ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Исследование микросхемы К155ЛА4. Схемы формирователей

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение схемотехники формирователей импульсов и схем задержки

ОБОРУДОВАНИЕ

Лабораторный стенд УМ16, осциллограф.

ВВЕДЕНИЕ

Микросхема К155ЛА4 представляет собой 3 элемента 3И-НЕ и является полным аналогом микросхемы 7410.

В настоящей работе будут исследоваться схемы задержки сигналов и формирователи импульсов, собранные на их основе.

Простейшая линия задержки может быть получена последовательным соединением четного количества инвертирующих логических элементов. Результирующая задержка будет складываться из задержек отдельных элементов. Таким способом можно реализовать задержки в наносекундном диапазоне. Для достижения больших времен применяются другие способы, основанные на цепочке преобразований:

электрический импульс - звуковая волна – электрический импульс.

При этом специальным образом выбирают физическую среду для распространения звуковых волн. Время распространения выступает в роли задержки сигнала. На таком принципе работает целая гамма устройств. Наибольшее применение нашли ультразвуковые линии задержки в телевидении.

Существует еще один способ формирования задержки с использованием RC цепочек. Принцип RC формирователей можно проиллюстрировать на следующем примере. Пусть мы имеем электрическую схему, показанную на Рис.3.

Подадим прямоугольные импульсы на резистор. Конденсатор C будет последовательно заряжаться и разряжаться от входных импульсов через резистор R. Естественно, напряжение на конденсаторе будет изменяться плавно с постоянной времени RC и, следовательно, моменты прохождения уровней логических нуля и единицы будут запаздывать по времени относительно изменения входного сигнала (Рис.4).

Аналогично можно рассмотреть работу другой схемы, где входной сигнал подается на конденсатор, а выходной снимается с резистора (Рис.5). Отличие этой схемы от предыдущей заключается в том, что выходной сигнал связан не с напряжением на конденсаторе, а с током его заряда или разряда. Пока изменяется заряд конденсатора выходное напряжение отличается от нуля (Рис.6).

Практическое задание

1. Исследование уровней срабатывания

Уровни срабатывания цифровой микросхемы являются важным параметром для расчета линий задержки. Для оценки уровней срабатывания подайте на один вход логического элемента 3И-НЕ пилообразное напряжение с выхода генератора. На два других входа подайте напряжение логической единицы U¹_вх. Подключите нагрузку на выход элемента. Подайте на вход синхронизации осциллографа сигнал с выхода “синхр.” установки. Замерьте по осциллографу входные напряжения, соответствующие моментам перехода выхода от 0 к 1 и наоборот. Определите уровни переключения микросхемы.

U⁰_вых .

2. Повторитель

Соберите простейшую линию задержки в соответствии с Рис.8. На вход подайте прямоугольные импульсы с генератора второго канала электронного блока. Зарисуйте осциллограммы. Оцените возможность измерения задержки с использованием предоставленного Вам оборудования.

Рисунок 8.

3. Формирователь укороченных импульсов

Соберите поочередно схемы в соответствии с Рис.9-10. На вход подайте прямоугольные импульсы со второго канала генератора.

Рисунок 9.

Рисунок 10.

Номиналы резисторов и конденсаторов подберите самостоятельно.

Зарисуйте осциллограммы во всех точках схемы. При зарисовке для всех наблюдаемых напряжений используйте единую временную ось. Объясните результат.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Разработайте схему формирователя коротких положительных импульсов возникающих по спаду входного прямоугольного сигнала.

2. Разработайте схему формирователя коротких положительных импульсов возникающих по фронту и по спаду входного прямоугольного сигнала.

3. Оцените диапазон частот входного сигнала, в котором будет работать Ваши схемы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что будет, если элементы 3И-НЕ в схемах Рис.9-10 заменить на элементы 3ИЛИ-НЕ?

2. Что будет, если элементы 3И-НЕ в схемах Рис.9-10 заменить на элементы 3ИЛИ?

3. Что будет, если элементы 3И-НЕ в схемах Рис.9-10 заменить на элементы 3И?

4. Что такое триггер Шмитта и как он может использоваться в схемах задержки?

5. Каким образом можно удвоить частоту следования импульсов с помощью формирователей?

6. Иногда при неудачном выборе величины C на Рис.10 схема сгорает, если в качестве логических элементов используются микросхемы не 155 серии. Почему это происходит и как защитить схему?

Приложение 1. Стенд ум16

Лабораторный стенд УМ16 предназначен для исследования цифровых микросхем малой степени интеграции. Внешний вид показан на рисунке:

Ф ункционально стенд состоит из 4 основных частей:

• блока питания,

• электронного блока,

• блока пассивных элементов,

• блока подключения сменных модулей.

Блок питания

Блок питания состоит из двух источников регулируемого напряжения. Напряжение источников контролируется двумя стрелочными приборами. Приборы показывают μA, но не верьте глазам своим – это вольтметры. 100 μA соответствует 10,0 В. Выходы источников выведены на клеммы обозначенные как U1 и U2. Обычно, для исследования микросхемы требуется только один источник питания. Можно воспользоваться любым из них.

Напряжение на выходе этих источников можно изменять:

дискретно, соединяя соответствующие коммутационные гнезда перемычками

Un = 3B; 4B; 5B; 6B;

и плавно в пределах от 0.6В до Un + 0.6B при помощи ручек.

Не забывайте подавать питание на сменный модуль с исследуемой микросхемой.