Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроника. Лабораторный практикум. В 2 частях. Ч.1. Учебное пособие
.pdf
7.2. Описание лабораторного модуля
В лабораторной работе исследуется ОУ КР140УД608. Лицевая
панель лабораторного модуля
«Операционный усилитель» представлена на рис.50.
На панели модуля представлена
мнемосхема исследуемого усилителя и установлены регулирующие и коммутирующие элементы.
Спомощью потенциометра RP1
на вход усилителя (гнезда Х4, Х8,
Х9, Х12) может быть подано регулируемое постоянное напряжение
как с положительной, так и с отрицательной полярностью или переменный сигнал от функциональ-
Рис. 50. Модуль
«Операционный усилитель»
ного генератора, подключаемого
между гнездами Х11–Х14. С помощью переключателей SA1…SA4
изменяют параметры соответствующих элементов схемы (табл.20).
В качестве источника переменного входного сигнала используется
модуль «Функциональный генератор». Измерение постоянных напряжений осуществляют вольтметром модуля мультиметров. Для осциллографирования сигналов применяют двухканальный осциллограф.
Параметры элементов
SA1 SA2 SA3 SA4
, кОм С2, нФ С1, нФ R5, кОм
R
4
1 2 3 4 5 1 2 1 2 1 2
20 50 100 150 200 6,8 10,0 1,5 10,0 200 400
Таблица 20
Сопротивления на входах операционного усилителя равны
R
= R2 = R3 = 10 кОм; сопротивление нагрузки Rн = 10 кОм. На-
1
пряжение питания ОУ двухполярное U
= ±15 В.
п
81
7.3. Методические указания по выполнению лабораторной работы
7.3.1. Исследование компаратора
Принципиальная электрическая схема исследования компаратора представлена на рис.51. Для выполнения лабораторной работы
необходимо источник опорного напряжения подключить к неинвертирующему входу ОУ (соединить перемычкой гнезда Х3–Х12).
Между гнездами Х11–Х14 подключите источник входного сигнала
(модуль «Функциональный генератор») и соедините перемыч-
u
вх
кой гнезда Х4–Х11. Вольтметр включите между гнездами X12–X14.
Включите питание модуля.
Снимите осциллограммы работы компаратора при сравнении
постоянного (опорного) и переменного напряжений. Для этого канал
СН2 осциллографа подключите к выходному гнезду Х10 ОУ, а канал
СН1 – к входному переменному напряжению (гнездо Х4), корпус
осциллографа «⊥» соедините с гнездом X14. Установите амплитуду
переменного синусоидального напряжения ручкой модуля «Функциональный генератор» на уровне 2,5 В с частотой 10 Гц и на протяжении всех опытов не изменяйте. Опорное напряжение U
установите
оп
согласно таблице вариантов. Сохраните показания осциллографа
входное u
и выходное u
вх
характеристику с учетом полученной осциллограммы и значения U
напряжения. Постройте амплитудную
вых
оп
Выключите питание модуля!
.
82
R
1
CH1(X)
R
3
U
вх
RP1
G
R
н
CH2(Y)
U
вых
–
U
оп
V
Рис. 51. Принципиальная электрическая схема
исследования компаратора
7.3.2. Исследование триггера Шмитта
Принципиальная электрическая схема исследования триггера
Шмитта представлена на рис.52. Для выполнения лабораторной
работы необходимо собрать схему двухвходового компаратора с
положительной обратной связью, соединив гнезда Х10–Х13. Включите питание модуля.
Снимите осциллограммы работы триггера Шмитта при сравнении
постоянного (опорного) и переменного напряжений. Для этого канал
СН2 осциллографа подключите к выходному гнезду Х10 ОУ, а канал
СН1 – к входному переменному напряжению (гнездо Х4), корпус
осциллографа «⊥» соедините с гнездом X14. Установите амплитуду
переменного синусоидального напряжения ручкой модуля «Функциональный генератор» на уровне 2,5 В с частотой 10 Гц и на протяжении всех опытов не изменяйте. Опорное напряжение U
установите
оп
согласно таблице вариантов. Сохраните показания осциллографа
входное u
характеристику с учетом полученной осциллограммы и значения U
и выходное u
вх
напряжения. Постройте амплитудную
вых
оп
Переключите развертку осциллографа в положение «X / Y». Сохраните показания осциллографа. По показаниям осциллографа
определите ширину петли гистерезиса.
Выключите питание модуля!
.
