Электроника 2.1 / Лабораторная №4

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ»

Инженерная школа энергетики Направление – 13.03.02

Электроэнергетика и электротехника

Отделение электроэнергетики и электротехники

«Исследование генераторов и одновибраторов на логических элементах»

Отчет по лабораторной работе №4 по дисциплине

«Электроника 2.1»

Исполнители:
студенты группы 5А8Д		Нагорнов А.В. Егоров Е.В. Сучков М.А.
Руководитель:
преподаватель	Боловин Е. В.

Томск - 2021

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

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 транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). У таких генераторов выходная частота колебаний находится в диапазоне от со­тых долей Гц до десятков МГц.

Мультивибратор

На рис. 1 приведена схема мультивибратора на транзисторах VT1 и VT2 с коллекторно-базовыми связями, которая используется для получения автоколебательного режима.

Рисунок 1

Предположим, например, что в неко­торый момент времени t_o мультивиб­ратор находится в следующем со­стоянии: транзистор VT1 открыт и напряжение на его коллекторе близко к нулю, а транзистор VT2 закрыт от­рицательным потенциалом U < n 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 t_и1 полупериода закрытого состояния транзистора VT2 определяется скоростью перезаряда конденсатора С2 через резистор R2. Поэтому данные элементы называются времязадающие. Одновременно кон­денсатор СЗ заряжается от источника Ек через резистор R6 и эмиттерный переход открытого транзистора VT1. Если С1 = С3, то время заряда СЗ меньше времени перезаряда С1, так как R5 < R2 (R6=R1=300 Ом; R2=R5=15 кОм) и к моменту окончания процес­са перезаряда С1 конденсатор СЗ окажется заряженным до напряжения Ек. Как только конденсатор С1 разрядится и Uб2 станет равным нулю, в схеме начнется процесс опрокидывания. Транзистор VT2 откроется, а VT1 сначала перейдет из ключевого режима в активную область, а затем закроется.

Так как состояния транзисторов изменились то теперь уже процесс перезаряда конденсатора СЗ через резистор R5 и открытый транзистор VT2 определяет второй полупериод t_и2 работы мультивибратора.

Рисунок 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 .2 представлен блокинг-генератор с конденсатором в цепи об­ратной связи. Он выполнен на транзисторе VT5 с общим эмиттером и транс­форматоре Тр, первичная обмотка которого включена в цепь коллектора. Цепь положительной обратной связи осуществлена с помощью вторичной обмотки трансформатора и конденсатора С7.

Рисунок 3

В первый момент времени транзистор VT5 закрыт, напряжение на его коллек­торе равно +Ек напряжение на обмотках трансформатора равно нулю. За­крытое состояние транзистора VT5 поддерживается отрицательным напря­жением на "левой" обкладке конденсатора С7, подключенном через вторич­ную обмотку трансформатора к эмиттерному переходу транзистора. Конден­сатор С7 разряжается по цепи: вторичная обмотка трансформатора, источник питания Ек, резистор R14, конденсатор С. В момент времени t₁ конденсатор разряжается до нуля и транзистор VT5 открывается.

Процесс отпирания транзистора ускоряется положительной обратной связью или прямым блокинг-процессом. При отпирании транзистора на­пряжение на его коллекторе уменьшается, а на коллекторной обмотке трансформатора Тр - 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 блокинг-генераторах составляет доли микросекунды.

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

Протекающий на интервале t₁ – t₂ базовый ток, заряжая конденсатор С7 уменьшается. Вследствие чего уменьшается степень насыщения транзистора. И 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 t_с мало отличается от времени фронта t_ф

Закрытое состояние транзистора на интервале времени t₁ – t₂ поддерживается напряжением U_c на конденсаторе.

Генератор на цифровых интегральных микросхемах

Исследование генератора на цифровых интегральных микросхемах проведем с помощью программы Electronic Workbench 5.12, на элементах И-НЕ ТТЛ серии, модели LS.

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы были изучены принципы действия генераторов на транзи­сторах и интегральных микросхемах, получены практические навыки по исследованию их работы.