Politechnika Śląska w Gliwicach

Wydział Elektryczny

Kierunek : elektrotechnika.

Rok akademicki 1999/2000.

Semestr 4.

Sprawozdanie

ćwiczenie laboratoryjne z elektroniki:

Układy impulsowe

Grupa 2 sekcja 2

Glos Piotr

Kwaczała Marcin

Mikołajczyk Rafał

Zorychta Szymon

Gliwice 28.04.2000

Wstęp.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z trzema najpopularniejszymi układami impulsowymi:

- układem astabilnym (multiwibratorem),

• układem monostabilnym (uniwibratorem),

• przerzutnikiem Schmita.

Multiwibrator ma za zdanie wygenerować napięcie prostokątne o zadanej częstotliwości, która zależy od wartości elementów R, C (na schemacie jako R1, R2, C1, C2).

Uniwibrator jest oparty na bazie multiwibratora, lecz w swej strukturze nie posiada jednego rezystora i jeden z kondensatorów jest zastąpiony rezystancja. Jego zadaniem jest wygenerowanie pojedynczego impulsu prostokątnego przy podaniu jednego impulsu wejściowego np. szpilki. Czas trwania sygnału wyjściowego jest uzależniony od elementów R,C (R1,C1 na schemacie). Aby układ pracował poprawnie to impuls wejściowy musi być krótszy od impulsu wyjściowego.

Przerzutnik Schmita ma za zadanie przekształcić przebieg wejściowy na falę prostokątną i wyeliminować zakłócenia panujące na przebiegu wejściowym.

Pomiary i obliczenia.

1.Multiwibrator

Porównujemy stałe czasowe otrzymane z pomiarów z obliczonymi na podstawie wzorów:

τ₁=R₂C₂ln2, τ₂=R₁C₁ln2, dla różnych przypadków.

a) Dla R₁=R₂=330kΩ, C₁=C₂=4,4nF,

τ₁=0,76ms,

τ₂=0,8ms,

z obliczeń: τ₁=1ms,

τ₂=1ms.

b) Dla R₁=R₂=330kΩ, C₁=C₂=2,7nF,

τ₁=0,42ms,

τ₂=0,4ms,

z obliczeń: τ₁=0,62ms,

τ₂=0,62ms.

c) Dla R₁=R₂=68kΩ, C₁=C₂=2,7nF,

τ₁=0,085ms,

τ₂=0,08ms,

z obliczeń: τ₁=0,12ms,

τ₂=0,12ms.

d) Dla R₁=R₂=68kΩ, C₁=4,4nF, C₂=2,7nF,

τ₁=0,09ms,

τ₂=0,17ms,

z obliczeń: τ₁=0,12ms,

τ₂=0,2ms.

e) Dla R₁=R₂=68kΩ, C₁=2,7nF, C₂=4,4nF,

τ₁=0,15ms,

τ₂=0,08ms,

z obliczeń: τ₁=0,2ms,

τ₂=0,12ms.

f) Dla R₁=R₂=330kΩ, C₁=2,7nF, C₂=4,4nF,

τ₁=0,71ms,

τ₂=0,4ms,

z obliczeń: τ₁=1ms,

τ₂=0,62ms.

g) Dla R₁=R₂=330kΩ, C₁=4,4nF, C₂=2,7nF,

τ₁=0,4ms,

τ₂=0,8ms,

z obliczeń: τ₁=0,62ms,

τ₂=1ms.

h) Dla R₁=68kΩ, R₂=330kΩ, C₁=C₂=4,4nF,

τ₁=0,7ms,

τ₂=0,17ms,

z obliczeń: τ₁=1ms,

τ₂=0,2ms.

i) Dla R₁=330kΩ, R₂=68kΩ, C₁=C₂=4,4nF,

τ₁=0,18ms,

τ₂=0,81ms,

z obliczeń: τ₁=0,2ms,

τ₂=1ms.

j) Dla R₁=68kΩ, R₂=330kΩ, C₁=C₂=2,7nF,

τ₁=0,41ms,

τ₂=0,08ms,

z obliczeń: τ₁=0,62ms,

τ₂=0,12ms.

k) Dla R₁=330kΩ, R₂=68kΩ, C₁=C₂=2,7nF,

τ₁=0,08ms,

τ₂=0,42ms,

z obliczeń: τ₁=0,12ms,

τ₂=0,62ms.

2.Uniwibrator.

Badając uniwibrator określamy czas trwania jego impulsu T zmieniając elementy: R_E, C₁, R₁ i porównujemy go z obliczeniami.

Wartości elementów użytych w uniwibratorze : R_C1,R_C2 = 3kΩ, R_d = 22kΩ,

C₂ = 5,4nF T₁,T₂ BC 107

Czas trwania impulsu obliczamy teoretycznie: T=τ₂= R₁C₁ln2

1. Dla R_E=1kΩ, R₁=330kΩ, C₁=2,7nF, τ₁=0,09ms, τ₂=0,58ms,

Z obliczeń: T=τ₂=0,62ms.

2. Dla R_E=1kΩ, R₁=330kΩ, C₁=4,4nF, τ₁=0,2ms, τ₂=1ms,

Z obliczeń: T=τ₂=1ms.

3. Dla R_E=1kΩ, R₁=68kΩ, C₁=2,7nF, τ₁=0,51ms, τ₂=0,11ms,

Z obliczeń: T=τ₂=0,12ms.

4. Dla R_E=1kΩ, R₁=68kΩ, C₁=4,4nF, τ₁=0,4ms, τ₂=0,22ms,

Z obliczeń: T=τ₂=0,21ms.

