Министерство образования и науки РФ

Новосибирский государственный технический университета

Кафедра Автоматики

Лабораторная работа № 3:

«ФОРМИРОВАТЕЛИ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ И ГЕНЕРАТОРЫ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ»

Группа: АВТ-909

Студенты:

Вариант: №5

Преподаватель:

Дата: 31.05.11

г. Новосибирск 2011 г

Цель работы:

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

Основная часть:

1.  ФОРМИРОВАТЕЛИ КОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ

Схема формирователя коротких импульсов

1.1) 
Подаем на вход запуска ФКИ последовательность импульсов (параметры функционального генератора:frequency – 100 kHz; duty cycle-50 %; amplitude – 2,4 V; offset – 2,4 V). Для построения временных диаграмм подключаем канал “B” осциллографа ко входу схемы, что обеспечивает синхронизацию по Uвх.

1.2)  Подключили канал “А” осциллографа к  точке “C” и зарисовали осциллограммы напряжений на емкости.

1.3)  Последовательно изменяя элемент-сборщик DD2 на заданные логические элементы, зарисовали осциллограммы входного (Uвх) и выходного (Uвых) напряжений для следующих вариантов построения схемы:

Осциллограммы напряжений Uвх и Uс(рис.1)

1.4)  Последовательно изменяя элемент-сборщик DD2 на заданные логические элементы, зарисовали осциллограммы входного (Uвх) и выходного (Uвых) напряжений для следующих вариантов построения схемы:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

- DD2 элемент И (рис. 2)

- DD2 элемент ИЛИ (рис. 3)

- DD2 элемент И-НЕ (рис. 4)

- DD2 элемент ИЛИ-НЕ (рис. 5)

- DD2 элемент СУММА ПО МОДУЛЮ ДВА (рис. 6)

1.5)  Исследовали влияние сопротивления и емкости на длительность импульсов tи1 tи2 . Для этого последовательно изменяли параметры R и C.

Осциллограммы напряжений Uсум2(t), Uвх(t) эксперимент 1 (рис. 7)

Примечание: График напряжения элемента СУММА ПО МОДУЛЮ 2 смещен вниз на 10В

Осциллограммы напряжений Uсум2(t), Uвх(t) эксперимент 1 (рис. 8)

Примечание: График напряжения элемента СУММА ПО МОДУЛЮ 2 смещен вниз на 10В

Осциллограммы напряжений Uсум2(t), Uвх(t) эксперимент 2 (рис. 9)

Примечание: График напряжения элемента СУММА ПО МОДУЛЮ 2 смещен вниз на 10В

Осциллограммы напряжений Uсум2(t), Uвх(t) эксперимент 2 (рис. 10)

Примечание: График напряжения элемента СУММА ПО МОДУЛЮ 2 смещен вниз на 10В

Осциллограммы напряжений Uсум2(t), Uвх(t) эксперимент 3 (рис. 11)

Примечание: График напряжения элемента СУММА ПО МОДУЛЮ 2 смещен вниз на 10В

Осциллограммы напряжений Uсум2(t), Uвх(t) эксперимент 3 (рис. 12)

Примечание: График напряжения элемента СУММА ПО МОДУЛЮ 2 смещен вниз на 10В

Таблица 1

Результаты экспериментов

Эксперимент 1

Эксперимент 2

Эксперимент 3

R, кОм

2,4

1,2

2,4

C, нФ

360

360

180

tu 1 (нсек)

795

449

450

tu 2 (нсек)

902

395

396

2.  ОДНОВИБРАТОРЫ

Схема одновибратора (рис. 13)

C:\Users\Syntax\Desktop\Схема.JPG

2.1)  Подаем на вход запуска одновибратора последовательность импульсов (параметры функционального генератора: frequency – 200 kHz; duty cycle-99 %; amplitude – 2,4 V; offset – 2,4 V). Зарисовываем осциллограммы входного Uвх и выходных Uвых1 и Uвых2 напряжений, а также осциллограмму напряжения на резисторе Ur.

Осциллограммы напряжений Uвых1(t), Uвх(t) (рис. 14)

C:\Users\Syntax\Desktop\1.JPG

Осциллограммы напряжений Uвых2(t), Uвх(t) (рис. 15)

C:\Users\Syntax\Desktop\Снимок.JPG

Осциллограммы напряжений Ur(t), Uвх(t) (рис. 16)

C:\Users\Syntax\Desktop\Снимок1.JPG

2.2)  Последовательно изменяя параметры R и C, в соответствии с таблицей, исследовали влияние сопротивления и емкости на длительность импульса tи выхода Uвых1.