R
1
CH1(X)
R
3
U
вх
RP1
G
–
U
V
оп
R
R
н
5
CH2(Y)
U
вых
Рис. 52. Принципиальная электрическая схема
исследования триггера Шмитта
83
7.3.3. Исследование мультивибратора
Для выполнения лабораторной работы необходимо собрать схему мультивибратора (рис.53). Для этого отсоедините все источники
напряжений от входных цепей ОУ (гнезда Х4, Х8, Х9, Х12). Соберите
цепь положительной обратной связи, соединив перемычкой гнезда:
Х10–Х12 и Х13–Х14, а затем RC-цепь, установив дополнительные
перемычки между гнездами: Х6–Х7, Х1–Х5 и Х2–Х14. При помощи
переключателей SA1, SA2 и SA4 установите заданные значения
сопротивлений и емкостей в соответствии с таблицей вариантов.
Включите питание модуля.
Снимите осциллограммы работы мультивибратора. Для этого
канал СН1 осциллографа подключите к выходному гнезду Х10 ОУ,
а корпус осциллографа «⊥» соедините с гнездом X14. Сохраните
показания осциллографа. Обработайте осциллограммы. Определите масштабы по осям Y и X, частоту на выходе. Сравните
экспериментальное значение частоты на выходе мультивибратора
с расчетной.
Исследуйте влияние сопротивлений R
и R5 на изменение часто-
4
ты на выходе мультивибратора. Для этого с помощью переключателя
SA1 установите любое значение R
. Сохраните осциллограммы.
4
R
4
84
CH1
С2
R
3
R
5
Рис. 53. Принципиальная электрическая схема
исследования мультивибратора
R
U
н
вых
По показаниям осциллографа определите выходную частоту мультивибратора. Установите первоначальное значение сопротивления
R
. Аналогичные действия повторите для сопротивления R5.
4
Полученные экспериментальные данные занесите в табл. 21–22.
Таблица 21
Нумерация осциллограмм экспериментального исследования
Номер опыта С2, нФ R4, кОм R5, кОм Наименование файла
1 10
6,8
2 6,8 20
3
6,8 200
20 400
50
100
400
150
200
400
200
Таблица 22
Результаты расчета и экспериментальных исследований
R3, кОм R4, кОм R5, кОм C2, нФ β f
Выключите питание модуля!
вых,
Гц f
вых_опыт,
Гц δ, %
85
7.4. Содержание отчета
Отчет выполняется СТРОГО индивидуально и должен содержать
следующие пункты:
1. Наименование и цель работы.
2. Принципиальные электрические схемы для выполненных
экспериментальных исследований.
3. Результаты экспериментальных исследований: таблицы, экспериментально снятые и построенные характеристики, обработанные осциллограммы.
4. Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Что называется компаратором?
2. Почему ОУ, включенный без обратной связи, работает как релейный
элемент (компаратор)?
3. Зачем в компараторе применяется положительная обратная связь?
4. Как получить периодические прямоугольные импульсы на выходе
компаратора?
5. Что такое передаточная (амплитудная) характеристика и как она
выглядит для разных схем компаратора?
6. Как зависит вид передаточной (амплитудной) характеристики регенеративного компаратора от сопротивления обратной связи?
Таблица 23
Варианты заданий
Номер варианта Uоп, В R4, кОм R5, кОм С2, нФ
1 1,6 20 200 10
2 1,4 50 200 10
3 1,2 100 200 10
4 1,0 150 200 10
5 0,8 200 400 10
6 1,8 20 400 10
7 1,6 50 400 10
86
Номер варианта Uоп, В R4, кОм R5, кОм С2, нФ
8 1,4 100 400 10
9 1,2 150 400 10
10 1,0 200 200 10
11 1,5 20 200 10
12 1,3 50 200 10
13 1,1 100 200 6,8
14 0,9 150 200 6,8
15 0,7 200 400 6,8
16 1,7 20 400 6,8
17 1,5 50 400 6,8
18 1,3 100 400 6,8
19 1,1 150 400 6,8
20 0,9 200 200 6,8
21 0,7 20 200 6,8
22 0,6 50 400 6,8
23 0,8 100 400 6,8
24 0,7 150 400 6,8
8. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
«ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ»
Цель работы. Изучение работы интегральных логических эле-
ментов И, ИЛИ, НЕ и приобретение навыков по реализации логических функций.
8.1. Краткие теоретические сведения
Логические элементы (ЛЭ) являются основой для построения
различных систем цифровой обработки информации и предназначены для выполнения операций алгебры логики (булевой
87
алгебры) над дискретными сигналами при двоичном способе
их представления, т. е. сигналами, принимающими только два
значения: «0» и «1».
ЛЭ могут быть выполнены на отдельных компонентах (резисторах, диодах, транзисторах и др.), а также в интегральном
исполнении в виде микросхем (интегральные ЛЭ). Интегральные ЛЭ по типу принципиальной электрической схемы базового
элемента в серии разделяют на элементы диодно-транзисторной
логики (ДТЛ), транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ), инжекционно-интегральной логики (И
2
Л), элементы на комплементарных МОП-транзисторах
(КМОП-структуры) и др.
