ZESPÓŁ SZKÓŁ ELEKTRYCZNYCH W BIAŁYMSTOKU im. prof. Janusza Groszkowskiego PRACOWNIA ELEKTRYCZNA I ELEKTRONICZNA
Data oddania sprawozdania 23.04.2003 r.	Sprawozdanie opracował Piotr Opolski Podpis:…………..	Sprawozdanie sprawdził ………………….. …………………..	Ocena: …………………..	Podpis sprawdzającego: …………………..

Piotr Opolski

klasa III „e”T

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 3

Badanie przerzutników astabilnych i bistabilnych

Ćwiczenie:

1. Cele ćwiczenia:

Uczeń umie:

- obliczyć czas przebywania tranzystora w stanie nasycenia i zatkania

- obliczyć częstotliwości impulsów generowanych przez układ

- omówić zasadę działania przerzutnika astabilnego i bistabilnego

- omówić cechy badanych przerzutników

- dobrać przyrządy pomiarowe i ich zakresy

- obsługiwać oscyloskop

- interpretować wyniki pomiarów i otrzymane oscylogramy

2. Wykaz przyrządów: Dane techniczne:

trenażer układów elektronicznych SO3535-5U

przerzutnik astabilny SD-4201-8L

przerzutnik bistabilny SD-4201-8M

oscyloskop HAMEG HM 303

zasilacz LM 4500

miernik uniwersalny UNI-T M830

sondy pomiarowe i przewody łączeniowe 6 szt.

3. Przerzutnik astabilny

4. Wykonanie ćwiczenia:

1. Włączyć mostki B1 i B4. Wykonać oscylogramy napięć: Uwe1, Uwy1, Uwe2, Uwy2 oraz przerysować przebiegi tych napięć do siatek obrazowych 1 i 2.

2. Włączyć mostki B2 i B3. Wykonać ćwiczenie jak w punkcie 1. - siatki obrazowe 3 i 4.

3. Włączyć mostki B1, B2 i B4. Dalej jak wyżej - siatki 5 i 6.

4. Przygotować sprawozdanie i wykonać zadania w nim postawione.

Siatka obrazowa 1 - Uwy1 i Uwy2 włożone mostki B1 i B4.

Ax: 0,5 ms/dz Aya: 5V/dz Ayb: 5V/dz Uwy1: 15Vss Uwy2: 15Vss T1: 2ms T2: 2ms Sprzężenie: AC

Uwy1	ti= 1,2ms	tp= 0,8ms
Uwy2	ti= 0,8ms	tp= 1,2ms

Siatka obrazowa 2- Uwe1 i Uwe2 włożone mostki B1 i B4.

Ax: 0,5 ms/dz Aya: 5V/dz Ayb: 5V/dz Uwy1: 14,5Vss Uwy2: 14,5Vss T1: 2ms T2: 2ms Sprzężenie: AC

Siatka obrazowa 3- Uwy1 i Uwy2 włożone mostki B2 i B3.

Ax: 0,5 ms/dz Aya: 5V/dz Ayb: 5V/dz Uwy1: 15Vss Uwy2: 15Vss T1: 1,65ms T2: 1,65ms Sprzężenie: AC

Uwy1	ti= 1,2ms	tp= 0,5ms
Uwy2	ti= 0,5ms	tp= 1,2ms

Siatka obrazowa 4- Uwe1 i Uwe2 włożone mostki B2 i B3.

Ax: 0,5 ms/dz Aya: 5V/dz Ayb: 5V/dz Uwy1: 14,5Vss Uwy2: 14,5Vss T1: 1,65ms T2: 1,65ms Sprzężenie: AC

Siatka obrazowa 5- Uwy1 i Uwy2 włożone mostki B1, B2 i B4.

Ax: 0,5 ms/dz Aya: 5V/dz Ayb: 5V/dz Uwy1: 15Vss Uwy2: 15Vss T1: 1,4ms T2: 1,4ms Sprzężenie: AC

Uwy1	ti= 0,6ms	tp= 0,8ms
Uwy2	ti= 0,8ms	tp= 0,6ms

Siatka obrazowa 6- Uwe1 i Uwe2 włożone mostki B1, B2 i B4.

