий уровень напряжения. Таким образом, переключение ЛЭ произойдет не сразу, а через отрезок времени t⁰¹_ЗД.

Как видно из временных диаграмм, на выходе ЛЭ формируется импульс, длительность которого определяется постоянной времени заряда конденсатора С1 и временем задержки распространения сигнала в микросхеме.

Если резистор подключить не к выходу генератора, а к источнику питания, то после заряда ёмкости на выходе ЛЭ в течение всего времени работы устройства будет сохраняться высокий уровень напряжения. Это свойство широко используется для автоматического формирования сигнала начальной установки режимов работы схем, обладающих памятью.

В схеме с укорачивающей (дифференцирующей) цепью, на рисунке 7б), в первый момент времени, на резисторе R1 устанавливается напряжение, равное значению входного напряжения Um. Далее конденсатор заряжается и на входе ЛЭ формируется экспоненциальный импульс напряжения U_R(t)=Um(t) - U_С(t). Входное напряжение ЛЭ снижается до порогового уровня принудительно и через некоторое время формируется укороченный выходной сигнал.

3. Подготовка к работе

3.1. Зарисуйте в отчет схемы исследования формирователей сигнала на основе RC-цепей (рисунок 8).

3.2. С учетом расчетов и исследований, проведенных в первой части лабораторной работы, определите, какими будут сигналы на входе и выходе ЛЭ. На какие параметры выходного сигнала ЛЭ повлияют инерционность RC-цепи и пороговые свойства ИМС

3. Выполнение работы

0. Перед началом работы со схемой в закладке Circuit>Schematic Options…>Show/Hide установите настройки отображения узлов схемы, номиналов её элементов и их обозначений (см. рисунок 9а).

а) б)

Рисунок 8 – Схемы исследования формирователей сигналов

С оберите схему на рисунке 8а). Подайте от генератора сигналов на вход последовательность прямоугольных импульсов с частотой 10 кГц, амплитудой 2В и постоянной составляющей 2 В (см. рисунок 9б).

а) б)

в)

Рисунок 9 – Рабочие настройки схемы исследования

Зарисуйте в отчет временные диаграммы входного сигнала генератора, сигналов на входе и выходе ЛЭ. Для исследований используйте режим анализа переходных процессов Analysis>Transient… в соответствующих узлах схемы. Пример настроек режима Transient приведен на рисунке 9в).

Измерьте по временным диаграммам длительности входных и выходных импульсов, задержку импульса на выходе ЛЭ при переключении в 0 и в 1. Определите по временным диаграммам входной уровень напряжения переключения ЛЭ. Оцените, как изменится выходной сигнал при изменении параметров элементов RC-цепи. Запишите полученные результаты, сформулируйте выводы.

0. Повторите исследования для схемы с укорачивающей RC-цепью. Зарисуйте в отчет временные диаграммы сигналов. Проведите измерения, запишите выводы.