Таблица 2

Результаты экспериментов

Эксперимент 1

Эксперимент 2

Эксперимент 3

R, кОм

С, нФ

0.51

0.75

1.3

0.75

0.51

1.6

tu (нсек)

475,3284

4146

3790

3.  АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР

Схема автоколебательного генератора (рис. 17)

3.1) Зарисовываем осциллограммы выходного напряжения Uвых и напряжения на емкости Uc. Исследовали влияние сопротивлений на длительность импульса tимп и длительность паузы tпаузы

Осциллограммы напряжений Uвых(t), Uc(t) (эксперимент 1) (рис. 18)

Осциллограммы напряжений Uвых(t), Uc(t) (эксперимент 2) (рис. 19)

Осциллограммы напряжений Uвых(t), Uc(t) (эксперимент 3) (рис. 20)

Таблица 3

Результаты опытов

Эксперимент 1

Эксперимент 2

Эксперимент 3

R1, кОм

0.51

0.91

0.51

R2, кОм

0.51

0.51

0.91

C, нФ

1

1

1

tu (нсек)

495

504

1078

tп (нсек)

1182

2138

1234

T, (нсек)

1677

2678

2312

f, кГц

596,3

373,4

432,5

3.2)  Зарисовываем осциллограммы выходных напряжений Uвых1 и Uвых2, а также напряжений в точках UвходаDD1, UвходаDD2. Изменяя параметры в соответствии с таблицей 1, исследуем влияние сопротивления и емкости на параметры выходного сигнала. (Uвых1) Cинхронизация по UвхDD1. (Канал «B» осциллографа должен быть подключен ко входу DD1).

Осциллограммы входного UвхDD1(t) и выходного напряжений Uвых1(t) (рис. 21)

Примечание: График напряжения Uвых1(t) смещен вниз на 10В

Осциллограммы напряжений UвхDD1(t), UвхDD2(t) (рис. 22)

Примечание: График напряжения Uвх2(t) смещен вниз на 10В

Осциллограммы входного UinDD1(t) и выходного напряжений UinDD3(t) (рис. 23)

Примечание: График напряжения Uвх2(t) смещен вниз на 10В

Таблица 4

Результаты опытов

Эксперимент 1

Эксперимент 2

Эксперимент 3

R, кОм

0.68

0.91

0.68

C, нФ

4.7

4.7

9.1

tu (нсек)

3041

3804

5775

tп (нсек)

3608

3546

6049

T, (нсек)

6675

7350

11799

f, кГц

149,8

136

84,7

4.  ВЫВОДЫ

  I.  Формирователи коротких импульсов.

На элемент-сборщик DD2 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.

Все ФКИ формируют более короткий выходной сигнал по фронту более длинного входного сигнала.

1)  DD2 элемент ИЛИ, ИЛИ-НЕ

Передний фронт выходного импульса формируется по заднему фронту входного положительного импульса, задний фронт выходного импульса формируется при достижении на емкости напряжения порога логического элемента во время длительности паузы входного импульса. У элемента ИЛИ выходной импульс отрицательный. У элемента ИЛИ-НЕ выходной импульс положительный. Формирование выходного импульса происходит на заряде ёмкости. Осциллограмма выходного напряжения ИЛИ-НЕ есть не что иное, как проинвертированная осциллограмма для элемента ИЛИ.

2)  DD2 элемент И, 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 выходной импульс положительный. У элемента И-НЕ выходной импульс отрицательный. Формирование выходного импульса происходит на разряде ёмкости. Осциллограмма выходного напряжения И-НЕ есть не что иное, как проинвертированная осциллограмма для элемента И.

3)  DD2 элемент СУММА ПО МОДУЛЮ ДВА

При подключении СУММА ПО МОДУЛЮ ДВА, формируются два коротких отрицательных импульса (второй импульс дольше первого). На заряде конденсатора формируется первый импульс, на разряде – второй, т. к. заряд конденсатора происходит быстрее, чем разряд, то длительность первого импульса должна быть меньше, чем второго (это подтверждает снятая осциллограмма). При уменьшении емкости или сопротивления происходит уменьшение длительности выходных импульсов (заряд ёмкости произойдет быстрее и напряжение на конденсаторе быстрее достигнет порогового, т. к. ток увеличится).

  II.  Одновибраторы.

Одновибратор по короткому запускающему сигналу вырабатывает более длинный сигнал заданной длительности. 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 +С-R0вых(DD1)-1-R--С. При увеличении значения емкости или сопротивления, длительность выходного импульса также возрастает.

III.  Автоколебательные генераторы.

1)  Схема 1

Формирование выходных прямоугольных импульсов происходит на заряде конденсатора(длительность импульса меньше длительности паузы, т. к. разряд конденсатора происходит быстрее заряда).

Скважность импульсов можно менять с помощью сопротивлений R1 и R2.

При увеличении значения сопротивления R1, происходит незначительное увеличение длительности выходного импульса, длительность паузы возрастает примерно в 2 раза, возрастает период и, соответственно, так же значительно уменьшается частота.

При увеличении значения сопротивления R2, длительность импульса возрастает примерно в 1.5 раза, длительность паузы незначительно уменьшается, возрастание периода и уменьшение частоты незначительно.

2)  Схема 2

При рассмотрении генератора удобно предположить, что в момент времени “0” включается питание схемы. Элемент DD3 (буферный лог. элемент) предназначен для того, чтобы изменение сопротивления нагрузки не влияло 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) - R-С - R0вых-1. Затем опять всё начинается заново.

При увеличении значения сопротивления длительность паузы увеличилась, а длительности импульса осталась почти неизменной.

При увеличении значения емкости, длительность импульса и паузы возросли.

В обоих случаях происходит увеличение периода выходного сигнала и уменьшение частоты.