Экспериментальная часть Задание

Пронаблюдать за переключением RS-триггера при подаче сигналов на его входы, Определить экспериментально частоту переключений мультивибратора и исследовать влияние на неё величины ёмкостей в обратных связях, Исследовать влияние ёмкости обратной связи на длительность выходного импульса одновибратора.

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь RS-триггера, принципиальная схема которого показана на рис. 3.12.2, а монтажная – на рис. 3.12.3. В схему включены светодиод для индикации открытого состояния транзистораVT1 и сигнальная лампа для индикации открытого состоянияVT2.

Рис. 3.12.2

• Включите генератор напряжений и по свечению лампы или светодиода убедитесь, что один транзистор открылся, а другой остался закрытым.

• Подайте напряжение через сопротивление 22 кОм на базу закрытого транзистора и убедитесь, что он открылся, а другой транзистор закрылся. Убедитесь, что состояние триггера не изменяется и после снятия управляющего напряжения с базы открытого транзистора и при повторной подаче импульса напряжения на открытый транзистор.

• Убедитесь, что состояние триггера изменяется только после подачи импульса напряжения на другой вход, т.е. на базу закрытого транзистора.

• Соберите схему мультивибратора (рис. 3.12.4 и 3.12.5).

Рис. 3.12.3

• Включите питание, настройте осциллограф, определите по нему и запишите в табл. 3.12.1: - период колебаний Т= …………..мс; - время наличия сигнала на первом выходе (U_вых1)Т1₁= ……………мс; - время отсутствия сигнала на первом выходеТ0₁ = …………….мс; - время наличия сигнала на втором выходе (U_вых2)Т1₂= ……………мс; - время отсутствия сигнала на втором выходеТ0₂= …………….мс;

• Замените конденсатор С2 = 047 мкФ наС2 = 1 мкФ и запишите в таблицу 3.12.1 новые значения тех же отрезков времени. Сделайте выводы.

Таблица 3.12.1

	Т,мс	Т11,мс	Т01, мс	Т12, мс	Т02, мс
С1 = С2 = 0,47 мкФ
С1 = 0,47 мкФ, С2 = 1 мкФ

• Замените конденсатор С1 и С2 на электролитические конденсаторы 470 и 100 мкФ соответственно (+ конденсаторов подключите к коллекторам транзисторов!) и понаблюдайте за переключением мультивибратора по миганию светодиода и сигнальной лампочки.

Рис. 20.4

Рис. 3.12.5

• Соберите теперь схему ждущего одновибратора (Рис. 3.12.6 и 3.12.7). Включите питание и убедитесь, что светодиод включился, а лампочка не включилась.

• Кратковременно коснитесь наконечником провода АгнездаБ, соединённого с базой транзистораVT2 и убедитесь, что светодиод погас, а сигнальная лампочка включилась. Через некоторое время схема вернётся в первоначальное состояние.

Рис. 3.12.6

Рис. 3.12.7

13. Исследование аналоговых интегральных компараторов и цепей с ними Общие сведения

Компаратор – это устройство сравнения двух аналоговых сигналов – входного (анализируемого) U_вхи опорногоU_оп. Выходной сигнал компаратора представляет собой логический сигнал, содержащий 1 бит (единицу) информации. Он определяется по следующему правилу:

В качестве компаратора может быть использован и обычный операционный усилитель. Преимуществами интегрального компаратора являются повышенное быстродействие, малый дрейф и малое смещением нуля. Его входной каскад обладает большим коэффициентом ослабления синфазного сигнала и способностью выдерживать большие синфазные и дифференциальные напряжения на входах, не попадая в режим насыщения. Выходной сигнал в большинстве компараторов снимается с «открытого» коллектора. В данной работе используется сдвоенный компаратор с открытыми коллекторами в выходном каскаде на интегральной микросхеме LM393.

Компараторы имеют многочисленные применения в электронных цепях, из которых в данной работе рассматриваются двухпороговый компаратор, мультивибратор и широтно-импульсный модулятор.

Двухпороговый компаратор (или компаратор с «окном») фиксирует, находится ли входное напряжение между двумя пороговыми напряжениями или находится вне этого диапазона. На рис. 3.13.1 представлены схема, передаточная характеристика и временная диаграмма работы такого устройства при изменении входного напряжения.

Рис. 313.1

Пока U_вх<U₂<U₁, компараторКмп₁находится в состоянии 0 (выходной транзистор открыт), а компараторКмп₂– в состоянии 1 (выходной транзистор закрыт). Но так как выходы объединены, то общий выход будет 0. Когда U₂<U_вх<U₁оба компаратора находятся в состоянии 1 (оба выходных транзистора закрыты) и на выходе цепи появляется напряжение, равное напряжению питания (состояние 1). Наконец, когда U₂<U₁ <U_вх,Кмп₁ остаётся в состоянии 1, аКмп₂ переходит в состояние 0, и объединённый выход становится равным 0.

Автоколебательный мультивибратор.Схема автоколебательного мультивибратора на компараторе с односторонним питанием приведена на рис. 3.13.2а. Выходная частота определяется постоянной времениRC, а ширина петли гистерезиса устанавливается соотношением сопротивленийR₁,R₂, иR₃.

Пусть в исходном состоянии напряжение на выходе мультивибратора равно напряжению питания (выходной транзистор закрыт). Примем также R₁=R₂=R₃. Тогда напряжение на неинвертирующем входеU₁= 2U_пит/3 и конденсатор С заряжается через резисторR(рис.3.13.2б). Когда конденсатор зарядится до напряжения U₁, выход компаратора переключится, и конденсатор начнёт разряжаться. Когда напряжение на нём уменьшится до значенияU₂=U_пит/3, выход компаратора переключится в исходное состояние.

Рис. 3.13.2

Для приведённой схемы при R₁=R₂=R₃время заряда, как и время разряда конденсатора, находится из уравнения

С учётом того, что U₁= 2U₂получимT= 1,386RC.

Широтно-импульсный модулятор.Простейшая схема широтно-импульсного модулятора на копараторе (рис. 3.13.3а) получается из схемы автоколебательного мультивибратора добавлением цепи управления (U_у,R_у). При увеличении напряжения управления длительность импульсов (t_и) уменьшается, а пауза (t_п) возрастает. При этом скважность (относительная длительность импульсов)увеличивается по линейному закону (рис. 3.13.3б). Однако, изменяется и частота следования следования импульсов. ЕслиR₁=R₂=R₃, то она имеет максимальное значение приU_уU_пит/2. При уменьшенииR_учувствительность схемы увеличивается.

Рис. 3.13.3