plik

Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział AEiI, Instytut Elektroniki,

Kierunek Elektronika i Telekomunikacja, Laboratorium Układów Analogowych 2, semestr IV

Materiały dydaktyczne Instytutu Elektroniki Politechniki Śląskiej, Gliwice, Październik 2004. wer. 1.0

Ćwiczenie: Generatory niesinusoidalne

Przygotowanie do ćwiczenia:
Należy opanować materiał z rozdziału „Generatory napięć niesinusoidalnych” na
podstawie skryptu „Laboratorium elektroniki II” (Wydanie I Nr 1728 lub wydanie II Nr
2008 lub Nr 2323).
Dodatkowo należy zapoznać się z budową i zasadą działania układu NE555 na
podstawie dostępnej literatury – np. „Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe”
A. Filipkowski (rozdział 14.3.2) lub artykułów – np. ogólnodostępnego na stronie
elportal.pl:

www.elportal.pl/pdf/k01/19_11.pdf

oraz noty katalogowej

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ne555.pdf

Program ćwiczenia

1. Generator na NE 555

10 min

 Zmontować układ generatora przebiegu

piłokształtnego

SPM

(Rys.

1),

C=100nF, kondensator rozładowywać
bezpośrednio przez kolektor tranzystora
kluczującego:
a) zaobserwować przebiegi napięcia na

kondensatorze i na wyjściu Q za
pomocą sondy studenckiej i sondy
skompensowanej wyjaśnić różnice.

b) zaobserwować przebiegi napięcia na

kondensatorze  i  na  wyjściu  Q
z użyciem  sondy  skompensowanej
przy  C=100nF  i  C=1nF,  wyjaśnić
różnice.

c) Zmierzyć częstotliwość dla dwóch

wartości pojemności i skrajnych
nastaw SPM, porównać z warto-
ściami teoretycznymi.

 W układzie generatora między kolektor

a kondensator włączyć potencjometr
(Rys. 2)

. Zaobserwować jak zmiana

prądu rozładowania wpływa na przebiegi
napięcia  na  C  oraz  na  Q.  Jaka  jest
maksymalna  rezystancja  potencjometru,
przy której układ jeszcze generuje?

 W układzie jak w (Rys. 2) sprawdzić

funkcję  VCO.  W  tym  celu  na  wejście
VCO  podać  napięcie  stałe  z  testera.
Sprawdzić  jak  zmienia  się  kształt
przebiegu,

amplituda

przebiegu

piłokształtnego oraz prostokątnego przy
zmianach stałego napięcia sterującego.

 Zrealizować typowy układ multiwibratora

astabilnego z noty aplikacyjnej (Rys. 3).
Zaobserwować

przebiegi

kondensatorze

wyjściu

przy

zmianach nastawy potencjometru. Od
czego zależy współczynnik wypełnienia
przebiegu prostokątnego?

TRIG

NE555

THR

CTRL

VCC

VCO

+12 V

DISC

GND

OUT

RESET

Rys. 1

TRIG

NE555

THR

CTRL

VCC

VCO

+12 V

DISC

GND

OUT

RESET

Rys. 2

Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział AEiI, Instytut Elektroniki,

Kierunek Elektronika i Telekomunikacja, Laboratorium Układów Analogowych 2, semestr IV

Materiały dydaktyczne Instytutu Elektroniki Politechniki Śląskiej, Gliwice, Wrzesień 2012 wer. 2.0

- 2 -

 W układzie z punktu poprzedniego

zmierzyć  częstotliwość  dla  skrajnych
nastaw  potencjometru  i  dwóch  wartości
pojemności.  Porównać  wyniki  z  warto-
ściami  teoretycznymi  wyliczonymi  na
podstawie wzoru z noty katalogowej.

TRIG

100 nF

NE555

THR

CTRL

VCC

VCO

+12 V

DISC

GND

OUT

RESET

Rys. 3

W sprawozdaniu:

 Opisać funkcje poszczególnych bloków układu NE555.

 Wyjaśnić zasadę działania układów z Rys. 1÷3.

 Wyjaśnić dlaczego kształt przebiegu na kondensatorze obserwowany przy użyciu

sondy studenckiej i sondy skompensowanej się różnią.

 Wyprowadzić wzory na częstotliwość (okres) drgań dla układów z Rys. 1 oraz 3.
2. Multiwibrator tranzystorowy

10 min

 Uruchomić multiwibrator astabilny na dwóch

tranzystorach.

Wybrać

maksymalne

wartości

rezystorów kolektorowych (2.5 kΩ) i pojemności 20
nF. Pokrętła potencjometrów bazowych obu
tranzystorów ustawić tak, aby na oscyloskopie
otrzymać

poprawne

przebiegi

napięć

kolektorach tranzystorów.

