СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………..		4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. МУЛЬТИВИБРАТОР
1.	Цель работы ……………………………………………………..	5
2.	Задачи работы ...…………………………………………………	5
3.	Описание лабораторной установки	5
4.	Краткие теоретические сведения ………………………………	6
5.	Программа выполнения работы ………………………………..	10
6.	Требования к оформлению и содержанию отчета ……………	12
7.	Критерии результативности выполнения работы …………….	12
8.	Контрольные вопросы ………………………………………….	13
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6. БЛОКИНГ – ГЕНЕРАТОР
1.	Цель работы ……………………………………………………..	14
2.	Задачи работы ...…………………………………………………	14
3.	Описание лабораторной установки	14
4.	Краткие теоретические сведения ………………………………	15
5.	Программа выполнения работы ………………………………..	18
6.	Требования к оформлению и содержанию отчета ……………	19
7.	Критерии результативности выполнения работы .……………	19
8.	Контрольные вопросы ………………………………………….	19
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР
1.	Цель работы ……………………………………………………..	21
2.	Задачи работы ...…………………………………………………	21
3.	Описание лабораторной установки	21
4.	Краткие теоретические сведения ………………………………	22
5.	Программа выполнения работы ………………………………..	25
6.	Требования к оформлению и содержанию отчета ……………	26
7.	Критерии результативности выполнения работы .……………	26
8.	Контрольные вопросы ………………………………………….	27
	СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………	28
	ПРИЛОЖЕНИЕ А……………………………………………….	29
	ПРИЛОЖЕНИЕ Б ……………………………………………….	33

Введение

Лабораторный практикум составлен в соответствии с учебной программой по дисциплине "Электронные цепи и микросхемотехника". Дисциплина относится к циклу специальных дисциплин Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавров 210100 "Электроника и микроэлектроника", по направлению подготовки дипломированных специалистов 654100 (210100) "Электроника и микроэлектроника" специальности 200400 (200106) "Промышленная электроника".

Целью данной дисциплины является изучение основ схемотехники и методов анализа типовых электронных схем. Лабораторный практикум позволяет приобрести навыки изучения работы электронных устройств, снятия основных характеристик с использованием современных аппаратных и аппаратно-программных (компьютерных) измерительных приборов и систем.

Важной составной частью лабораторного практикума является проведение схемотехнического моделирования изучаемых схем с использованием программы CurcuitMaker. Данная программа, позволяет проводить моделирование большого класса электронных схем различного функционального назначения.

Лабораторная работа № 5 мультивибратор

1. Цель работы

Изучение схемотехники и исследование характеристик мультивибраторов.

2. Задачи работы

Основными задачами работы являются:

2.1. Изучение теоретических основ по схемотехнике и исследование характеристик мультивибраторов.

2.2. Приобретение опыта работы с современным техническим оборудованием и компьютерными измерительными приставками.

2.3. Освоение компьютерных программ, моделирующих работу электронных устройств.

3. Описание лабораторной установки

Работа состоит из моделирующей и схемотехнической (практической) частей.

Оборудование, используемое для выполнения работы, включает: персональный компьютер, осциллографическую приставку, генератор сигналов низких частот универсальный, лабораторный стенд. Cxeмa лабораторной установки представляет собой мультивиб­ратор с коллекторно-базовыми связями. Один его усилительный каскад имеет встроенный эмиттерный повторитель. Переключатель S1 служит для подключения к коллектору транзистора VT3 отсе­кающего диода VD4. Резистор R6 служит для регулирования частоты следования импульсов, а резистор R5 – для регулировки скважности импульсов.

Рис. 1.1 – Принципиальная схема стенда

Для проведения работы требуется использование следующего ПО: пакет работы с осциллографической приставкой, пакет моделирования электронных схем Circuit Maker, набор моделей для проведения работы (предоставляется преподавателем).

4. Краткие теоретические сведения

Для получения импульсов прямоугольной формы широко используются релаксационные генераторы, построенные на основе усилителей с положительной обратной связью.

Генераторы импульсов, состоящие из широкополосных электронных усилителей, охваченных положительной обратной связью, глубина которой остается почти постоянной в широкой полосе частот, и имеющие в петле обратной связи элементы, накапливающие энергию (обычно с помощью RС-цепей), называются мультивибраторами.

Сущность работы мультивибратора – переключение энергии конденсатора C с заряда на разряд, от источника питания к резистору R. Это переключение осуществляется с помощью транзисторных ключей.

Мультивибратор можно построить на базе биполярных транзисторов (БПТ), полевых транзисторов (ПТ), операционных усилителей постоянного тока (ОУПТ) и др.

Различают два режима работы мультивибраторов: автоколеба­тельный (не обладают состоянием устойчивого равновесия) и ждущий (обладают одним состоянием устойчивого равновесия и поэтому называются одновибраторы). В первом случае мультивибратор генерирует непрерывную последовательность импульсов, во втором – каждому входному сигналу произвольной формы соответствует один или не­сколько выходных импульсов.

Простейшей схемой автоколебательного мульти­вибратора является схема с коллекторно-базовыми связями, изо­браженная на рис 1.2.

