Жауап.кз вопросы и ответы
0 голосов

ИЗУЧЕНИЕ  ИМПУЛЬСНЫХ  ГЕНЕРАТОРОВ  НА  ЛОГИЧЕСКИХ  ЭЛЕМЕНТАХ

спросил от Ulia в категории Ұстаз

Ваш ответ

Отображаемое имя (по желанию):
Конфиденциальность: Ваш электронный адрес будет использоваться только для отправки уведомлений.
Анти-спам проверка:
Чтобы избежать проверки в будущем, пожалуйста войдите или зарегистрируйтесь.

3 Ответы

0 голосов

 Мотивация: Генератором называется устройство, преобразующее энергию постоянного тока в периодические колебания требуемой мощности, частоты и формы. Генераторы находят широкое применение в измерительных приборах, автоматических и вычислительных системах, а также в качестве источника первичных процессов во всех указанных устройствах. Поэтому изучение принципа формирования импульсных сигналов и методов усовершенствования и модернизации схем генераторов следует считать крайне важной задачей, позволяющей заложить первые навыки схемотехники.

Цель работы:  Монтаж и исследование различных схем генераторов импульсных сигналов, построенных на базовых логических элементах.

Студент должен знать:

  1. Принцип действия базовых логических элементов, построенных на интегральных микросхемах одной серии.
  2. Цоколевку, маркировку и назначение инте-

гральных микросхем.

  1. Построение монтажных схем узлов на основе их принципиальных схем.
  2. Методы формирования и измерения параметров импульсных процессов.
  3. Методы управления и модернизации схем импульсных генераторов.
  4. Отличительные особенности построения схем различных генераторов.
  5. Основы булевой алгебры.
  6. Условия выполнения баланса  фаз  и   баланса  амплитуд  в цепях генератора.

Студент должен уметь:

  1. Анализировать работу базовых логических элементов.
  2. Устанавливать взаимосвязь между электрическими процессами на аналоговых элементах и элементах цифровой электроники.
  3. Сопоставлять состояние одного логического элемента во взаимосвязи с состоянием другого элемента.
  4. Анализировать прохождение сигнала через взаимосвязанные логические элементы.
  5. Обеспечивать условие самовозбуждения любого генератора.
  6. Грамотно использовать и составлять таблицу  истинности  логических  элементов

при описании работы комбинированных элементов.

Краткое содержание работы

         Как известно, к простейшим логическим элементам относятся элементы, выполняющие операцию конъюнкции И, дизъюнкции ИЛИ и инверсии НЕ. Соответственно с выполняемой функцией, эти элементы могут быть названы конъюнктором, дизъюнктором и инвертором. Они могут быть построены по схеме резисторно-транзисторной логики (РТЛ), диодно-транзисторной логики (ДТЛ) и транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), названия которых определяют структуру входных и выходных цепей элемента. Как было показано в предыдущих работах, логические элементы, построенные по схеме РТЛ и ДТЛ, обладают крайне низким быстродействием и не обеспечивают требуемые характеристики импульсных процессов. Поэтому в современных устройствах цифровой электроники в основном находят применение логические элементы, составленные по схемам ТТЛ и выполненные в виде интегральных микросхем, обеспечивающие в десятки раз большее быстродействие.

Интегральной  схемой (ИС) называют единое целое микроэлектронное устройство с плотной упаковкой электрически соединенных между собой внутренних элементов, выполненное на одном кристалле полупроводника и предназначенное для выполнения заранее заданной функциональной операции, связанной с ее назначением. В зависимости от плотности упаковки элементов микросхемы разделяются между собой на ИС малой, средней, большой и сверхбольшой интеграции. В настоящей работе будут рассмотрены принципы использования ИС единой серии малой интеграции для построения различных схем импульсных генераторов. Под серией понимают совокупность свойств, определяющих технологию изготовления, функциональное назначение и совместимость ИС между собой по электрическим параметрам, которые отражаются в маркировке прибора. При использовании ИС в схемах различных устройств внутренним соединением элементов обычно не интересуются, достаточно знать условное графическо-схемное изображение, структуру и выполняемую операцию, а также цоколевку (назначение выводов) микросхемы. Количество выводов зависит от степени интеграции и сложности выполняемой ИС операции. Для ИС малой интеграции характерным является цоколь с 14 выводами, расположенными по боковым сторонам корпуса и соединенными с игольчатыми контактами, кроме двух, которые служат для подведения напряжения источника питания. В микросхемах 155 - серии ими являются контакты 7 и 14 (рисунок          1), которые заблаговременно соеди-няются с минусовой и плюсовой клеммами источника постоянного тока, соответственно. В одном корпусе микросхемы могут размещаться от двух до шести логических элементов, используемых совершенно  самостоятельно, имеющих единую цепь питания. Например, в корпусе ИМС К155ЛН1 имеются шесть элементов типа НЕ, а в ИМС К155ЛА3 и К155ЛА8 - по четыре базовых элемента 2И-НЕ (рисунок 2).   Полные сведения об интегральных микросхемах цифровой логики можно получить в справочниках, приведенных в перечне литературы, а также в Приложении. 

