Лабораторна робота №15 Аналіз роботи цифро-аналогових перетворювачів з резистивною матрицею r-2r

Мета роботи: Розглянути роботу схеми ЦАП з резистивною матрицею R-2R.

Прилади й елементи:

Вольтметр Джерело постійної ЕДС

Амперметр Операційний підсилювач LM741

Осцилограф Резистори

Функціональний генератор

Контрольні питання й завдання:

1. Чим відрізняється ЦАП сходового типу від ЦАП з ваговими резисторами?

2. За допомогою формули (1) розрахуйте вихідну напругу ЦАП на малюнку 59 для всіх 16 комбінацій перемикачів A,B,C,D і зрівняєте отримані результати з результатами моделювання.

3. Заміните перемикачі А, B, C,D у схемі на малюнку 59 програмними перемикачами, що імітують послідовне в часі з інтервалом 5 сек появу кодових комбінацій 0001, 0100 й 1000.

4. Використовуючи формулу (1) і результати моделювання, розрахуйте еквівалентну напругу Uoп для схеми на малюнку 60.

Хід роботи

1. Побудуйте схему ЦАП сходового типу. Ця схема наведена на малюнку 59 . Вона складається з резистивної матриці R-2R, що нагадує сходи, і підсумовуючого підсилювача. Перевага такого з'єднання резисторів полягає в тім, що використаються резистори тільки двох номіналів. Опір кожного з резисторів R₁...R₅ дорівнює 20 кОм, а резисторів R₆...R_8, Ro— 10 кОм. Відзначимо, що опору горизонтально розташованих резисторів "сходи" рівно в 2 рази більше опорів вертикальних

Малюнок 59 —- ЦАП сходового типу

ЦАП сходового типу аналогічний ЦАП з ваговими резисторами. У розглянутому прикладі використається опорна напруга 3,75 В. Перехід до кожної наступної двійкової послідовності на входах приводить до збільшення аналогового вихідного сигналу на 0,25В. Опорна напруга обрана рівним 3,75 В з міркування зручності сполучення з ІМС сімейства ТТЛ при заміні ключів A...D такими ІМС.

Вихідна напруга ЦАП на малюнку 59 визначається по формулі [1]:

(1),

де S,— значення цифрового сигналу (0 або 1) на i-м вході, п - число розрядів перетворення (для схеми на мал. 59 n= 4), R - опір резистора матриці R-2R (R = 10 кОм для схеми на мал. 59).

2. Побудуйте ЦАП з використанням як комутуючий пристрій двоїчно-десяткового лічильника 74160 (ДО155ИЕ9) показаний на малюнку 60.

Малюнок 60 — Чотирьохрозрядний ЦАП сходового типу.

З порівняння ЦАП на мал. 59 й 60 видно, що в другому відсутнє джерело опорної напруги - його роль виконує сам лічильник-комутатор. Еквівалентне значення Uoп можна одержати на підставі формули (1) і результатів осцилографічних вимірів, показаних на мал. 3. Зокрема, максимальна вихідна напруга ЦАП V_B = -2,8125 B, мінімальне - V_B=-0,3125 B , а їхня різниця - VB2-VB1=-2,45 B.

Малюнок 61—- Осцилограми на вході лічильника и виході ЦАП.

Лабораторна робота № 16 Дослідження стабілізаторів постійної напруги

Мета роботи: Побудова схем і вивчення принципу роботи параметричного і компенсаційного стабілізаторів напруги.

Питання для самопідготовки:

1. Що таке стабілізатори напруги? Яке їх призначення?

2. Які види стабілізаторів вам відомі?

3. Поясніть принцип роботи стабілізаторів . Намалюйте функціональні схеми .

4. Які елементи входять до складу параметричного стабілізатора напруги? Намалюйте схему. Поясніть призначення елементів .

5. В якому режимі роботи стабілізатора навантаження на стабілітрон максимальна - в режимі холостого ходу або в режимі короткого замикання.

6. Розрахуйте схему параметричного стабілізатора напруги , вибравши необхідні дані з представлених нижче:

U_вх = 9В, U_н = 5,2 В, R_н = 100кОм, U_{стаб.ном} = 5,1 В, R_ст = 7Ом, I_ст.min = 3мА, I_ст.max = 49мА , I_ст.ном = 10мА, Р_max = 300МВт.

7. За якою формулою визначається коефіцієнт стабілізації?

8. Які елементи входять до складу компенсаційного стабілізатора напруги? Намалюйте схему. Поясніть призначення елементів.

9. Розкажіть про принцип побудови компенсаційного стабілізатора на ОУ.

10. Розкажіть, з яких основних вузлів складаються інтегральні стабілізатори на напруги.

Порядок виконання роботи:

1. Зібрати схему параметричного стабілізатора напруги, зображену на малюнку 68.

Джерело змінної напруги G1 використовується в схемі для імітації пульсацій. Малюнок 62 — Параметричний стабілізатор напруги

1. Встановити опір резистора R_н = 100кОм, а опір обмежувального резистора - відповідно з результатами розрахунків.

