Лабы ЦСХТ / ЛР2 Генераторы временных интервалов

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ЭПУ

отчет

по лабораторной работе №2

по дисциплине «Цифровая схемотехника»

Тема: ГЕНЕРАТОРЫ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ

Студент гр.
Преподаватель		Герасимов В.А.

Санкт-Петербург

202X

Цели работы

Исследовать простейшие и наиболее удобные для сборки схемы мультивибраторов и одновибраторов, построенных на логических элементах, резисторах и конденсаторах. Одновибраторы в лабораторной работе используются в качестве схем – детекторов фронта, среза или изменения входного логического уровня. Мультивибраторы используются для создания периодических прямоугольных импульсов звуковой частоты, управления схемой выбора частоты в двутональном генераторе звука.

В качестве опциональной схемы предлагается собрать простую модель «электрического пианино».

Обработка результатов измерений

Номер варианта выполненной лабораторной работы – 13.

Рис. 1. Исследованная схема мультивибратора на инвертирующем триггере Шмитта

Приведем в отчете осциллограмму сигналов схемы (рис. 2). Каналы осциллографа показывают:

1 – генерируемые на выходе импульсы,

2 – изменяющееся напряжение на конденсаторе.

U_ПОР1

t_П

U_ПОР2

t_И

Рис. 2. Осциллограмма сигналов схемы мультивибратора на инвертирующем триггере Шмитта

Подписи на рис. 2 поясняют, как измерялись t_И, t_П, U_ПОР1,2.

Для интегральной микросхемы инвертирующего триггера Шмитта 74HC14 при напряжении питания 4,5 В величина U_ПОР2, также называемая верхним порогом переключения, составляет порядка 2,4 В, а величина нижнего порога U_ПОР1 – порядка 1,4 В.

Найдем в документации на микросхему 74HC14 значения U_ПОР1,2 («positive/negative going threshold») для напряжений питания 2 и 4,5 В, вычислим их паспортные значения для напряжения питания 3,3 В методом линейной интерполяции. Заполним таблицу 1 с параметрами схемы.

Табл. 1. Теоретические (паспортные) и экспериментальные параметры схемы

Параметр	Теоретическое значение	Экспериментальное значение
Пороговое напряжение UПОР1, В	0,61…1,472	1,23
Пороговое напряжение UПОР2, В	1,22…2,36	1,96
R1, кОм	100
С1, нФ	1000
Длительность импульса tИ, мс		40,4
Длительность импульса tП, мс		40,4
Период Т, мс	90,1	Т = tИ + tП = 80,8 мс

Значения параметров примерно соответствуют теоретически рассчитанным.

Исследуем схему детектирования фронта сигнала (рис. 3, 4).

Рис. 3. Исследованная схема детектирования фронта сигнала мультивибратора

Каналы на осциллограмме: 1 – U_ВЫХ1, 2 – U_С2, 3 – U₁, 4 – U_ВЫХ2.

t_И

Рис. 4. Осциллограмма сигналов схемы детектирования фронта сигнала мультивибратора

Расчетное значение длительности импульса на выходе схемы составляет:

Оно соответствует измеренному значению t_И ≈ 4,5 мс.

Исследуем мультивибратор (рис. 5, 6).

Рис. 5. Исследованная схема детектирования изменения сигнала мультивибратора

Каналы на осциллограмме: 1 – U_ВЫХ1, 2 – U_С2, 3 – U₁, 4 – U_ВЫХ2.

Рис. 6. Осциллограмма сигналов схемы изменения сигнала мультивибратора

Исследуем генератор двухтонального звукового сигнала – сирену (рис. 7, 8).

Рис. 7. Исследованная схема сирены (генератора двухтонального сигнала)

б

а

Рис. 8. Осциллограмма сигналов схемы сирены (генератора двухтонального звукового сигнала): при переключении на выходную частоту сигнала U_ВЫХ2 (а), при переключении на выходную частоту U_ВЫХ1 (б)

Каналы осциллограммы: 1 – U_ВЫХ1, 2 – U_ВЫХ2, 3 – U_ВЫХ3, 4 – U_ВЫХ4.

Ожидаемый эффект удвоения частоты, сигнала, поступающего с мультивибратора, наблюдается.

Также в процессе выполнения лабораторной работы была собрана схема имитатора «электрического пианино» (рис. 9), которая показала работоспособность.

Рис. 9. Имитатор «электрического пианино»

Выводы

В ходе лабораторной работы были собраны и исследованы схемы, содержащие одновибраторы и мультивибраторы, основу которых составили логические элементы, конденсаторы и резисторы.

Мультивибратор работал на базе мультивибратора на инвертирующего триггера Шмитта. Были получены и затем рассчитаны времена импульса и паузы, а также определены пороговые напряжения переключения устройства. Наблюдался эффект удвоения частоты сигнала с мультивибратора.

На одновибраторах была собрана схема детектора фронта сигнала.

На мультивибраторах сделаны схемы для генерации периодических прямоугольных импульсов, которые могут быть преобразованы в слышимые на выбранной частоте в двутональном генераторе звука.