 Zmieniając wartości pojemności kondensatorów

i nastawy  potencjometrów  w  obwodach  bazy
zaobserwować  na  oscyloskopie  ich  wpływ  na
częstotliwość,  wypełnienie  i  kształt  generowanego
przebiegu.  Przerysować  przebiegi  napięcia,  na
bazie  i  kolektorze  jednego  z  tranzystorów
(synchronicznie jeden pod drugim).

 Dla skrajnych ustawień potencjometrów bazowych

i różnych wartości pojemności (obu takich samych)
wyznaczyć wartość teoretyczną okresu drgań i
porównać z rzeczywistymi zmierzonymi przy
pomocy częstościomierza (lub oscyloskopu).

W  obwodzie  kolektorów  wybrać  rezystory  250  Ω.
Wybrać  taką  nastawę  potencjometrów  w  bazach aby
uzyskać  przebieg  zniekształcony  jak  na  Rys.  5.
Przerysować  przebieg  napięcia  na  bazie i kolektorze
tranzystora.  Sprawdzić  jak  można  zlikwidować  te
zniekształcenia.

Wyjaśnić

mechanizm

ich

powstawania.

Rys. 4

Rys. 5

Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział AEiI, Instytut Elektroniki,

Kierunek Elektronika i Telekomunikacja, Laboratorium Układów Analogowych 2, semestr IV

Materiały dydaktyczne Instytutu Elektroniki Politechniki Śląskiej, Gliwice, Wrzesień 2012 wer. 2.0

- 3 -

W sprawozdaniu:

 Wyjaśnić i podać w postaci nierówności jakie są warunkiem prawidłowej pracy

multiwibratora.

 Wyprowadzić dokładny wzór na częstotliwość (okres) drgań multiwibratora

uwzględniający spadki napięć na tranzystorach.

3. Generator na jednym wzmacniaczu operacyjnym

10 min

 Badanie

przerzutnika

Schmitta

(Rys.

7).

Zaobserwować i zmierzyć przy użyciu oscyloskopu
progi przełączania przerzutnika Schmitta dla trzech
możliwych  ustawień  dzielnika.  Na  wejście  podać
wolnozmienne  napięcie  trójkątne.  Obserwując
przebiegi  na  wejściu  i  wyjściu  odczytać  wartości
napięć,  przy  których  następuje  przełączenie  na
wyjściu.  Przełączyć  oscyloskop  w  tryb  X-Y,
zaobserwować

zmierzyć

szerokość

pętli

histerezy. Uzyskane wartości progowe porównać
z wartościami teoretycznymi.

 Uruchomić

generator

zamykając

sprzężenie

zwrotne  (Rys.  8).  Zaobserwować  przebiegi  na
wyjściu  oraz  na  obydwu  wejściach  wzmacniaczy
operacyjnych.  Jak  wygląda  przebieg  napięcia  na
kondensatorze?

 Wybrać

kondensator

10F

oraz

ustawić

maksymalną

rezystancję

potencjometru.

oscyloskopie obserwować przebiegi na obydwu
wejściach wzmacniacza.

 Wybrać kondensator 5nF i minimalną wartość

potencjometru. Zaobserwować zmianę kształtu
przebiegu

prostokątnego

trapezowy

a wykładniczego na zbliżony do sinusoidalnego.

Rys. 6

wyj

Rys. 7

wyj

Rys. 8

W sprawozdaniu:

 Narysować zaobserwowane przebiegi zsynchronizowane w czasie i wyjaśnić zasadę

działania.

 Podać od czego zależy amplituda napięcia na kondensatorze (uzasadnić).

 Wyprowadzić wzór na częstotliwość (okres) drgań multiwibratora.

 Wyjaśnić wpływ parametrów wzmacniacza operacyjnego na generowany przebieg.

Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział AEiI, Instytut Elektroniki,

Kierunek Elektronika i Telekomunikacja, Laboratorium Układów Analogowych 2, semestr IV

Materiały dydaktyczne Instytutu Elektroniki Politechniki Śląskiej, Gliwice, Wrzesień 2012 wer. 2.0

- 4 -

4. Generator na dwóch wzmacniaczach operacyjnych

2 min

 Badanie

przerzutnika

Schmitta

(Rys.

10).