Рис. 1.2. Симметричный мультивибратор

Мультивибратор, работающий в автоколебательном, режиме имеет два квазиустойчивых состояния равновесия. В первом состоянии транзистор VTI открыт, -VТ2 – закрыт, во второй - наоборот. Пере­ход на одного состояния в другое осуществляется лавинообразно. В первом состояния квазиравновесия конденсатор C1 разряжается через цепь Е, R_б1, С1, VТ1 и по мере убыва­ния разрядного тока протекающего через R_б1 убывает напряже­ние U_б2 на базе транзистора VТ2. В момент, когда U_б2 дости­гает порогового уровня, отпирается транзистор VТ2, рост его коллекторного тока приводит к выводу из насыщения транзистора VТ1 и восстановлению петли положительной и обратной связи. Развивается регенеративный процесс, в результате которого транзистор VТ1 запирается и схема переходит во второе состояние квазиравновесия. В первом полупериоде наряду с разрядом конден­сатора C1 идет заряд конденсатора С2 через цепь Е_к, R_к2, С2, входное сопротивление насыщенного транзистора.

Следует отметить, что мультивибратор с насыщающимися транзисторами представляет собой систему с жёстким возбуждением, так как в нем возможно состояние, когда оба транзистора открыты. В этом случае для возникновения автоколебаний необходим внешний запускающий импульс.

Длительность первого полупериода колебаний определяется формулой.

где U_ПОР1, U_ПОР2 – напряжение открывания соответствующих транзисторов.

Данные формулы не учитывают длительности переднего и задне­го фронтов. Длительность фронтов определяется выражениями:

где C_Н2 - емкость нагрузки, подключенная к коллектору;

C_К2 - барьерная емкость коллектора.

Процесс регенерации является наиболее кратковременным и определяется формулой

Максимальная частота повторения импульсов зависит от час­тотных свойств и определяется выражением

Простейшая схема, показанная на рис. 1.2. обладает разными длительностями переднего и заднего фронтов. Уменьшение време­ни t_ф+ может быть достигнуто за счет применения отключа­ющих диодов или встроенных эмиттерных повторителей (соответст­венно правое и левое плечо схемы лабораторной установки). В первом случае емкость отключается от коллекторной цепи диодом и заряд производится по цепи R_Б1, С₁ , открытый транзис­тор VТ2.

Во втором случае заряд емкости производится через малое выходное сопротивление повторителя.

Мультивибратор в ждущем режиме называют одновибратором. Исходя из функциональных признаков, одновибратору часто присваивают и другие названия: спусковая система, заторможенный мультивибратор, однотактный релаксатор, кипп-реле и др. Однако независимо от названия одновибратор представляет собой устройство с положительной обратной связью, имеющее одно устойчивое и одно квазиустойчивое состояние, формирующие одиночный прямоугольный импульс.

Формирование импульса прямоугольной формы осуществляется одновибратором после поступления запускающего импульса, который переводит одновибратор из устойчивого состояния в квазиустойчивое. Момент выхода из квазиустойчивого состояния определяется времязадающей цепочкой. Изменяя постоянную времени цепочки (плавно или скачком), можно регулировать длительность выходных импульсов в широких пределах. Поэтому одновибраторы широко применяются для формирования прямоугольных импульсов заданной длительности и амплитуды и для задержки импульсов на заданное время.

Одновибратор может быть получен из автоколебательного мультивибратора, если его принудительно запереть в одном из квазиустойчивых состояний, превратив его в устойчивое.

В настоящее вре­мя широко приме­няются мультивибра­торы, выполненные в виде гибридных ИМС, а также на базе ло­гических ИМС и опе­рационных усилите­лей.

Мультивибраторы на основе логических ИМС обычно применяют в цифровой аппаратуре, так как при этом на­иболее полно обеспе­чивается унификация элементной базы.

Кро­ме того, не требуется согласование по уров­ням сигналов релакса­ционных генераторов и других устройств ап­паратуры.

Рис. 1.3. Мультивибратор на логических элементах

Мультивибраторы, к стабильности частоты которых не предъявляются жесткие требования, часто выполняют на логических элементах (рис. 1.3). ЛЭ — это усилители с большим коэффициентом усиления, имеющие два значения пороговых напряжений: U°_пор, U¹_пор. В обеих схемах имеется положительная обратная связь. Стадии квазиравновесия обусловлены тем, что после процесса регенера­ции, возникающего при выходе в активную область всех ЛЭ, входящих в петлю ОС, ко входу ЛЭ окажется приложенным напряжение, большее U^l_nop или меньшее U°_nop. По мере зарядки конденсатора С напряжение на входе соответственно снижается или повышается до уровня, при котором ЛЭ выйдут в активную область, и процесс регенерации повторится. Подобные мультивибраторы имеют невысокую временную и температурную стабильность частоты колебаний. Так, для ЛЭ серии 155 нестабильность частоты может достигнуть 5—10 % при изменении напряжения питания на 5 %. Колебания темпера­туры от 5 до 60 °С меняют частоту на 10 – 20 %.

Промышленность выпускает специальные микросхемы муль­тивибраторов, например К263ГФ1. Изменяя емкость допол­нительного навесного конденсатора, у них можно изменять частоту автоколебаний от долей Гц до 80 МГц.

Для получения высокой стабильности частоты вместо времязадающего конденсатора часто включают кварцевый резонатор. При этом вследствие высокой доброт­ности кварцевого резонатора форма импульсов отличается от прямоугольной.

Иногда необходим генератор с очень низким уровнем шума (так называемый «низкий внеполосный шум»).

В этом отношении хороша простая схема, показанная на рис. 1.4. В ней используется пара КМОП-инверторов, соединение которых между собой образует некото­рую разновидность RC релаксационного генератора с выходным сигналом в виде прямоугольного колебания. Реальные из­мерения, приведенные для этой схемы, работающей на частоте 100 кГц, показали, что плотность мощности шума в ближайшей боковой полосе (мощность на корень квадратный из герц, измеренная на 100 Гц смещения от генерируемой часто­ты), ниже по крайней мере на 85 дБ уровня основного колебания.

Рис. 1.4. Мультивибратор на КМОП ИС.