В цифровой электронике в любой точке схемы может присутствовать только один из двух уровней напряжения: высокий
(логическая единица – «1») или низкий (логический ноль – «0»).
Высокий или низкий уровень напряжения в определенной точке
схемы может иметь несколько значений. Например, он может
представлять собой замкнутый либо разомкнутый переключатель
или транзистор в режиме насыщения, один бит числа, факт события либо необходимость осуществить установленное конкретное
действие.
Высокое и низкое состояния можно определить как утверждения истины или ложности, которые используются в булевой
алгебре. Вбольшинстве случаев высокий уровень означает истину, а низкий – ложь. Но значение уровней условно: высокий
уровень может означать ложь, а низкий – истину. Какой из
этих двух вариантов использовать, зависит в конечном итоге
от разработчика.
Точные значения напряжений, представляющих собой низкий
и высокий уровни, зависят от конкретной используемой логической микросхемы. Как правило, +5 В считается высоким уровнем,
а 0 В – низким. Но такое представление не всегда обязательно.
Например, некоторые логические микросхемы считают любое
напряжение в диапазоне от +2,4 В до +5 В высоким уровнем, а
в диапазоне от 0 В до 0,8 В – низким. Диапазоны напряжений
88
высокого и низкого уровней для других микросхем могут быть
совершенно другими.
Простейшими логическими операциями, которые выполняются с помощью ЛЭ, являются следующие: логическое отрицание
(инверсия) – операция «НЕ», логическое сложение (дизъюнкция)– операция «ИЛИ», и логическое умножение (конъюнкция)– операция «И».
Операция «НЕ», или логическое отрицание (инверсия), показывает, что функция принимает значение, противоположное
аргументу, если x = 0, то y = 1; если x = 1, то y = 0. Операция «НЕ»
обозначается чертой над переменной (аргументом): y = x
. ЛЭ «НЕ»
имеет один вход и один выход, его условное графическое обозначение представлено в табл. 24. Логическую функцию наиболее
наглядно представляют таблицей соответствия, или истинности, в
которой для каждой комбинации значений переменных указывают
значение функции.
Операция «ИЛИ» – логическое сложение (дизъюнкция), обо-
значается «+» или «∨»: y = x
+ x2; y = x1 ∨ x2. ЛЭ «ИЛИ» имеет
1
несколько входов (в исследуемых элементах количество входов
равно двум) и один выход, его условное графическое обозначение
и таблица истинности представлены в табл. 24.
Операция «И» – логическое умножение (конъюнкция), обозна-
чается «●» или «
∧»: y = x
● x2; y = x1 ∧ x2. ЛЭ «И» имеет несколько
1
входов (в исследуемых элементах количество входов равно двум)
и один выход, его условное графическое обозначение и таблица
истинности представлены в табл. 24.
Используя ЛЭ «НЕ», «ИЛИ», «И», можем реализовать различные логические функции нескольких аргументов. Для того чтобы
затратить наименьшее количество ЛЭ при реализации конкретной логической функции, необходимо использовать основные
аксиомы и законы булевой алгебры при синтезе логической схемы
(схемы соединения ЛЭ «НЕ», «ИЛИ», «И»). Применение аксиом
и законов булевой алгебры позволяет производить упрощение
логических функций, т. е. представлять их в наиболее простой
форме.
89
Приведем основные законы алгебры логики:
( )
aa
( )
∨=∧
ab ab
∧=∨
ab ab
1. Закон рефлективности:
a ∨ a = a; (49)
a
2. Коммутативности:
a ∨ b = b ∨ a; (51)
a
3. Ассоциативности:
∧ a = a. (50)
∧ b = b ∧ a. (52)
(a
(a ∨ b) ∨
4. Дистрибутивности:
a
a ∨
5. Двойного отрицания:
6. Поглощения:
a
a ∨
7. Законы де Моргана:
Кроме перечисленных ЛЭ «НЕ», «ИЛИ», «И» промышленность
выпускает также ЛЭ «ИЛИ–НЕ» и «И–НЕ», с помощью которых
реализуются соответствующие логические функции. Условные
графические обозначения таблицы истинности описанных ЛЭ
представлены в табл. 24.
Логические элементы «И», «И–НЕ», «ИЛИ» и «ИЛИ–НЕ» часто
могут иметь больше, чем два входа (ЛЭ «Исключающее “ИЛИ”»
и«Исключающее “ИЛИ–НЕ”» могут иметь только два входа).
∧ b) ∧ с = a ∧ (b ∧ с); (53)
с = a ∨ (b ∨ с). (54)
∧ (b ∨ с) = (a ∧ b) ∨ (a ∧ c); (55)
(b ∧ с) = (a ∨ b) ∧ (a ∨ c). (56)
= .
(57)
∧ (a ∨ b) = a; (58)
(a ∧ b) = a. (59)
;
(60)
.
( )
(61)
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]