Электроника 2.1 / Лабораторная №4
.docМИНИСТЕРСТВО 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 to 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 tи1 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 tи2 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 Uкэ на нем мало. К коллекторной обмотке трансформатора прикладывается напряжение, близкое к Ек.
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 tс мало отличается от времени фронта tф
Закрытое состояние транзистора на интервале времени t1 – t2 поддерживается напряжением Uc 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.