Zaobserwować  i  zmierzyć  przy  użyciu  oscyloskopu
progi  przełączania  przerzutnika  Schmitta  zamykając
sprzężenie  zwrotne  wprost  z  wyjścia  wzmacniacza.
Na  wejście  podać  wolnozmienne  napięcie  trójkątne,
zaobserwować

przy

jakiej

wartości

napięcia

wejściowego  następuje  przełączenie  na  wyjściu.
Zmierzyć napięcia przełączenia dla napięć dodatnich i
ujemnych  przy  wszystkich  trzech  ustawieniach
sprzężenia  zwrotnego.  Dlaczego  progi  przełączania
dla napięć dodatnich i ujemnych się różnią?

 Pomiary z p.1 powtórzyć dla sprzężenia dodatniego

połączonego  do  ogranicznika  diodowego  (Rys.  11).
Sprawdzić  czy  progi  przełączania  dla  napięć
dodatnich i ujemnych są jednakowe.

 Uruchomić generator łącząc przerzutnik Schmitta

połączony  jak  w  p.1  z  integratorem  (Rys.  12  zwora
czerwona).  Rezystor  w  dodatnim  sprzężeniu  ustawić
na  40k.  Zaobserwować  przebiegi  na  wyjściach
wzmacniaczy  oraz  na  wejściu  nieodwracającym
wzmacniacza

przerzutniku.

Wyjaśnić

zaobserwowane przebiegi (zwłaszcza na wejściu
nieodwracającym drugiego wzmacniacza).

 Przełączyć rezystor w sprzężeniu dodatnim na 200k.

Co stanie się z amplitudą przebiegu trójkątnego oraz
częstotliwością?

 Przełączyć rezystor w sprzężeniu dodatnim na 20k

dlaczego układ przestał generować?

 Przyłączyć

sprzężenie

dodatnie

dwójnika

diodowego (Rys. 12 zwora niebieska). Dlaczego po
tej zmianie układ pracuje poprawnie?

 Ustawić

minimalną

wartość

pojemności

potencjometru

integratorze.

Zaobserwować

przebiegi na wyjściu obydwu wzmacniaczy. Zmierzyć
nachylenie zboczy przebiegu prostokątnego.

 Wykorzystanie wejścia PWM. Na dodatkowe wejście

pierwszego wzmacniacza podać napięcie stałe z
zadajnika.

Obserwować

kształt

przebiegu

prostokątnego i trójkątnego oraz częstotliwość przy
zmieniającym się napięciu sterującym.

 Dla kilku zadanych przez prowadzącego nastaw

dzielnika, wartości kondensatora oraz nastaw
potencjometru zmierzyć częstotliwość generacji,
porównać

uzyskane

wartości

wartościami

teoretycznymi.

Rys. 9

Rys. 10

Rys. 11

Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział AEiI, Instytut Elektroniki,

Kierunek Elektronika i Telekomunikacja, Laboratorium Układów Analogowych 2, semestr IV

Materiały dydaktyczne Instytutu Elektroniki Politechniki Śląskiej, Gliwice, Wrzesień 2012 wer. 2.0

- 5 -

Rys. 12

W sprawozdaniu i na kolokwium:

 Omówić zasadę działania układu.

 Jaki wpływ na generowany przebieg ma parametr SR każdego ze wzmacniaczy?

 Wyprowadzić wzór na częstotliwość (okres) drgań przy niesymetrycznym zasilaniu

W.O.

5. Generator na bramce Schmitta

10 min

 Zaobserwować przebiegi na kondensatorze oraz

na wyjściach pierwszej i drugiej bramki. Co
decyduje o amplitudzie napięcia na kondensatorze.
Na co wpływa zmiana nastawy potencjometru?

 Dla dwóch skrajnych nastaw potencjometru oraz

dwóch

pojemności

kondensatora

zmierzyć

częstotliwość drgań. Porównać z wartościami
teoretycznymi. Szerokość pętli histerezy potrzebną
do wyznaczenia częstotliwości odczytać z noty
układu CD4093.

 Zaobserwować zachowanie układu przy zwarciu

jednego z wejść pierwszej bramki do masy – w
jakim stanie są wyjścia bramek?

Rys. 13

W sprawozdaniu:

 Narysować zaobserwowane przebiegi zsynchronizowane w czasie i wyjaśnić zasadę

działania.

 Wyprowadzić wzór na częstotliwość (okres) drgań multiwibratora.

Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział AEiI, Instytut Elektroniki,

Kierunek Elektronika i Telekomunikacja, Laboratorium Układów Analogowych 2, semestr IV

Materiały dydaktyczne Instytutu Elektroniki Politechniki Śląskiej, Gliwice, Wrzesień 2012 wer. 2.0

- 6 -

6. Generator na dwóch inwerterach

10 min

 Zaobserwować przebiegi na wejściu i wyjściach

bramek. Przeanalizować działanie układu, wyjaśnić
dlaczego po przełączeniu napięcie na wejściu
przyjmuje wartości ujemne a także większe od
napięcia zasilającego.

