Лабораторна робота № 4 Дослідження схем кільцевого генератора та формувачів коротких імпульсів на елементах ттл (ттлш) серій.

Мета роботи: вивчення та практичне засвоєння принципів побудови простих схем генераторів та формувачів коротких імпульсів на основі елементів логіки інтегральних мікросхем ТТЛ (ТТЛШ), дослідження їх роботи за допомогою стенда та осцилоскопа.

Вимоги до підготовки студентів.

Перед початком виконання лабораторної роботи студент повинен знати:

• роботу стенду;

• монтажні схеми пристроїв, що досліджуються та принципи їх роботи.

Студент допускається до лабораторної роботи тільки за умови виконання ним усіх вище перелічених вимог та відповідної підготовки оформлення звіту.

Загальні відомості.

Кільцевим генератором називається схема, яка складається з N послідовно включених інверторів, що охоплюються кільцевим зворотнім зв’язком, як показано на рис.4.1. Кількість інверторів, що включаються в кільце, повинна бути непарною, тобто N=2k+1, де k = 0, 1, 2, ... . Частота сигналу, який отримується на виході кільцевого генератора, обернено пропорційна кількості інверторів, включених в кільце, та середній затримці переключення цих інверторів.

Рис.4.1. Загальна схема кільцевого генератора.

На рис.4.2(а) наведено монтажну схему кільцевого генератора, побудованого на базі трьох елементів логіки І-НІ мікросхеми ЛА4. Всі елементи мікросхеми використовуються в якості інверторів. Вихід генератора підключений до осцилоскопа (Osc1, Sync).

На рис.4.2(б) наведено часові діаграми вихідних сигналів кільцевого генератора, який працює наступним чином. Якщо в контрольній точці  напруга має рівень лог.0, то в точці ‚ - лог.1, в точці ƒ - лог.0. Вихід останнього інвертора (точка ) починає переключатись в лог.1, і як тільки його рівень досягне напруги спрацювання першого інвертора, напруга в точці ‚ почне зменшуватись (перший інвертор починає переключатись в лог.0) і т.д. З рис.4.2(б) видно, що сигнали в точках , ‚, ƒ однакові за формою і зміщені за фазою. Період сигналу в кожній точці дорівнює T = 6t₁, де t₁ - тривалість переключення інвертора. Фактично час t₁ – це середня затримка переключення логічного елементу t_{зат-сер}. Таким чином, визначивши період вихідного сигналу кільцевого генератора, можна оцінити середню затримку логічного елементу: t₁ = T/6.

Рис.4.2. Монтажна схема кільцевого генератора на мікросхемі ЛА4 (а) та часові діаграми вихідних сигналів (б).

Формувачі коротких імпульсів можуть бути побудовані за різними схемами. Нижче наведені три варіанти таких схем, які за принципами побудови подібні між собою. Кожний формувач має вихідний елемент логіки, на один з входів якого надходять вхідні імпульси безпосередньо, а на другий – через коло затримки, яке організується за допомогою інших елементів логіки. За рахунок цієї затримки при зміні вхідного сигналу схеми сигнали на входах вихідного елементу змінюються неодночасно, що приводить до появи на його виході короткого імпульсу відповідної тривалості, яка залежить від довжини кола затримки та від швидкодії елементів логіки схеми.

На рис.4.3(а) наведено монтажну схему формувача коротких імпульсів від’ємної полярності за фронтом вхідного сигналу, а на рис.4.3(б) – часові діаграми вхідних та вихідних сигналів цього формувача. Формувач побудований на чотирьох елементах ЛА4 (мікросхеми D1 і D2). Три елементи D1 включені як інвертори і виконують функцію кола затримки, а на виході останнього елементу І-НІ D2 лог.0 формується лише тоді, коли на його входах (точки  і „) будуть присутні лог.1. Як видно із часових діаграм, така комбінація з’являється лише по додатньому перепаду вхідного імульсу.