Ax: 0,5 ms/dz Aya: 5V/dz Ayb: 5V/dz Uwy1: 15Vss Uwy2: 15Vss T1: 1,4ms T2: 1,4ms Sprzężenie: AC

5. Przerzutnik bistabilny

6. Wykonanie ćwiczenia:

5. Ustalić brakujące w tabeli wartości poprzez obliczenia i pomiary. Załączyć mostki B1 i B2.

6. Uzupełnić protokół ćwiczenia. Zrealizować przewidziane protokołem zadania.

7. Odpowiedzieć na pytania: Który z tranzystorów przewodzi, a który nie przewodzi, jeśli naciśniemy na krótko klawisz S1? Który z tranzystorów przewodzi, a który nie przewodzi, jeśli naciśniemy na krótko klawisz S2?

8. Porównać wzajemnie U1 i U4.

9. Opisać funkcję przerzutnika bistabilnego ze sterowaniem dynamicznym na podstawie wcześniej przedstawionego schematu.

Opracowanie wyników

Przerzutniki należą do układów impulsowych, tj. takich układów elektronicznych, w których podczas normalnej pracy przynajmniej jeden element jest przełączony. W tych układach, napięcia i prądy mają charakter przebiegów impulsowych o wyraźnie odróżniających się częściach: - czoło impulsu, odpowiadające szybkim procesom przejściowym, grzbiet impulsu, odpowiadający wolnym zmianom stanów przerzutnika.

Przerzutniki w układach impulsowych służą do wytwarzania drgań (pełnią funkcję generatorów) i sterują pracą innych układów impulsowych. Przebiegi napięcia wyjściowego w przerzutnikach mają różne kształty, zwykle jednak są one zbliżone do przebiegów prostokątnych.

W zależności do stabilności układu wyróżnia się przerzutniki:

- bistabilne,

- monostabilne,

- astabilne.

W przerzutnikach bistabilnych napięcie na wyjściu może przyjmować w stanie ustalonym jeden z dwóch ustalonych poziomów. Są to układy o dwóch stanach stabilnych. Dlatego też rysowanie siatek obrazowych w przypadku tych przerzutników jest zbędne. Przechodzenie z jednego stanu stabilnego do drugiego następuje w wyniku podania na wejście układu:

1. Impulsu (wyzwalanie zboczem).

2. Napięcia o określonej wartości (wyzwalanie poziomem).

W przerzutnikach monostabilnych, napięcie wyjściowe w stanie ustalonym (stabilnym) przyjmuje jeden ustalony poziom (układ ma jeden stan stabilny). Pod wpływem pobudzenia zewnętrznego układ ten przechodzi do drugiego stanu stabilnego. Innymi słowy, pod wpływem impulsu wejściowego przerzutnik ten generuje impuls zbliżony do prostokątnego o czasie trwania uzależnionym jedynie od parametrów układu. Przerzutniki bistabilne i monostabilne są więc wyzwalane generatorami przebiegu prostokątnego.

Przerzutnik astabilny nie ma stanu stabilnego, a jedynie dwa stany quasi-stabilne (chwilowostabilne). Czas przebywania układu w każdym z tych stanów jest stały i uzależniony od parametrów elementów układu i od jego struktury. Układ przechodzi cyklicznie z jednego do drugiego stanu, dając na wyjściu przebieg prostokątny lub zbliżony do niego, a więc jest to samowzbudny generator przebiegu prostokątnego.

Przerzutnik astabilny

Najprostszy przerzutnik astabilny stanowi połączenie dwóch wzmacniaczy tranzystorowych objętych pojemnościowym dodatnim sprzężeniem zwrotnym. Sprzężenie to jest tak silne, że tranzystory T1 i T2 przechodzą na przemian ze stanu nasycenia w stan odcięcia i odwrotnie. Pracują zatem jako przełączniki elektroniczne.

Czasy narastania impulsów zależą od stałych czasowych (R1, C2 i R2, C1 na schemacie), natomiast czasy opadania zależą przede wszystkim od pojemności obciążającej tranzystory. Na ogół czas opadania jest dużo mniejszy od czasu narastania.

W celu poprawienia kształtu impulsów generowanych przez przerzutniki astabilne stosuje się dodatkowe układy diodowo - rezystancyjne (tak jak w badanym układzie).

Obecnie do budowy przerzutników astabilnych stosuje się powszechnie scalone układy cyfrowe - bramki i przerzutniki bistabilne. Wytwarzane są też przerzutniki astabilne w postaci scalonej. Wiele z nich posiada możliwość napięciowego nastawiania częstotliwości czy generację impulsów prostokątnych w zakresie od 0,12Hz do 65 MHz.

Przerzutniki astabilne znajdują zastosowanie m.in. w budowie przerzutników monostabilnych, generatorach i wszelkich układach wymagających impulsu zewnętrznego do uruchomienia i działania.

