Лабораторная работа № 1 Основные радиоэлектронные измерения и измерительные приборы (стр. 19 )

Рис. 17. Счетчик на тактируемых D-триггерах

3. Экспериментальная установка

Установка предназначена для практической сборки логических цепей на цифровых интегральных микросхемах. В данной работе используются микросхемы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) серии К155 с параметрами:

1. Напряжение логического нуля U0 +0,4 В

2. Напряжение логической единицы U1 +2,4 В

3. Максимальная частота входного сигнала 10 МГц

4. Коэффициент разветвления (количество

выводов логических элементов, подключаемых к выходу элемента) 10

5. Напряжение питания +5 В ±5%

Рабочий макет включает в себя пять микросхем KI55ТM2, по одной — К155ЛИ1, К155ЛЛ1, К155ЛН1, а также светодиодные индикаторы. В состав одного корпуса микросхемы К155ТМ2 входят два D-триггера. Светодиодные индикаторы подключены к инверсным выходам триггеров таким образом, что их свечение сигнализирует о наличии уровня логической единицы на прямых выходах триггеров. Микросхема К155ЛИ1 состоит из 4 элементов 2И, К155ЛЛ1 — 4 элементов 2ИЛИ, К155ЛН1 — 6 элементов НЕ. Для индикации логических уровней на выходах элементов используются группы светодиодных индикаторов. Свечение светодиода с надписью «0» или «1» сигнализирует о наличии соответствующего логического уровня на выходе элемента. Шины с надписями «0» и «1» предназначены для установки данных логических уровней на входах элементов.

Приборы, используемые в работе: 1) генератор прямоугольных импульсов; 2) источник питания.

4. Порядок выполнения работы

4.1. Проверить работу логических схем И, ИЛИ, НЕ при различных наборах переменных на входе. Составить таблицы истинности логических элементов.

4.2. Собрать на микросхемах рабочего макета заданную преподавателем сложную логическую функцию, предварительно составив функциональное уравнение и минимизировав его.

4.3. Собрать схему четырехразрядного счетчика. Проверить его работу, подавая на вход заданное число импульсов.

5. Методические указания

5.1. Перед началом работы внимательно изучить рабочий макет. Необходимо четко представлять, какой вывод корпуса микросхемы соответствует одноименному выводу на принципиальной схеме. Нумерация выводов микросхем производится по часовой стрелке. Первый вывод обозначен на корпусе микросхемы точкой. Напряжение питания рабочего макета не более 5 В. Недопустимо подключать выходы триггеров и выходы логических элементов к шине 0, а также объединять выходы логических элементов и триггеров. Невыполнение этих требований приводит к выходу из строя микросхем макета.

5.2. Перед включением приборов в сеть, а также при всех переключениях в цепях необходимо установить на источнике питания нулевое напряжение. На генераторе Г5-54 регулятор «Выход» установить в крайнее левое положение, множитель амплитуды выхода — 0,1, режим запуска — ручной, полярность выходных импульсов ¾ положительная.

5.3. Счетчик импульсов собирается на микросхемах К155ТМ2. Один корпус микросхемы содержит два D-триггера. Принципиальная схема счетчика импульсов на D-триггерах приведена в разделе «Счетчики». Импульсы внешнего генератора подаются на С — вход первого триггера. Перед началом счета импульсов необходимо нажать кнопку «Сброс» на рабочем макете, установив тем самым уровень логического нуля на выходах триггеров. Результат счета, представленный в двоичном коде, отображается на светодиодных индикаторах, подключенных к выходам триггеров.

6. Контрольные вопросы

1. Что называется полной системой булевых функций? Приведите примеры.

2. Как составить функциональное уравнение, соответствующее заданной логической операции?

3. Напишите функциональное уравнение, определяющее операцию сложения трех двоичных чисел. Нарисуйте схему, реализующую эту операцию.

4. Представьте в двоичном коде числа 25, 50, 75.

7. Литература

1. Букреев И. Н., Мансухов Б. М., Горячев В. И. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. М., 1975.

2. Ефимчик М. К., Шушкевич С. С. Основы радиоэлектроники. Минск, 1986.

Лабораторная работа № 12

ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

1. Цель работы

Изучение устройства, принципа действия и применения операционных усилителей в различных радиотехнических устройствах. Практическая сборка схем на операционных усилителях и измерение их параметров.

2. Краткие теоретические сведения

2.1. Общие сведения.