ответил от Ulia
0 голосов

Рассмотрим принципы построения импульсных генераторов с использованием этих ИМС. Все генераторы в зависимости от условия возбуждения подразделяются на генераторы с самовозбуждением и генераторы с внешним возбуждением. Последние при генерации импульсных сигналов называют еще ждущими, т.е. работающими в ждущем режиме. Генератор с самовозбуждением, предназначенный для получения прямоугольных импульсов, называется мультивибратором. Результатом работы такого генератора являются не гармонические колебания, а прерывистые, дискретные процессы. Импульсные схемы, работающие в ждущем  режиме, называются  одновибраторами.

         Мультивибратор, построенный на двух логических элементах НЕ (ИМС К155ЛН1), представлен на рисунке 3а. Принцип действия такого генератора основан на использовании процесса заряда и разряда конденсатора С1 через резистор R1. Пусть в исходном состоянии первый логический элемент DD1а находится в единичном состоянии, т.е. на его выходе имеется высокий потенциал, а конденсатор             С1  разряжен. С  этого  момента   конденсатор начинает заряжаться этим потенциалом по экспоненте:

                             uC = Um (1-exp(-αt))               (1)

image 

Длительность заряда определяется постоянной времени цепи τз=R1C1. Когда потенциал узла А на входе DD1а достигнет уровня, соответствующего логической единице (Лог.“1”), элемент DD1а опрокидывается и  меняет свое состояние на Лог.“0” (узел В). Благодаря глубокой обратной связи между элементами DD1а  и DD1b  по выходной и входной цепям, элемент DD1b резко меняет свое состояние на Лог.“1”. С этого момента конденсатор прекращает свой заряд и начинается процесс его разряда через R1, который так же происходит по экспоненте:

                    uC = Um exp (-αt)                               (2)

По мере окончания разряда, потенциал узла А снижается до нуля и элемент DD1а снова меняет свое состояние Так продолжается периодически до тех пор, пока схема не будет отключена от источника питания. Период импульсных сигналов определяется постоянной времени заряда и разряда конденсатора:        

                         Т=2,3 R1C1                 (3)

Поскольку выходной сигнал несколько отличается от прямоугольного, то для формирования прямоугольной формы он дополнительно пропускается через логические элементы  DD1с и DD1d по каждому выходу Q, которые являются инверсными по отношению друг - другу (рисунок 3а). Такие же схемы мультивибратора можно построить с использованием базовых логических элементов 2И-НЕ на основе ИМС К155ЛА3. Для этой цели входные цепи каждого элемента закорачивают между собой, в результате чего они превращаются из элемента 2И-НЕ в элемент НЕ. В остальном принцип работы и метод анализа работы такого генератора остаются без изменений.

         В рассмотренных схемах плавное изменение частоты генератора не представ-ляется возможным. Ее можно изменять ступенчато путем смены резистора или конденсатора. Для плавного изменения частоты импульсных сигналов можно использовать схему мультивибратора, собранного на трех элементах 2И-НЕ этой же ИМС (рисунок 4). Для решения этого вопроса в цепь заряда конденсатора, кроме постоянного резистора R2, включен и переменный R3. Анализ работы данной схемы генератора следует начинать, пологая присутствие в начальный момент высокого потенциала на выходе элемента DD2c (узел D), от которого происходит заряд конденсатора С2 через R2+R3 и последующая за ним смена состояния элемента DD2a.

                        Наконец, рассмотрим еще один вариант построения схемы импульсного генератора на ИМС К155ЛА8 (рисунок 5). Данная схема отли-

Подпись: Рисунок 4. Построение мультивибратора на базовых логических элементах типа И-НЕ на ИМС К155ЛАЗ.image

Подпись: Рисунок 5.  Построение импульсного генератора на ИМС К155ЛА8.image

чается от предыдущих тем, что подавая с помощью тумблера SA1 на второй вход элемента  DD3c потенциал, соответствующий лог. “0” или лог.“1”, можно в любой момент прервать или запустить генерацию сигналов. Кроме того, путем включения резистора R1 в открытую коллекторную цепь выходного каскада элемента DD3d, можно получить не только сформированный, но и значительно усиленный сигнал Q прямоугольный формы (рисунок 6).

