Gliwice 3.III.2000

Laboratorium z elektroniki

Temat: Układy impulsowe.

Wydział elektryczny kierunek elektrotechnika

Sejm IV studia magisterskie Gr II sekcja VI

Artur Koczot

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z trzema najpopularniejszymi układami impulsowymi:

- 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 uklad 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

2. Przerzutnik Schmita.

a) bez pętli histerezy (pętla zerowa U_- = U₊):

dla małego napięcia wejściowego przebieg na wyjściu wyjściowego wygląda następująco:

podstawa czasu : 0,5 ms/dz zakres : 5 V/dz

dla średniego napięcia wejściowego i większego przebieg na wyjściu wygląda następująco:

podstawa czasu : 0,5 ms/dz zakres : 5 V/dz

b) z pętlą histerezy przy rezystancji emiterowj R_E=100 Ω

podstawa czsu 0,5 ms/dz zakres:

• przy małym napięciu wejściowym:

podstawa czsu: 0,5 ms/dz zakres: 5 V/dz

• przy średnim napięciu wejściowym:

podstawa czasu: 5 ms/dz zakres: 5 V/dz

c) wyznaczenie pętli histerezy

Lp	RE	U+	U-
	Ω	V	V
1	100	1,48	1,04
2	300	2,8	1,75
3	1000	4,8	3
4	Pętla zerowa	0,68	0,68

• przypadek 1 R_E=100Ω

• przypadek 2 R_E=300Ω

• przypadek 3 R_E=1000Ω

• 2. Układ monostabilny (uniwibrator):

• Wartości elementów użytych w uniwibratorze : R1,R2 = 3kΩ, R3 = 22kΩ, C2 = 5,4nF T1,T2 BC 107

Wartości zmieniane : Rz = 68kΩ,330kΩ, R_E = 100Ω,300Ω,1kΩ Cz = 4,4nF,2,7nF

Czasy trwania impólsu wyjsciowego:

t₀= R1*C1*ln2

Lp	R1	C1	t	t0
----	kΩ	nF	ms	ms
1	68	2,7	0,1	0,13
2	330	2,7	0,45	0,51
3	330	4,4	0,8	0,9
4	68	4,4	0,2	0,2

3. Multiwibrator

τ1=R2*C2*ln2 τ2=R1*C1*ln2 T=τ1+τ2 f=1/T

Lp	R1	R2	C1	C2	τ1	τ2	T	f	τ1O	τ2O	TO	fO
	KΩ	kΩ	nF	nF	ms	Ms	ms	kHz	ms	ms	ms	kHz
1	68	68	4,4	4,4	0,14	0,16	0,4	2,5	0,2	0,2	0,4	2,5
2	330	68	4,4	4,4	0,16	0,8	0,96	1,04	0,2	1	1,2	0,833
3	330	68	2,7	4,4	0,16	0,56	0,72	1,39	0,2	0,61	0,81	1,23

1. C1=4,4nF C2=4,4nF R1=68kΩ R2=68kΩ podstawa czasu: 0,1 ms/dz zakres: 5 V/dz

2. C1=4,4nF C2=4,4nF R1=330kΩ R2=68kΩ podstawa czasu: 0,2 ms/dz zakres: 5 V/dz

3. C1=2,7nF C2=4,4nF R1=330kΩ R2=68kΩ podstawa czasu: 0,2 ms/dz zakres: 5 V/dz

4. Wnioski:

Badając układ Schmita 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 zajmuje się podobnie jak opisano wcześniej. Dopiero wprowadzenie pętli histerezy stabilizuje prace układu co widać na wykresach. Pojawienie się pętli histerezy powoduje, że zniekształcenia na sygnale wejściowym nie odgrywają żadnego znaczenia.

Układ taki można zastosować do likwidowania odbicia styków przy układach cyfrowych, które są sterowane z mikrostyków lub jakiś innych przycisków. Jeśli takiego układu nie ma, to jednokrotne naciśnięcie przycisku powoduje kilkukrotne pojawienie się impulsów sterujących jakieś układy co oczywiście fałszuje dany proces logiczny.

Badając układ monostabilnny 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 Rz i kondensatora Cz według oznaczeń na schemacie i określony jest zależnością τ_WY=Rz*Cz*ln2, czas ten nie zależy od amplitudy sygnału wejściowego.

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 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/(R1*C1*ln2 +R2*C2*ln2). Przy jednakowych wartościach rezystorów i kondensatorów stwierdziliśmy, że współczynnik wypełnienia przebiegu jest równy 50% . W naszym ćwiczeniu przypadkowo tak dobraliśmy czasy trwania impulsów, że wypełnienie jest mniejsze od 50% czyli czas τ1<τ2. Z obserwacji częstotliwości widać ze przy zwiększeniu jednej rezystancji częstotliwość maleje przy nie zmienianych pozostałych parametrach, a zmniejszając pojemność to częstotliwość wzrasta.

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.

---