Zespół Szkół Elektroniczno-Elektrycznych

w Koszalinie

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA:

BADANIE GENERATORÓW IMPULSOWYCH

Koszalin rok szk. 2002/2003

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest poznanie budowy i zasad pracy generatorów impulsowych oraz metod badania parametrów sygnałów impulsowych.

Wiadomości wstępne

Impulsem nazywamy przebieg napięcia (lub prądu) występujący na wyjściu układu elektronicznego w czasie porównywalnym z czasem trwania stanów nieustalonych w danym układzie.

Rys. 1 Parametry impulsu

• U_m - amplituda impulsu

• t_i - czas trwania impulsu (czas upływający od początku do końca impulsu przy czym za początek i koniec impulsu uważa się chwile, w których impuls osiąga wartości równe jednej dziesiątej jego amplitudy).

• t_u - czas narastania (czas, w którym impuls narasta od 0,1U_m do 0,9U_m  wartości amplitudy).

• t_o - czas opadania (czas, w którym impuls narasta od 0,9U_m do 0,1U_m.

• częstotliwość powtarzania impulsu

Multiwibratorami są nazywane układy generacyjne, które stanowią połączenie dwóch lub większej liczby wzmacniaczy objętych obwodem dodatniego sprzężenia zwrotnego. Sprzężenia te mogą być dwóch rodzajów: pojemnościowe lub rezystancyjne. W zależności od typu pracy wyróżnia się:

1. Multiwibratory astabilne pracują jako układy samowzbudne i nie mają stanów stabilnych.

2. Multiwibratory monostabilne mają dwa stany: jeden stabilny i jeden niestabilny. Przejście do stanu niestabilnego wymaga impulsu wyzwalającego. Czas pozostawania w stanie niestabilnym jest uzależniony od parametrów układu.

3. Multiwibratory bistabilne mają dwa stany równowagi trwałej, przy czym przejście z jednego stanu do drugiego wymaga impulsu sterującego.

4. Multiwibratory polistabilne mają wiele stanów stabilnych.

5. Generatory samodławne zwane również generatorami samoblokującymi, są to jednostopniowe relaksacyjne, w których stosuje się indukcyjne sprzężenie zwrotne, podobnie jak w generatorach Meissnera. Sprzężenie to uzyskuje się za pomocą transformatora z rdzeniem nienasycającym się lub z rdzeniem o prostokątnej pętli histerezy. Transformatory takie spełniają funkcję elementu pamięciowego. Generatory samodławne są stosowane do wytwarzania impulsów prostokątnych o krótkim czasie trwania i małym współczynniku wypełnienia. Generatory samodławne pracują jako generatory astabilne lub monostabilne.

PRZEBIEG ĆWICZENIA

1. Pomiar tranzystorowego multiwibratora astabilnego.

Rys. 2 Multiwibrator tranzystorowy astabilny

Zapoznać się z budową i działaniem multiwibratora tranzystorowego ze sprzężeniem kolektorowym.

Na wyjście układu podać dołączyć oscyloskop.

1. Pomiar zależności parametrów impulsów w zależności od napięcia zasilającego. Przy stałych wartościach C₁ i C₂ oraz R_B1 i R_B2. zmierzyć parametru sygnału w funkcji napięcia zasilającego.

RB1=RB2=10kΩ C1=C2=150nF
L.p.	Uz	Um	ti	to	tu	f
	V	V	μs	μs	μs	kHz
1	Umin
2	Umax

2. Pomiar parametrów impulsów w zależności od pojemności sprzęgających przy stałym napięciu zasilania U= 12V i stałych wartościach rezystancji R_B1 i R_B2.

RB1=RB2=10kΩ Uz= 12V
L.p.	C1	C2	ti	to	tu	f
	nF	nF	μs	μs	μs	kHz
1	100	10
2			47
3	10	100
4	47

3. Pomiar parametrów impulsów w zależności od rezystancji R_B1 i R_B2 przy stałym napięciu zasilania U_z=12V i stałych wartościach C₁ i C₂.

C1=C2=47nF Uz= 12V
L.p.	R1	R2	ti	to	tu	f
	kΩ	kΩ	μs	μs	μs	kHz
1	15	5
2			10
3	5	15
4	10

4. Przerysować z oscyloskopu przykładowy przebieg sygnału tranzystorowego multiwibratora astabilnego.




U_wy





2. Badanie multiwibratora za wzmacniaczem operacyjnym.




Rys. 3 Generator impulsowy ze wzmacniaczem operacyjnym

Multiwibrator ze wzmacniaczem operacyjnym pracuje z dodatnim sprzężeniem zwrotnym realizowanym przez dzielnik napięcia zbudowany z rezystorów R₁. Część napięcia wyjściowego podawana jest na wejście nieodwracające i stanowi napięcie odniesienia dla napięcia na kondensatorze C.