     Анализ работы этого генератора следует начинать пологая, что он заторможен  подачей тумблером SA1 лог.“0” на второй вход элемента DD3c. Эпюры напряжений в узлах (А, В, С) cхемы приведены на рисунке 6.

ответил от Ulia
0 голосов

Порядок выполнения работы

Задание 1

Построение и изучение генератора на элементах НЕ.

  1. Ознакомиться с принципом действия и           составления схем импульсных генераторов.
  2. Определить   номер  микросхемы  К155ЛН1 на стенде и составить  таблицу  соединений мультивибратора, построенного на ИМС типа К155ЛН1 по рисунку 3. Цоколевку ИМС определить по  данным рисунка 2.
  3. По  таблице   соединений    собрать    схему

Подпись: Рисунок 6. Временные диаграммы импульсного генератора на ИМС серии К155ЛА8image

мультивибратора. При этом  соединения  узлов между  R1, С1 и DD1а,  а так же между DD1b, DD1d и C1 осуществляются  спаренными проводниками, а последний узел- через расширитель. Прямой Q и инверсный `Q выходы генератора соединяют соответственно с входами УI и  УII осциллографа.

  1. После проверки правильности соединения преподавателем, включить приборы и получить на экране устойчивые изображения сигналов.
  2. Путем последовательной смены резистора и конденсатора  R1 и С1, определить такие их значения, обеспечивающие наиболее оптимальные режимы генерации.
  3. По данным измерений определить параметры импульсных сигналов.
  4. Установить возможные пределы изменения частоты импульсных сигналов и условия срыва генерации.
  5. Выключить приборы и демонтировать схему.
  6. По результатам измерений выявить закономерности  и   физическую   сущность

наблюдаемых явлений.

Задание 2

Составление и изучение схемы генератора на базе логических элементов 2И-НЕ.

  1. Определить   номера    позиции  пассивных  

       элементов и ИМС типа К155ЛА3 на стенде.

2.2. Составить таблицу соединений генератора 

       по схеме  на рисунке 4.

        2.3. По    таблице   соединений   собрать   схему

         генератора на стенде. Выход Q генератора соединить с входом УI осциллографа.

2.4. Выполнить   пункты  1.5 - 1.9 для    данной схемы генератора.

2.5. Путем  изменения    величины    переменного сопротивления R3, установить пределы изменения частоты генератора.

Задание  3

Составление и изучение работы генератора по схеме на рисунке 5.

  1. Определить позиции необходимых для этой цели микросхемы  К155ЛА8 и пассивных элементов на стенде.
  2. Выполнить пункты  2.2-2.5  для  собранной

       схемы генератора.

3.3. Выключить   все   приборы, демонтировать        схему и привести рабочее   место в порядок.

3.4. Написать обоснованные выводы по резуль-татам  исследований.

Задание на дом

  1. Изучить методы получения импульсных сигналов.
  2. Изучить принципы построения импульсных генераторов на логических элементах.
  3. Освоить методы построения схем без монтажной схемы.
  4. Подготовить обоснованные выводы и отчет по теме.
  5. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

  1. Что такое условие самовозбуждения генератора?
  2. Как осуществляется обратная связь в схеме генератора и для чего  она нужна?
  3. При каких условиях наступает срыв генерации?
  4. Какой вы представляете себе ИМС?
  5. Как осуществляется маркировка ИМС?
  6. Как возникают импульсные сигналы прямоугольной формы, если      времязадающая емкость заряжается по экспоненте?
  7. Каким образом можно обеспечить  плавное изменение частоты генератора?
  8. Где используются импульсные генераторы?

Литература

  1. Ямпольский В.С. Основы автоматики и ВТ. - М.: Мир.1985 г.
  2. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и МПС. - М.: Телеком. 2000.
  3. Ушаков В.Н., Долженко О.В. Электроника от транзистора до устройств. - М.: Радио и связь. 1993.Хоровиц П., Хилл У.
  4. Искусство схемотехникики. - М.: Мир. 1993.
  5. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. - М.: Радио и связь.1987.
  6. Вениаминов В.Н. Микросхемы и их применение. - М,: Радио и связь.1989.

ответил от Ulia

Похожие вопросы