2. Увімкніть схему.

3. За показниками приладів перевірити параметри розрахованого стабілізатора.

4. Розгорнути панель осцилографа і спостерігати вхідний і вихідний сигнали (Малюнок 63).

Малюнок 63 — Сигнали на вході і виході стабілізатора

6. Відкрити властивості вольтметра PV1 і переключити його на вимірювання змінної напруги (режим АС).

7. Визначити пульсації на навантаженні і розрахувати коефіцієнт стабілізації.

8. Зібрати схему компенсаційного стабілізатора напруги, зображену на малюнку 64.

Малюнок 64 — Компенсаційний стабілізатор напруги

9. Змінюючи опір змінного резистора R₃ за допомогою клавіш [R] (зменшення опору) та [Shift] + [R] (збільшення опору) встановити на навантаженні напруга 6 В.

10. Розгорнути панель осцилографа і спостерігати вхідний і вихідний сигнали (Малюнок 63).

11. Відкрити властивості вольтметра PV1 і переключити його на вимірювання змінної напруги.

12. Визначити пульсації на навантаженні і розрахувати коефіцієнт стабілізації.

13. Зробити висновок.

Рекомендации по подготовке отчетов.

1. При підготовці звіту програма EWB дозволяє роздрукувати досліджувані схеми, описи до них, показання приладів і отримані характеристики. Для цього в меню File слід вибрати пункт Print ... і в діалоговому вікні відзначити компоненти, що виводяться на друк (Малюнок 65), і необхідне збільшення. Після чого натиснути кнопку Print.

Малюнок 65 - Вибір компонентів для виведення на друк

2. При відсутності принтера звіт можна підготувати в Microsoft Word , використовуючи пункт Copy as Bitmap ( меню Edit) для отримання необхідних зображень. Після вибору цього пункту курсор набуває форму хрестика , за допомогою якого при натиснутій лівій кнопці миші виділяється область екрану , необхідна для звіту. Після відпускання кнопки миші виділений фрагмент передається в буфер обміну і може бути вставлений в документ Microsoft Word за командою контекстного меню Вставити.

3. Використання безкоштовної програми Cute PDF Writer дозволяє виконувати друк прямо з EWB в PDF -файл. Для цього після установки програми слід вибрати принтером за замовчуванням Cute PDF Writer або вибрати принтер в налаштуваннях друку (малюнок 66). У цьому випадку текстову частину звіту можна написати в програмі EWB . Для цього в панелі інструментів Miscellaneous вибирається компонент Textbox. Для відображення кириличних символів буде потрібно змінити шрифту.

Малюнок 66 - Вибір принтера для друку в PDF-файл

Рекомендована література

Основна:

1. Бабич М.П., Жуков І.А. Комп‘ютерна схемотехніка. Київ: МК-Прес, 2004.

2. Бойко В.І., Гуржій А.М. и др. Основи схемотехніки електронних систем. Підручник. К.: Вища школа, 2004.

3. Микроэлектронные устройства автоматики. Под. редакцией Сазонова А.А. М.: Энергоатомиздат, 1991.

4. Якубовский С.В., Ниссельсон Л.И. и др. Справочник . Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. М.: Радио и связь, 1989.

5. Мальцева Л.А., Фромберг Э.М., Ямпольский В.С. Основы цифровой техники. М.: Радио и связь, 1987.

6. Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства. М.: Высшая школа, 1989.

7. Литовкин В.Ф., Митрофанов Ю.Н. Цифровая и вычислительная техника. Одесса: УГАС, 1989.

8. Бодиловский В.Г. Справочник молодого радиста. М.: Высшая школа, 1989.

9. Поляков В.Т. Посвящение в радиоэлектронику. МРБ. М.: Радио и связь, 1988.

10. Наджафов А.С. Конспект лекций по компьютерной схемотехники. ОТК, 2013.

Додаткова:

11. Бондарь И.М. Электротехника и электроника. – М.: МарТ ИЦ, 2005.

12. Галкин В.И. Промышленная электроника и микроэлектроника: Учебник для ССУЗ/ В.И. Галкин, Е.В. Пелевин. – Мн.: Беларусь, 2000.

13. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов/ Под ред. В.А.Лабунцова. – М.: Энергоатомиздат, 1988.

14. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. – М.: СОЛОН – Р, 2001.

15. Колонтаевский Ю.Ф. Лабораторный практикум по радиоэлектронике. – М.: Высшая школа, 1989. 

16. Колонтаевский Ю.Ф. Радиоэлектроника: Учебное пособие для СПТУ. – М.: Высшая школа, 1988.

17. Костеневич С.О. Радиоэлектроника: Учебное пособие.– В 2-х ч. – Мн. 2000.

18. Прянишников В. А. Электроника. Полный курс лекций. 5-е издание. – Учебник для высших и средних учебных заведений – М.: Корона-принт, 2003.

19. Толкачев Г.Б. Лабораторные работы по радиоэлектронике. – М.: Высшая школа, 1978.

65