Jeżeli na wyjściu wzmacniacza operacyjnego jest napięcie dodatnie równe prawie napięciu zasilania, to na jego wejściu nieodwracającym występuje takie napięcie jakie wynika z dzielnika R₁. Kondensator C ładuje się poprzez diodę D₁ ,spolaryzowaną w kierunku przewodzenia, i rezystor R₂. Napięcie wyjściowe wzmacniacza jest dodatnie tak długo, jak długo napięcie na kondensatorze C jest mniejsze od napięcia na wejściu odwracającym wzmacniacza operacyjnego. Z chwilą, gdy kondensator C naładuje się do napięcia równego napięciu na wejściu nieodwracającym, nastąpi zmiana napięcia wyjściowego z dodatniego na ujemne(zbocze opadające). Ujemne napięcie wyjściowe spowoduje rozładowanie kondensatora C (przez diodę D₂ i odpowiednie rezystory R₂) do zera a następnie ładowanie go do dodatniego napięcia równego napięciu na wejściu nieodwracającym. Gdy oba napięcia się zrównają nastąpi przeskok napięcia wyjściowego z dodatniego na ujemne (zbocze opadające).




Rys. 4 Oscylogramy multiwibratora. A- sygnał wyjściowy, B- przebieg napięcia na kondensatorze C

Zapoznać się z budową i działaniem układu. Na podstawie pomiarów określić, które elementy mają wpływ na częstotliwość generowanego sygnału a które decydują o czasie trwania impulsu i o długości przerwy między impulsami.

Do wyjścia układu podłączyć oscyloskop.

1. Pomiar parametrów impulsu wyjściowego w zależności od pojemności C przy stałych wartościach R₁ i R2= 10 kΩ (przełączniki P₃ i P₄ w pozycji 2).

L.p.	C	Um	ti	to	tu	f
	nF	V	μs	μs	μs	kHz
1	10
2	47
3	150

2. Pomiar parametrów sygnału wyjściowego w zależności od wartości R₁ i R₂ przy stałej wartości C=100 nF (przełącznik P₁ w pozycji 2).

L.p.	R1	R2	Um	ti	to	tu	f
	kΩ	kΩ	V	μs	μs	μs	kHz
1	5 kΩ	5kΩ
2			10 kΩ
3			15 kΩ
4		10 kΩ	5kΩ
5			10 kΩ
6			15 kΩ

3. 
   
   Przerysować z oscyloskopu przykładowy przebieg sygnału wyjściowego.

U_wy

t

3. Badanie multiwibratora astabilnego na bramkach NAND




Rys. 5 Generator impulsowy na bramkach NAND

Jeżeli na wyjściu bramki B₁ istnieje stan jedynki logicznej, to wówczas ładuje się kondensator C₁ przez rezystor R₁. W czasie tego ładowania, dopóki potencjał na rezystorze R₁ jest wyższy niż napięcie progu logicznego bramki B₂, na wyjściu tej bramki panuje zero logiczne, podtrzymujące na wyjściu bramki B­₁ jedynkę logiczną. Stan taki trwa do chwili, w której stan naładowania kondensatora będzie odpowiadał napięciu mniejszemu od poziomu logicznego. Wówczas na wyjściu bramki B­₁ pojawi się zero logiczne, a na wyjściu B­₂ - jedynka. Układ zmieni swój stan na przeciwny. Kondensator C₁ będzie teraz rozładowywany przez rezystor R­₁ i bramkę. Teraz z kolei ładowany jest kondensator C­₂ i dalej cykl się powtarza.

Na wyjście układu podłączyć oscyloskop.

1. Pomiar parametrów przebiegu sygnału wyjściowego w zależności od wartości elementów R_1,R_{2 i} C₁, C_2.

L.p.	R1	R2	C1	C2	Um	ti	f
	kΩ	kΩ	nF	nF	V	μs	kHz
1	1,2	1,2	100	100
2					1
3					0,810
4		1			1,2	100	100
5					1
6					0,810
7		1	1		220	220
8						100
9						10
10		1			1	10	100
11						100
12						10

Przerysować z oscyloskopu przykładowy przebieg sygnału wyjściowego.




U_wy




DANE ELEMENTÓW

Tranzystorowy multiwibrator asatabilny.
Pozycja przełącznika		1	2	3
C1=C2	100 nF		47 nF		10 nF
R­B1= RB2	15 kΩ		10 kΩ		5 kΩ
Multiwibrator na wzmacniaczu operacyjnym
C	10 nF		47 nF		150 nF
R1­=R2	5 kΩ		10 kΩ		15 kΩ
Multiwibrator na bramkach NAND
C	10 nF		100 nF		220 nF
R1=R2	1,2 kΩ		1,0 kΩ		820 Ω

t

---