5 семестр / Лабораторные работы / Задание / ЛР 13 / ЛР 13 Формирователи сигналов на цифровых логических схемах

1.Цель работы

−Изучение схемотехники и принципа работы формирователей импульсных сигналов,

−расчёт элементов схемы генераторов и режимов его работы,

−экспериментальное исследование генераторных схем.

2. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка (рис. 1) включает две схемы, собранные на интегральных схемах К564ЛА7, изготовленных по КМДП-технологии. С помощью переключателей S1, S2 и S3 можно коммутировать различные схемы релаксационных устройств. Потенциометр R4 предназначен для исследования работы несимметричного мультивибратора. Сигналы генераторов G формируются многофункциональным генератором GFG-3015, который через внутренние цепи стенда подключен к исследуемым схемам.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки.

R1=18кОм, R2=3,6кОм, R3=16кОм, R4=39кОм, R5=150кОм, R6=330кОм,

Первая схема позволяет исследовать автоколебательные и управляемые генераторы прямоугольных импульсов (мультивибраторы). Сам генератор представляет собой мультивибратор с мягким возбуждением, построенный на логических схемах DD1.3 и DD1.4 (тумблер S1 в положении 1).

Управление мультивибратором (тумблер S1 в положении 2) осуществляется либо непосредственно генератором прямоугольных импульсов GFG-3015 (тумблер S2 в положении 1), либо генератором GFG-3015 через RS-триггер, собранный на интегральных схемах DD1.1 и DD1.2 (тумблер S2 в положении 2). Во втором случае длительность последнего импульса на выходе мультивибратора не будет зависеть от длительности управляющего сигнала. Внимание: При исследовании мультивибратора в режиме управления сигнал снимается с выхода ТТЛ генератора GFG-3015.

Вторая схема, построенная на логических элементах DD2.1 и DD2.2, – это несимметричный триггер Шмитта, который применяется или в качестве сравнивающего устройства – компаратора, или для преобразования сигнала произвольной формы в прямоугольный. Внимание: При исследовании триггера Шмитта на вход схемы подается сигнал с основного выхода генератора GFG-3015.

3.Подготовка к работе

1.Изучить тему "Генераторы импульсов на цифровых ИС", воспользовавшись рекомендованной литературой [1–3] или разделом лекционного курса.

2.Для симметричного мультивибратора (рис. 2) привести необходимые временные зависимости и диаграммы напряжений и рассчитать длительности полупериодов и частоту выходных импульсов. Номиналы элементов приведены на схеме лабораторного макета

(рис. 1). Параметры КМДП ИС 564 серии: Uвых0 ≈0 , Uвых1 ≈5B , Uпер = 2,5В. Результаты занести в таблицу рабочего задания.

3.Для схемы несимметричного мультивибратора (рис. 5) рассчитать скважность и частоту выходных импульсов для трех положений движка потенциометра R4: крайнее левое, среднее и крайнее правое. Параметры элементов приведены на схеме лабораторного макета (рис. 1). Результаты занести в таблицу.

4.Для схемы триггера Шмитта (рис. 10) с параметрами элементов, соответствующими лабораторному макету (рис. 1), рассчитать напряжение срабатывания Uср и отпускания Uотп.

5.Изучить рабочее задание и подготовить бланк протокола.

4. Рабочее задание

Исследование схемы мультивибратора

1.Переключить кабель с основного выхода генератора GFG-3015 на ТТЛ выход.

2.Исследовать схему симметричного мультивибратора, работающего в режиме самовозбуждения.

−С помощью переключателей S1, S2 и S3 собрать схему симметричного мультивибратора (рис. 2);

−канал I осциллографа подключить к выходу схемы. Настроить осциллограф так, чтобы видеть 2…3 периода исследуемого сигнала;

−с помощью второго канала осциллографа снять совмещенные осциллограммы напряжений в точках XS6, XS4, XS5, XS2;

−определить длительности положительных и отрицательных полупериодов и частоту выходных импульсов мультивибратора. Результаты занести в таблицу.

Расчет

Эксперимент

2.Исследовать схему несимметричного мультивибратора:

−с помощью ключа S3 преобразовать схему симметричного мультивибратора предыдущего пункта в схему несимметричного мультивибратора (рис. 5);

−определить длительность импульса tи, паузы tп и скважность Q

выходных импульсов для трех положений движка потенциометра R4, а результаты занести в таблицу.