Mostki	tl [ms]	tp [ms]	T [ms]	f [Hz]
B1 i B4	1,08	0,713	1,793	557
B2 i B3	1,08	0,393	1,47	679
B1, B2 i B4	0,538	0,713	1,251	799

Obliczenia:

Włączone mostki B1 i B4

Włączone mostki B2 i B3

Włączone mostki B1, B2 i B4

Wyniki otrzymane z obliczeń różnią się nieco od tych otrzymanych z odczytu z siatki obrazowej. Spowodowane jest to niedokładnością odczytu wartości z oscyloskopu w czasie przeprowadzania ćwiczenia.

Na podstawie siatek obrazowych i schematu badanego układu możemy ustalić zasadę działania przerzutnika astabilnego:

Kondensator C1 ładuje się napięciem, podawanym za pośrednictwem rezystorów, z zasilania. Prąd przepływa przez niego i baza tranzystora T1 jest zasilana, dzięki czemu może sterować przepływem prądu przez ten tranzystor (tranzystor przewodzi), widzimy wówczas na oscyloskopie, że napięcie na kolektorze (na wyj.1) jest bardzo małe. W chwili, gdy kondensator C1 zostaje naładowany, staje się miejscem przerwy w obwodzie. Wówczas do bazy tranzystora T1 nie dociera prąd, nie może ona sterować przepływem prądu przez tranzystor T1. Napięcie na kolektorze (na wyj.1) osiąga wartość 15V - jest to napięcie odcięcia. Cykl się powtarza.

Ta sama zasada dotyczy stanów pracy tranzystora T2. Z siatek obrazowych można odczytać, że w czasie, gdy pierwszy kondensator C1 się ładuje, drugi jest naładowany, i na odwrót. Inaczej mówiąc, jeśli tranzystor T1 jest w stanie nasycenia, to tranzystor T2 znajduje się w stanie zatkania.

Porównując siatki obrazowe przy różnym położeniu zworek można stwierdzić, że przy mniejszych wartościach rezystancji zastępczych rezystorów podłączonych do bazy danego tranzystora, czas przebywania tego tranzystora w stanie nasycenia jest krótszy niż w przypadku większych wartości.

Przerzutnik bistabilny

Przerzutniki te mogą się znajdować w jednym z dwóch stanów równowagi trwałej. Prąd i napięcia w takich układach zmieniają się skokowo. Do każdej zmiany są wymagane niezależne sygnały wyzwalające lub synchronizujące. Dlatego w naszym przerzutniku znajdują się dwa przyciski S1 i S2, które po naciśnięciu generują przebieg prostokątny. Przyciski S1 i S2 zastępuje się często przerzutnikiem astabilnym.

Przerzutniki bistabilne stosuje się do budowy dzielników częstotliwości, liczników, rejestrów, pamięci statycznych i wielu innych układów cyfrowych.

	U1 (V)	U2 (V)	U3 (V)	U4 (V)
Naciśnięty krótko S1	0,08	0,78	0	13,64
Naciśnięty krótko S2	13,63	0	0,78	0,07

U_B=14,95V

Również w tym wypadku na podstawie schematu i pomiarów, których efekt przedstawiony jest w powyższej tabeli możemy ustalić zasadę działania przerzutnika bistabilnego.

Napięcie U_B jest doprowadzone na wejścia tranzystorów T1 i T2, jak również do zacisków przycisków S1 i S2. Naciśnięcie przycisku S1 powoduje, że na bazę tranzystora T1 trafia napięcie, dzięki czemu może ona sterować przepływem prądu przez ten tranzystor. Dlatego też w tabeli, przy omawianej sytuacji, napięcie U1 na kolektorze wynosi 0,08 V (stan nasycenia), a U2 na bazie 0,78V. Do chwili naciśnięcia przycisku S2 tranzystor T2 będzie znajdował się w stanie zatkania (U4=13,64V), gdyż na bazie nie będzie napięcia sterującego tranzystorem (U3=0V).

Odwrotne zjawisko zaobserwujemy, gdy do pobudzenia układu użyjemy przycisku S2.

Wykonał: Piotr Opolski kl. III„e”T

.................

Ćwiczenie wykonali dn. 19.03.2003 r. uczniowie klasy III „e”T

1. Piotr Opolski

Nr ćw.3

2. Dariusz Toczko

3. Artur Buczyński

Gr. 1

4. Rafał Dudowicz

5. Michał Szymański

6. Krzysztof Kondzior

Badanie przerzutników astabilnych i bistabilnych

---