Рис.4.3. Монтажна схема формувача коротких імпульсів від’ємної полярності по фронту вхідного сигналу (а) і часові діаграми вхідних та вихідних сигналів (б).

Як видно з часових діаграм на рис.4.4(б), формувач коротких імпульсів від’ємної полярності на рис.4.4(а) спрацьовує по фронту та зрізу вхідного сигналу. Фактично він являє собою подвоєну схему попереднього формувача. Коло затримки організоване на логічних елементах мікросхеми D1 ЛА4 та одного елементу D2 ЛР1, а вихідний елемент – це другий елемент логіки D2. Лог.0 на його виході з’являється лише тоді, коли або на одній парі його входів (точки , „), або на іншій (‚ і …) одночасно будуть присутні лог.1. Як видно з часової діаграми, по додатньому перепаду вхідного імпульсу така комбінація з’являється на першій парі входів, а по від’ємному перепаду – на другій.

Рис.4.4. Монтажна схема формувача коротких імпульсів від’ємної полярності по фронту і зрізу вхідного сигналу (а) і часові діаграми вхідних та вихідних сигналів (б).

Рис.4.5. Монтажна схема формувача коротких імпульсів додатньої полярності по фронту і зрізу вхідного сигналу (а) і часові діаграми вхідних та вихідних сигналів (б).

На рис.4.5(а) наведено формувач коротких імпульсів додатньої полярності по фронту і зрізу вхідного сигналу, побудований на мікросхемі ЛП5, а на рис.4.5(б) – часову діаграму його роботи. Перші три елементи мікросхеми виконують функцію кола затримки, а четвертий – функцію вихідного елементу. На виході схеми лог.1 з’являється тоді, коли на входах вихідного елементу (точки  і „) сигнали будуть мати різні значення. Як видно з часової діаграми, ця комбінація з’являється як по додатньому, так і по від’ємному перепаду вхідного імпульсу. На відміну від попередніх, цей формувач генерує короткі імпульси додатньої полярності.

Порядок виконання лабораторної роботи.

1. Увімкнути живлення осцилоскопа та стенда.

2. Скласти на стенді схему кільцевого генератора (рис.4.2(а)).

3. Спостерігати на екрані осцилоскопа вихідний сигнал генератора, визначити величину середньої затримки переключення на елементі логіки мікросхеми ЛА4.

4. Скласти на стенді монтажну схему формувача коротких імпульсів від’ємної полярності по фронту вхідного сигналу (рис.4.3(а)).

5. Спостерігати на екрані осцилоскопа форму вихідного сигналу по відношенню до вхідного, порівняти її з часовими діаграмами на рис.4.3(б).

6. Скласти на стенді монтажну схему формувача коротких імпульсів від’ємної полярності по фронту і зрізу вхідного сигналу (рис.4.4(а)).

7. Спостерігати на екрані осцилоскопа форму вихідного сигналу по відношенню до вхідного, порівняти її з часовими діаграмами на рис.4.4(б).

8. Скласти на стенді монтажну схему формувача коротких імпульсів додатньої полярності по фронту і зрізу вхідного сигналу на ЛП5 (рис.4.5(а)).

9. Спостерігати на екрані осцилоскопа форму вихідного сигналу по відношенню до вхідного, порівняти її з часовими діаграмами на рис.4.5(б).

10. Вимкнути живлення осцилоскопа і стенда.

Зміст звіту.

1. Монтажні схеми кільцевого генератора та трьох формувачів коротких імпульсів.

2. Часові діаграми їх вхідних та вихідних сигналів.

3. Висновки.

Контрольні питання.

1. Принципи побудови кільцевих генераторів та формувачів коротких імпульсів.

2. Основні електричні параметри мікросхем груп ЛА, ЛР та ЛП серії К155.

3. Методика визначення середнього часу переключення елементу логіки за допомогою схеми кільцевого генератора.

4. Робота стенду.