Операционные усилители в настоящее время являются основными элементами аналоговых радиотехнических устройств. Изменяя параметры цепи обратной связи, можно на одном операционном усилителе получить большое число устройств, выполняющих различные операции над сигналом, такие как генерация, усиление, сравнение двух сигналов, ограничение, дифференцирование и др. В данной работе изложены физические основы работы операционных усилителей, основные схемы их использования и практические рекомендации по построению этих схем и проведению измерений. Операционный усилитель (ОУ) по принципу действия сходен с обычным усилителем. Как и обычный усилитель, он предназначен для усиления напряжения (мощности входного сигнала). Однако в отличие от него свойства и параметры устройства, собранного на операционном усилителе, определяются не внутренним его устройством, а внешними по отношению к ОУ цепями. В частности, изменяя параметры цепи обратной связи, можно получить большое число устройств, выполняющих различные операции над сигналом, такие как усиление, сравнение двух сигналов, ограничение, дифференцирование и др.

Операционные усилители выполняются по схеме усилителей постоянного тока. Они характеризуются большим коэффициентом усиления, высоким входным сопротивлением, низким выходным сопротивлением. Ранее подобные высококачественные усилители использовались исключительно в аналоговых вычислительных устройствах для выполнения таких математических операций, как суммирование и интегрирование. Отсюда и произошло их название ¾ операционные усилители.

В настоящее время операционные усилители выполняются, как правило, в виде монолитных интегральных микросхем и по своим параметрам и цене мало отличаются от отдельно взятого транзистора. Благодаря практически идеальным характеристи­кам операционных усилителей, проектировать и создавать ра­ботоспособные схемы на их основе в большинстве случаев проще, чем эквивалентные им схемы на дискретных компонентах. Поэтому операционные усилители вытесняют отдельные транзисторы как элементы схем во многих областях электроники. Чтобы определить, какой тип операционного усилителя подходит для конкретного случая его применения, достаточно, как правило, знать его основные характеристики. Только в особых случаях необходимо знание внутренней структуры операционного усилителя.

2.2. Свойства операционного усилителя.

Операционный усилитель имеет два входа и один выход (рис. 1). Если на входы ОУ подать два напряжения (U+ и U-), то усиливаться будет их разность. Поэтому такой усилитель называется дифференциальным:

Uдиф= U+-U-

Если на один из входов подать нулевой потенциал (заземлить), то в области низких частот выходное напряжение будет находиться либо в фазе, либо в противофазе с входным напряжением, поданным на другой вход. В первом случае незаземленный вход называется неинвертирующим (+), а во втором ¾ инвертирующим (-).

Рис. 1. Схематическое изображение операционного усилителя:

1 — инвертирующий вход, 2 — неинвертирующий вход, 3, 4 — питание постоянным напряжением, 5 — выход

Чтобы обеспечить возможность работы операционного усилителя как с положительным, так и с отрицательным входным сигналом, используется двухполярное питающее напряжение. Для этого необходимо предусмотреть два источника постоянного напряжения, которые, как это показано на рис. 1, подключаются к соответствующим выводам операционного усилителя. Рассмотрим основные параметры операционного усилителя:

1. Дифференциальный коэффициент усиления по напряжению представляет собой отношение изменения выходного напряжения к вызвавшему его изменению дифференциального входного напряжения:

Обычно К весьма велико и составляет 103÷105.

2. Коэффициент подавления синфазного сигнала p представляет собой отношение дифференциального коэффициента усиления к коэффициенту усиления синфазного сигнала:

.

Коэффициент подавления синфазного сигнала обычно составляет величину 103¸104.

3. Входное сопротивление (Rвх) — сопротивление со стороны любого входа, в то время как другой соединен с «землей». Входное сопротивление для разных типов усилителей может быть от десятков килоом до нескольких мегаом.

4. Выходное сопротивление (Rвых) — сопротивление со стороны выхода в таком режиме работы, когда напряжение на входе равно нулю. Сопротивление Rвых для разных типов выходных каскадов может быть равно 25¸500 Ом.

5. Полоса пропускания ОУ определяется как частотный диапазон, в котором выходное напряжение уменьшается не более чем до 0,707 от своего максимального значения при неизменной амплитуде на входе. Нижняя граница полосы пропускания ОУ равна нулю (ОУ усиливают постоянные напряжения), верхняя граница полосы пропускания определяется типом ОУ и может изменяться от десятков килогерц до сотен мегагерц.

6. Максимальное выходное напряжение (Uвых. макс.) — амплитуда выходного напряжения относительно нуля при работе усилителя на линейном участке. У разных типов ОУ Uвых. макс.=±(3¸13) В.

2.3. Составные части операционного усилителя.

2.3.1. Усилитель постоянного тока (УПТ).

УПТ отличается от усилителей переменного тока отсутствием каких-либо емкостей.