5. Dla R_E=0,3kΩ, R₁=68kΩ, C₁=2,7nF, τ₁=0,54ms, τ₂=0,1ms,

Z obliczeń: T=τ₂=0,12ms.

6. Dla R_E=0,3kΩ, R₁=68kΩ, C₁=4,4nF, τ₁=0,42ms, τ₂=0,2ms,

Z obliczeń: T=τ₂=0,21ms.

7. Dla R_E=0,3kΩ, R₁=330kΩ, C₁=2,7nF, τ₁=0,16ms, τ₂=0,4ms,

Z obliczeń: T=τ₂=0,62ms.

8. Dla R_E=0,3kΩ, R₁=330kΩ, C₁=4,4nF, τ₁=0,38ms, τ₂=0,9ms,

Z obliczeń: T=τ₂=1ms.

9. Dla R_E=0,1kΩ, R₁=68kΩ, C₁=2,7nF, τ₁=0,52ms, τ₂=0,08ms,

Z obliczeń: T=τ₂=0,12ms.

10. Dla R_E=0,1kΩ, R₁=68kΩ, C₁=4,4nF, τ₁=0,44ms, τ₂=0,18ms,

Z obliczeń: T=τ₂=0,21ms.

11. Dla R_E=0,1kΩ, R₁=330kΩ, C₁=2,7nF, τ₁=0,2ms, τ₂=0,45ms,

Z obliczeń: T=τ₂=0,62ms.

12. Dla R_E=0,1kΩ, R₁=330kΩ, C₁=4,4nF, τ₁=0,4ms, τ₂=0,82ms,

Z obliczeń: T=τ₂=1ms.

3.Przerzutnik Schmitta.

Dla U₊ = U_- na wykresie zależności U_WY = f ( U_WE ) nie występuje pętla jak na rysunku poniżej.

Dla U₊ ≠ U_-.

1. Dla R_E=1kΩ, R_C2=1,5kΩ, U₊=4,4V, U_-=3,2V, U₀=7V.

2. Dla R_E=1kΩ, R_C2=3kΩ, U₊=4,8V, U_-=3,2V, U₀=11,2V.

3. Dla R_E=0,3kΩ, R_C2=3kΩ, U₊=3V, U_-=2V, U₀=13V.

4. Dla R_E=0kΩ, R_C2=3kΩ, U₊=10mV, U_-=0,7V, U₀=14,8V.

Wnioski.

Badając multiwibrator stwierdziliśmy, że w odróżnieniu od uniwibratora jest układem, który samodzielnie generuje fale prostokątną. Jej częstotliwość jest regulowana za pomocą pary RC, wyznaczyć ją można z zależności f=1/(R1C1ln2 +R2C2ln2). Przy jednakowych wartościach rezystorów i kondensatorów stwierdziliśmy, że współczynnik wypełnienia przebiegu jest równy 50% . Układ może być wykorzystany jako generator taktujący układy cyfrowe, jako generator akustyczny i wiele innych zastosowań w urządzeniach gdzie jest potrzebny sygnał o zmiennej częstotliwości lub o jednym zakresie.

Badając uniwibrator zauważyliśmy, że podając na wejście falę prostokątną na wyjściu otrzymujemy impulsy prostokątne o określonym czasie trwania z tym tylko, że powtarzają z częstotliwością przebiegu wejściowego. Czas impulsu wyjściowego regulowany jest za pomocą dwóch elementów rezystora R_1,2 i kondensatora C według oznaczeń na schemacie i określony jest zależnością τ_WY=RCln2, czas ten nie zależy od amplitudy sygnału wejściowego. Układ monostabilny normalnie pozostaje w jednym z dwóch stanów. Przejście do przeciwnego wymaga każdorazowo doprowadzenia impulsu wyzwalającego.

Układ taki można wykorzystać jako układ wydłużający lub skracający impulsy wejściowe. Może wiec działać jako układ opóźniający lub przyspieszający zbocze opadające, ale częstotliwość przebiegu wyjściowego będzie równa częstotliwości przebiegu wejściowego. Jest to słuszne dla czasu trwania impulsu wyjściowego nie przekraczającego okresu przebiegu wejściowego, ponieważ jeśli te czasy się pokryją lub τ_WY>T_WE to na wyjściu otrzymamy stały poziom wysoki.

Badając układ Schmitta zauważyliśmy, że podając na wejście układu sygnał sinusoidalny, na wyjściu otrzymaliśmy falę prostokątną. Przy pętli zerowej czas trwania impulsu wyjściowego jest uzależniony od amplitudy sygnału wejściowego i od zakłóceń nakładających się na ten przebieg. Jeżeli mamy określoną wartość napięcia progowego, od którego na wyjściu układu pojawia się impuls i sygnał wejściowy jest zakłócony to w pobliżu tego poziomu następuje niepożądane wielokrotne zadziałania tego przerzutnika w efekcie otrzymujemy bardzo wiele impulsów wyjściowych, dopiero po znacznym przekroczeniu wartości chwilowej napięcia sygnału wejściowego następuje pożądany impuls wyjściowy. Przy zmniejszaniu się z powrotem tej wartości chwilowej układ zachowuje się podobnie jak opisano wcześniej. Dopiero wprowadzenie pętli histerezy stabilizuje prace układu . Pojawienie się pętli histerezy powoduje, że zniekształcenia na sygnale wejściowym nie odgrywają żadnego znaczenia. Układ bistabilny ma dwa stany stabilne a każdorazowa zmiana stanu następuje pod wpływem zewnętrznego pobudzenia.

Można też zauważyć, że wyniki przeprowadzonych pomiarów pokrywają się z obliczonymi teoretycznie a występujące błędy są niewielkie i mogą wynikać z niedokładnego odczytu z oscyloskopu.

---