3.Исследовать схему формирователя пачки импульсов (стробируемого мультивибратора) с неполным формированием последнего импульса:

−преобразовать схему несимметричного мультивибратора предыдущего пункта в схему стробируемого мультивибратора (рис. 6);

−регулируя положение движка потенциометра R4, наблюдать за формированием последнего импульса в пачке;

−для 3…5 импульсов в пачке снять характерные осциллограммы в точках XS1, XS4, XS6 и XS5.

4.Исследовать схему формирователя пачки импульсов с полным формированием последнего импульса (рис. 7):

−с помощью переключателя S2 подключить к схеме, исследуемой в предыдущем пункте, RS-триггер;

−регулируя положение движка потенциометра R4, наблюдать, как теперь формируются импульсы в пачке;

−зарисовать характерные осциллограммы в точках XS1, XS4, XS6 и XS5 при формировании n-ого и (n+1)-ого импульса.

Исследование схемы несимметричного триггера Шмитта

5.Переключить кабель с ТТЛ выхода генератора GFG-3015 на основной выход.

6.Исследовать работу несимметричного триггера Шмитта (рис. 10):

−зарисовать совмещённые осциллограммы напряжений в точках схемы

XS7, XS8 и XS9 ;

−По осциллограммам определить напряжение срабатывания Ucp и отпускания Uотп . Экспериментальные данные сравнить с расчетом.

−Построить передаточную характеристику триггера Шмитта.

Расчет

Эксперимент

Оформить отчёт, который должен включать материал домашней подготовки и результаты экспериментальных исследований.

5. Оформление отчета о выполненной работе

Отчет о проделанной работе может быть выполнен в рукописном виде либо на листах из тетради, либо на стандартных листах A4. Также отчет можно и напечатать с использованием вычислительной техники. Не допускается ксерокопирование отчета.

Оформленный отчет должен содержать:

−Титульный лист или заголовок, включающий название лабораторной работы, фамилию студента и дату выполнения работы.

−Все пункты подготовки к работе, включая схемы, расчеты, графики.

−Все выполненные пункты рабочего задания, включая принципиальные схемы, результаты измерений, а также осциллограммы, диаграммы, графики с указанием осей, масштаба и всеми построениями и расчетами.

−Сравнение данных, полученных при подготовке к работе и результатов, полученных в процессе выполнения работы.

6. Основные сведения

Генераторы – специальные элементы цифровых устройств, предназначенные для формирования электрических сигналов различной формы. Последовательность сигналов может быть регулярной или с прерыванием. Генераторы обеспечивают работу цифровых устройств во времени по закону, определяемому внутренней структурой устройства. Генераторы могут изменяться от простейшего автоколебательного мультивибратора до сложного цифрового устройства.

В данной лабораторной работе рассматриваются относительно простые генераторы (автоколебательные и стробируемые или управляемые, т.е. вырабатывающие непрерывный периодический сигнал прямоугольной формы только во время действия разрешающего сигнала), выполненные на основе КМДП интегральных схем [1, 2].

Во всех схемах генераторов основным компонентом является времязадающий конденсатор С, обеспечивающий время задержки, необходимое для образования положительной обратной связи. От величины ёмкости конденсатора зависит частота генерации.

Если в генераторах, выполненных на логических элементах (И-НЕ, ИЛИНЕ), используется только один вход каждого вентиля, то такой генератор является простейшим генератором непрерывных прямоугольных импульсов. Если использовать дополнительные входы и более двух логических элементов, то возможности схем существенно расширяются. В частности, в данной работе реализация таких возможностей приведена в виде схемы стробируемого генератора, вырабатывающего пачку (последовательность) импульсов на интервале действия управляющего сигнала.

Симметричный мультивибратор

На рис.2 приведена "базовая" схема симметричного мультивибратора на логических ИС. Информационные входы логических элементов DD1 и DD2 объединены, т.е. элементы при таком включении реализуют функцию НЕ. Базовой схемой рассматриваемых логических интегральных схем является КМДП-инвертор (рис. 3,а), передаточная характеристика которого показана на рис. 3,б. В этом случае логические элементы можно рассматривать как пороговые устройства с напряжением переключения Uпер, которое для КМДП ИС примерно равно 0,5Uпит.

При мягком режиме самовозбуждения при подключении питания малейшие флуктуации приводят к началу перезарядки конденсатора, и в течение полупериода схема входит в установившийся автоколебательный режим.