Temat: UKŁADY FORMOWANIA IMPULSÓW Nr 27
Udział wzięli: Andrzej Rusiecki Tomasz Leończuk Marek Prokopczyk Krzysztof Świrydziuk	DATA: 7 października 1998

Ćwiczenie polegało na zbadaniu działania elementarnych układów formowania impulsów, takich jak układ całkujący i różniczkujący oraz układów tranzystorowych generujących impulsy przy przejściu sygnału sterującego przez zero, czy generującego sygnał piłokształtny. I tak podczas ćwiczenia korzystaliśmy z następujących układów stanowiących „klocki” z których później składaliśmy układy zadane w końcowej części instrukcji:

• elementarne bloki: różniczkujący i całkujący:

(Stałą czasową powyższych układów ustala się poprzez dobór R i C.)

• tranzystorowy układ formujący impulsy:

Działanie powyższego układu można w skrócie przedstawić następująco:

Dla wysokiego poziomu sygnału sterującego tranzystor Q2 jest nasycony przez co napięcie na bazie tranzystora Q1 jest bliskie zeru, a co za tym idzie tranzystor ten jest zatkany. Napięcie wyjściowe (zaznaczone tu przy użyciu markera) jest więc tu bliskie z dobrym przybliżeniem zera ponieważ nie ma praktycznie nie ma przepływu prądu przez rezystor R3. W chwili gdy napięcie sygnału sterującego osiąga wartość zero, tranzystory przechodzą analogicznie w przeciwne do poprzednich stany i generowany jest na wyjściu impuls o amplitudzie równej blisko wartości napięcia zasilającego i trwający dopóty, dopóki sygnał sterujący znów nie osiągnie wartości nasycającej pierwszy od lewej tranzystor (w naszym przypadku oszacowaliśmy tą wartość na około 1.4 wolta, lecz w praktyce była ona niższa).

• układ generacji przebiegu piłokształtnego

Układ ten po podaniu na wejście okresowo powtarzających się impulsów generuje przebieg piłokształtny o szybkości opadania zbocza zależnej od wartości kondensatora C3 oraz R7 i R2, tworzących stałą czasową (rozładowuje się kondensator przez owe rezystory - do niższego potencjału tworzonego przez dodatkowe źródło V4.

Aby uzyskać piłę opadającą od 10 do 1 V, wartość pojemności kondensatora powinna wynosić około 470nF (stała czasowa układu będzie wówczas wynosić około 10ms).

• układ komparatora:

Układ ten porównuje napięcie podawane z np. V5 z zadawanym na drugie wejście napięciem pochodzącym z dzielnika napięcia zasilonego bezpośrednio z 12 V zasilania układów zestawu laboratoryjnego.

• układ uniwibratora:

W zależności od tego na bazę którego z tranzystorów będziemy podawać impulsy wyzwalające, uniwibrator będzie generował na wyjściu sygnał zbliżony do prostokątnego, w momencie gdy zbocze sterujące jest rosnące (Q3) bądź opadające (Q1). Czas trwania impulsu określa iloczyn stałej czasowej kondensatora C1, rezystora R2 i wartości logarytmu naturalnego z dwóch (czyli około 0,7).

Do naszych zadań należało zdjęcie odpowiednich oscylogramów dla układów różniczkującego i całkującego. Stałe czasowe owych układów zostały odpowiednio dobrane na 1T 0.1T 0.01T gdzie T jest to okres przebiegu podawanego na wejście układów (w naszym przypadku jest to sygnał prostokątny o częstotliwości 1000Hz). Wyżej wymienioną stałą czasową można uzyskać stosując połączenie rezystorów 1k, 10k i 100k z kondensatorem 100nF.

Tak oto prezentowały się oscylogramy układu różniczkującego:

A tak z kolei wyglądały przebiegi wynikłe z całkowania „prostokąta”:

Uzyskane przebiegi są w przybliżeniu zgodne z oczekiwanymi.

Kolejnym krokiem było sprawdzenie działania prostego ogranicznika napięcia na diodzie Zenera:

Układ ten zachowuje się identycznie jak zwyczajny stabilizator napięciowy, przez co napięcie w punkcie wskazanym przez marker nie przekracza napięcia Zenera.

Układ mający generować impulsy o regulowanym przesunięciu względem przejścia przez zero napięcia sieci zgodnie ze wskazówkami wykonaliśmy jako połączenie odpowiednich bloków funkcjonalnych:

• transformator z prostownikiem dwupołówkowym,

• układ generowania impulsów o czasie trwania „od spadku do 0 napięcia wejściowego do następnego wzrostu sygnału na wejściu do wartości >0”,

• generatora napięcia piłokształtnego,

• komparatora, przy użyciu którego „wybieraliśmy” wartość opadającego zbocza piły jako zbocze opadające impulsu,

• uniwibratora zastosowanego do generacji impulsów o ustalonym poprzez stałą czasową
  (oznaczenia na schemacie wyżej).

Dobierając elementy byliśmy nieco zdeterminowani poprzez istniejący niewielki ich wybór, co w efekcie zaowocowało doborem, który pozwolił nam uzyskać „widoczne” rezultaty pracy układów (kondensator w generatorze piły ustalony został na 100nF).

Z przykrością wypada mi stwierdzić, iż wspomnianej w instrukcji ćwiczenia obserwacji nieliniowości przetwarzania nie udało nam się dostrzec z powodu niskiej czułości elementów regulacyjnych na działania operatorów (potencjometry pozbawione były gałek i w efekcie zaobserwowaliśmy jedynie sprawne działanie układów bez analizy funkcji przetwarzania), mniemać można jednak, iż rzeczywiście przetwarzanie w owym układzie będzie nieliniowe, z tego choćby względu, iż zbocze piły nie stanowiło funkcji liniowej a wykładniczą.

Zbudowany przez nas układ częstościomierza składał się z następujących bloków funkcjonalnych:

• formowanie impulsów prostokątnych (układ formujący sterowany był przebiegiem sinusoidalnie zmiennym otrzymywanym z generatora),

• różniczkowanie (zastosowaliśmy zwykły układ różniczkujący [schemat na początku sprawozdania], elementy dobierając w zasadzie empirycznie tak aby uzyskać na oscyloskopie widoczny przebieg sygnału zróżniczkowanego,

• wyzwalanie uniwibratora (impulsy uzyskane z różniczkowania wyzwalały uniwibrator, przez co uzyskaliśmy impulsy o jednakowej szerokości, za to o zmiennej częstotliwości,

• całkowanie z dużą stałą czasową pozwoliło nam uzyskać na wyjściu przebieg niemal (z zadowalającą nas w tym momencie dokładnością) stały, którego amplituda była proporcjonalna do częstotliwości sygnału wejściowego.

Niestety również w tym przypadku nie możemy nic powiedzieć

o uzyskanych obserwacjach nieliniowości funkcji przetwarzania (układ pracował wyjątkowo niestabilnie co skutecznie uniemożliwiło nam zdjęcie wymaganych oscylogramów, podejrzewamy, że główną przyczyną wadliwej pracy układu były luźne, czasami wręcz nie dające się skorygować połączenia końcówek na stanowisku pomiarowym).

W związku z tym przytoczone tu rysunki stanowią odzwierciedlenie stanu rzeczywistego jedynie z bardzo dużym przybliżeniem.

---