Лабораторная работа № 2 Формирователи прямоугольных импульсов и генераторы прямоугольных импульсов

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Кафедра автоматики

Лабораторная работа № 2

Формирователи прямоугольных импульсов и генераторы прямоугольных импульсов

Выполнили: Ким : 5

Проверил:

Новосибирск 2006

Цель работы:

Изучение свойств формирователей прямоугольных импульсов и генераторов прямоугольных импульсов, изучение принципов работы формирователей коротких импульсов одновибраторов, а также автоколебательных генераторов.

Оборудование:

Компьютерная программа Electronics Workbench, моделирующая принцип работы различных электрических цепей.

Исходные данные:

1.  Формирователи коротких импульсов

Эксперимент 1	Эксперимент 2	Эксперимент 3
R=2,4 кОм С=360 пФ	R=1,2 кОм С=360 пФ	R=2,4 кОм С=180 пФ

2.  Одновибраторы

Эксперимент 1	Эксперимент 2	Эксперимент 3
R=0,51 кОм С=0,75 нФ	R=1,3 кОм С=0,75 нФ	R=0,51 кОм С=1,6 нФ

3.  Автоколебательные генераторы

Триггер Шмидта

Эксперимент 1	Эксперимент 2	Эксперимент 3
R1=0,51кОм С=1 нФ R2=0,51 кОм	R1=0,91кОм С=1 нФ R2=0,51 кОм	R1=0,51кОм С=1 нФ R2=0,91кОм

Генератор прямоугольных импульсов

Эксперимент 1	Эксперимент 2	Эксперимент 3
R=0,68кОм С=4,7нФ	R=0,91кОм С=4,7нФ	R=0,68кОм С=9,1нФ

Ход работы:

1.  Формирователи коротких импульсов.

1.1  Схемы

Рис.1. Схема формирователя коротких импульсов.

1.2  Осциллограммы

Осциллограммы входного и выходного напряжений при различных элементах DD2.

Рис.2.1 DD2 элемент И

Рис.2.2 DD2 элемент ИЛИ

Рис.2.3 DD2 элемент И-НЕ

Рис.2.4 DD2 элемент ИЛИ-НЕ

Рис.2.5 DD2 элемент СУММА ПО МОДУЛЮ ДВА

Рис.2.6 Осциллограмма Uс, Uвых для элемента СУММА ПО МОДУЛЮ ДВА.

1.3  Исследование влияния сопротивления и емкости на длительность импульса

R кОм	2,4 кОм	1,2 кОм	2,4 кОм
С пФ	С=360 пФ	С=360 пФ	С=180 пФ
	4,2 мкс	4,6 мкс	4,6 мкс
	4,1 мкс	4,55 мкс	4,55 мкс

2.  Одновибраторы.

2.1  Схемы

Рис.3. Схема одновибратора.

2.2  Осциллограммы

Осциллограммы входного и выходного напряжений при различных элементах DD2.

Рис.4.1. Осциллограммы входного и выходного (Uвых1) напряжений

Рис.4.2. Осциллограммы входного и выходного (Uвых2) напряжений

Рис.4.3. Осциллограммы входного напряжения и напряжения на сопротивлении

2.3  Исследование влияния сопротивления и емкости на длительность импульса

R кОм	0,51 кОм	1,3 кОм	0,51 кОм
С нФ	С=0,75 нФ	С=0,75 нФ	С=1,6 нФ
tи	0,475 мкс	0,890 мкс	0,890 мкс

3.  Автоколебательные генераторы.

3.1  Схема

Рис.5. Схема генератора на триггере Шмидта

3.2  Осциллограммы

Рис.6. Осциллограммы выходного напряжения и напряжения на ёмкости

3.3  Исследование влияния сопротивления и емкости на длительность импульса

R1 кОм	0,51кОм	0,91кОм	0,51кОм
R2 кОм	0,51кОм	0,51кОм	0,91кОм
С нФ	С=1 нФ	С=1 нФ	С=1 нФ
tимп	535 нс	535 нс	736 нс
tпаузы	1022 нс	2146 нс	1044 нс
T, мкс	1,587	2,681	1,780
F, МГц	0,63	0,37	0,56

3.4  Схема

Рис.7. Генератора прямоугольных импульсов

3.5  Осциллограммы

Рис.8.1. Осциллограммы выходных напряжений Uвых1 и Uв ых2

Рис.8.2. Осциллограммы UвходаDD1,UвходаDD2

3.6  Исследование влияния сопротивления и емкости на длительность импульса

R кОм	0,68кОм	0,91кОм	0,68кОм
С нФ	4,7нФ	4,7нФ	9,1нФ
tи	3,15 мкс	3,54 мкс	6,14 мкс
T, мкс	6,1	7,3	5,7
F, МГц	0,16	0,13	0,17

Выводы:

1.  Формирователи коротких импульсов.