 Dla dwóch skrajnych nastaw potencjometru oraz

dwóch

pojemności

kondensatora

zmierzyć

częstotliwość drgań. Porównać z wartościami
teoretycznymi.

 Zaobserwować zachowanie układu przy zwarciu

jednego z wejść pierwszej bramki do masy – w
jakim stanie są wyjścia każdej z bramek?

Rys. 14

W sprawozdaniu:

 Narysować zaobserwowane przebiegi zsynchronizowane w czasie i wyjaśnić zasadę

działania.

 Wyprowadzić wzór na częstotliwość (okres) drgań multiwibratora.
7. Generator kwarcowy (OBOWIĄZKOWE)

10 min

 Uruchomić generator dobierając doświadczalnie

nastawę

potencjometru

oraz

wartości

kondensatorów między końcówkami rezonatora a
masą.

Sygnał

końcówkach

rezonatora

obserwować za pomocą sondy skompensowanej.

 Zaobserwować

przebiegi

końcówkach

rezonatora oraz wyjściach bramek. Do jakiej
znanej

struktury

generacyjnej

układ

jest

podobny? Zmierzyć częstotliwość generacji,
sprawdzić,

czy

częstotliwość

zależy

pojemności i nastaw potencjometru (tylko w
stanie, w którym układ generuje). Wyjaśnić po co
jest rezystor 10M łączący wejście z wyjściem
bramki.

 Obserwować zmiany kształtu przebiegów przy

zmianach  nastawy  potencjometru  oraz  przy
zmianach  pojemności  uziemiających.  Dlaczego
przy  zbyt  małych  i  zbyt  dużych  pojemnościach
układ

nie

działa

albo

problemy ze

wzbudzeniem się? Dlaczego przy zbyt małej i
zbyt dużej rezystancji potencjometru układ nie
działa poprawnie.

Rys. 15

W sprawozdaniu:

 Wyjaśnić zasadę działania. Z jakim klasycznym generatorem LC układ ten jest

spokrewniony?

 Odpowiedzieć na pytania postawione w treści programu.

Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział AEiI, Instytut Elektroniki,

Kierunek Elektronika i Telekomunikacja, Laboratorium Układów Analogowych 2, semestr IV

Materiały dydaktyczne Instytutu Elektroniki Politechniki Śląskiej, Gliwice, Wrzesień 2012 wer. 2.0

- 7 -

8. Generator na dwóch uniwibratorach 74123

10 min

 Przetestować działanie uniwibratora. W

tym celu zewrzeć klucz o/z i podać z
zewnętrznego

generatora

przebieg

prostokątny na wejście wyzwalające
pierwszego uniwibratora.

Zaobserwować:

a) które zbocze przebiegu wejściowego

wyzwala uniwibrator;

b) co się dzieje jeśli okres przebiegu

wyzwalającego

jest

dłuższy

nastawionego czasu trwania impulsu;

c) co się dzieje jeśli okres przebiegu

wyzwalającego

jest

krótszy

nastawionego czasu trwania impulsu
(czy uniwibrator jest retrygowalny);

d) co

się

dzieje przy wyzwalaniu

uniwibratora impulsami szpilkowymi
przedzielonymi długimi przerwami.

 Uruchomić generator rozwierając klucz

o/z,

zaobserwować

przebiegi

wyjściach obu uniwibratorów. Zwrócić
uwagę

przebiegi

przy

50pF.

Porównać  przebiegi  obserwowane  za
pomocą sondy skompensowanej i sondy
studenckiej,  wyjaśnić  różnice.  Czy  są
jakieś  ograniczenia  na  możliwe  do
uzyskania współczynniki wypełnienia.

 Zmierzyć częstotliwość dla skrajnych

(jednakowych) nastaw potencjometrów i
dwóch (jednakowych) wartości konden-
satorów.

Porównać

częstotliwości

zmierzone z wartościami teoretycznymi.

 Przetestować układ jako bramkowany

generator  fali  prostokątnej.  W  tym  celu
na  wejście  wyzwalające  podać  sygnał  z
zewnętrznego  generatora  fali  prosto-
kątnej o okresie wyraźnie mniejszym od
okresu

badanego

generatora.

Zaobserwować  co  się  dzieje  przy
zmianie  z  0  na  1  oraz  z  1  na  0  na
wejściu.  Czy  sygnał  na  wyjściu  zanika
natychmiast

zaniku

sygnału

wyzwalającego?

Rys. 16

W sprawozdaniu:

 Wyjaśnić zasadę działania układu.