На элемент-сборщик подаются входное напряжение и напряжение на конденсаторе. В зависимости от типа Элемента-сборщика, на выходе мы будем наблюдать импульсы различной формы. Цепь разряда ёмкости: +С-R-R0вых-1. Цепь заряда ёмкости: +5- R1вых-R-С-1.

a.  DD2 элемент И

Передний фронт выходного импульса формируется по переднему фронту входного положительного импульса, а задний фронт выходного импульса формируется при достижении напряжения на емкости порогового напряжения логического элемента до окончания входного импульса. У элемента И выходной импульс положительный. Формирование выходного импульса происходит на разряде ёмкости.

b.  DD2 элемент ИЛИ

Передний фронт выходного импульса формируется по заднему фронту входного положительного импульса, задний фронт выходного импульса формируется при достижении напряжения порога во время длительности паузы входного импульса. У элемента ИЛИ выходной импульс отрицательный. Формирование выходного импульса происходит на заряде ёмкости.

c.  DD2 элемент И-НЕ

Передний фронт выходного импульса формируется по переднему фронту входного положительного импульса, а задний фронт выходного импульса формируется при достижении напряжения на емкости порогового напряжения логического элемента до окончания входного импульса. У элемента И-НЕ выходной импульс отрицательный. Осциллограмма выходного напряжения есть не что иное, как проинвертированная осциллограмма для элемента И.

d.  DD2 элемент ИЛИ-НЕ

Передний фронт выходного импульса формируется по заднему фронту входного положительного импульса, задний фронт выходного импульса формируется при достижении напряжения порога во время длительности паузы входного импульса. У элемента ИЛИ-НЕ выходной импульс положительный. Аналогично, осциллограмма выходного напряжения есть не что иное, как проинвертированная осциллограмма для элемента ИЛИ.

e.  DD2 элемент СУММА ПО МОДУЛЮ ДВА

Т. к. τразр >τзар (R0вых> R1вых), то выходные импульсы будут различаться по длительности. (Импульс, формирующийся на заряде ёмкости будет больше импульса, формирующегося на разряде ёмкости). По осциллограмме Uс можно приближённо оценить значение Uпор~3 В. Выходной импульс формируется при положительном входном импульсе и Uс< Uпор или при нулевом входном импульсе и Uс> Uпор. Т. к. τзар=С(R+ R1вых), a τразр=С(R+ R0вых) то при изменении R и С длительности импульсов будут изменяться.

2.  Одновибраторы.

В схеме одновибратора короткий отрицательный входной импульс преобразуется в более длинный выходной импульс. Следует отметить, что на сопротивление R в схеме накладывается двустороннее ограничение. При появлении входного импульса начинается заряд ёмкости по цепи +5-R1вых(DD1)-С-R - 1. При достижении на ёмкости порогового значения напряжения заканчивается выходной импульс, после чего начинается разряд ёмкости по цепи +5-R0вых(DD1)-R||Rпр-С. Формирование импульса происходит на заряде ёмкости. τзар=С(R+ R1вых), поэтому при изменении параметров С и R будет изменяться длительность импульса, а также длительность паузы

3.  Автоколебательные генераторы.

a.  Генератор на триггере Шмидта

Триггер Шмидта – это регенеративное устройство, у которого выходной сигнал может принимать 2 значения. Переход от одного уровня выходного напряжения к другому происходит скачкообразно при определённом значении входного сигнала – напряжения срабатывания. Возвращение в исходное состояние происходит при другом уровне входного сигнала – напряжении отпускания. По модулю оно всегда меньше напряжения срабатывания на ΔU. Подобные устройства обычно используются для формирования резких перепадов напряжения из сравнительно медленно меняющихсявходных сигналов.

b.  Генератор прямоугольных импульсов

При рассмотрении генератора удобно предположить, что в момент времени “0” включается питание. Элемент DD3 предназначен для того, чтобы ΔR нагрузки не вличло на частоту колебаний. После включения питания начинается заряд ёмкости по цепи +5-R1вых(DD2)-С-R - R0вых-1. В процессе заряда ёмкости с увеличением сопротивления, уменьшается ток и потенциал точки 1 приближается к потенциалу точки 2. Начинается перезаряд ёмкости по цепи +5-R1вых(DD1)-С-R - R0вых-1. Затем опять всё начинается заново. Т. к. Длительность импульса высчитывается по формуле t=C(R+ R0вых + +R1вых)*(ln((2Е-Uп)/( Е-Uп))+ ln((Uп+Е)/Uп)), то она зависит от изменяющихся параметров C и R