Лабораторна робота №4 дослідження імпульсних пристроїв на дискретних елементах І інтегральних мікросхемах (імс) icon

Лабораторна робота №4 дослідження імпульсних пристроїв на дискретних елементах І інтегральних мікросхемах (імс)




Скачати 330.48 Kb.
НазваЛабораторна робота №4 дослідження імпульсних пристроїв на дискретних елементах І інтегральних мікросхемах (імс)
Дата08.06.2012
Розмір330.48 Kb.
ТипДокументи

Лабораторна робота №4

ДОСЛІДЖЕННЯ ІМПУЛЬСНИХ ПРИСТРОЇВ НА ДИСКРЕТНИХ ЕЛЕМЕНТАХ І ІНТЕГРАЛЬНИХ МІКРОСХЕМАХ (ІМС)

1. МЕТА РОБОТИ

1) Дослідження мультивібраторів на біполярних транзисторах.

2) Дослідження тригерів на ІМС.

2. ОБЛАДНАННЯ

1) Стенд лабораторний № 2, 4.

2) Мультиметр ВР11.

3) Осцилограф С1-93 (С1-83).

3. ЗМІСТ РОБОТИ

1) Дослідити роботу симетричного мультивібратора на біполярних транзисторах.

2) Дослідити роботу мультивібратора з відтинаючими діодами.

3) Дослідити роботу тригерів на ІМС: RS, T, D і JK.

^ 4. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

4.1. Ознайомитись з робочим місцем, устаткуванням і приладами.

4.2. Ввімкнути вимірювальні прилади та живлення стенда лабораторного. Тумблер у середній частині лицьової панелі стенда (між мнемосхемами) встановити у праве положення.

4.3. Дослідження роботи симетричного мультивібратора

на біполярних транзисторах

4.3.1. Дослідження мультивібраторів виконувати за допомогою схеми, зображеної на рис. 4.1 (верхня мнемосхема на правій половині лицьової панелі стенда лабораторного).

Перемикачі SA1, SA2 встановити у натиснуте положення.

4.3.2. Замалювати осцилограми напруг у контрольних точках симетричного мультивібратора.

Для цього, встановлюючи органи керування осцилографа у положення, що забезпечують спостереження стійкого, зручного для вимірів зображення:

1) ручку резистора R1 встановити у крайнє праве положення;

2) кабель першого каналу осцилографа підключити до клем ^ Х2 і „”, а другого – до клем Х3 і „” (сигнальним і нульовим привідниками відповідно);




Рис. 4.1 – Схема для дослідження мультивібраторів
3) обертанням ручки резистора R5 установити тривалість імпульсу

мультивібратора рівною тривалості паузи між імпульсами.

Замалювати осцилограми напруг у контрольних точках ^ Х2 (на колекторі VT1) і Х3 (на базі VT1).

Сигнальний провідник кабелю другого каналу осцилографа перенести на клему X5 і замалювати осцилограму напруги (на колекторі VT2), орієнтуючи її відносно перших двох.

Сигнальний кінець кабелю другого каналу перенести на клему Х4 і замалювати осцилограму напруги (на базі VT2), орієнтуючи її відносно інших осцилограм.

4.3.3. Для різних положень ручки резистора R5 за допомогою осцилографа визначити:

1) активну тривалість імпульсу мультивібратора tі на рівні 0,5 його амплітуди;

2) тривалість паузи між імпульсами tп на рівні 0,5 амплітуди імпульсів;

3) тривалість періоду надходження імпульсів^ Т;

4) активну тривалість фронту імпульсу tф як час зміни напруги від рівня 0,1 до рівня 0,9 амплітуди імпульсу;

5) активну тривалість зрізу (заднього фронту) імпульсу tзр як час зміни напруги від 0,9 до 0,1 амплітуди імпульсу.

Результати експериментів занести у табл. 4.1.

Таблиця 4.1- Результати вимірів та розрахунків часових параметрів імпульсів

Тип мультивібратора

t і,

мс

tп,

мс

t,


мс

tф,

мс

tзр, мс

f, Гц

Q

Положення ручки резистора R5

Симетричний























крайнє ліве






















середнє






















крайнє праве

Симетричний з відтинаючими діодами *)






















середнє

*) Заповнюється при виконанні пп. 4.4.2.

4.3.4. Зняти залежність періоду надходження імпульсів симетричного мультивібратора (ручка R5 у середньому положенні) від напруги зміщення.

Встановити межу вимірювання мультиметра „20 V” за постійним струмом і підімкнути його до клем X1 і „” (звертайте увагу на правильність полярності підмикання приладу).

Обертанням ручки резистора ^ R1 за годинниковою стрілкою з крайнього лівого положення задавати необхідні значення напруги зміщення Uзм і фіксувати за осцилографом відповідні тривалості періоду.

Результати вимірів занести у табл. 4.2.

Таблиця 4.2 – Часові параметри послідовності імпульсів

Uзм, В


6,0


7,0


8,0


9,0


10,0


11,0


12,0

Т, мс


























f, Гц
























4.4. Дослідження роботи мультивібратора

з відтинаючими діодами

4.4.1. Перемикачі SA1 і SA2 встановити у ненатиснуте положення (світяться сигнальні лампи „VD1”, „VD2”).

Замалювати осцилограми напруг у контрольних точках мультивібратора відповідно до методики, наведеної у пп. 4.3.2.

4.4.2. Для середнього положення ручки резистора R5 (симетричний мультивібратор) визначити активну тривалість імпульсу мультивібратора, тривалість паузи, тривалість періоду надходження імпульсів, активні тривалості фронту і зрізу за методикою пп. 4.3.3.

Результати експерименту занести у табл. 4.1.

4.5. Дослідження роботи тригерів на ІМС

4.5.1. Дослідження тригерів виконувати за допомогою схеми, зображеної на рис. 4.2 (нижня мнемосхема на правій половині лицьової панелі стенда лабораторного).

4.5.2. Дослідити роботу RS-тригера з інверсними входами і скласти його таблицю переходів.

Для цього за допомогою перемикачів SA1 і SA2 треба задавати необхідні комбінації нулів і одиниць на входах тригера S і R. При цьому ненатиснуте положення перемикача відповідає одиничному сигналу (на вхід тригера через резистор R1 або R2 подається напруга живлення Uп, світиться сигнальна лампа біля відповідного входу). Натиснуте положення перемикача відповідає нульовому сигналу (на вхід подається напруга, що дорівнює нулю: вхід підмикається до нульового проводу, сигнальна лампа біля входу не світиться). Реакція тригера визначається за світінням ламп: HL1 – одиничний стан і HL2 – нульовий стан.




Рис. 4.2 – Схема для дослідження тригерів

Таблиця 4.3 – Таблиця переходів RS-тригера

t i

t i+1

S i

R i

Q i+1

0

0

1

1

0

1

0

1



Результати експерименту занести у табл. 4.3, де позначення ti і ti+1 відповідають моментам часу до і після спрацьовування тригера.

Зверніть увагу, що спрацьовування тригера відбувається одразу після набору відповідної комбінації сигналів на інформаційних входах (маємо асинхронний тригер).

4.5.3. Дослідити роботу Т-тригера і скласти його таблицю переходів.

Кабель першого каналу осцилографа підімкнути до виходу такто-

вого генератора – до клем X1 та „”, а кабель другого каналу до прямого виходу тригера – до клем X2 та „”. Органи керування осцилографа вста-


Таблиця 4.4 – Таблиця переходів Т-тригера

t i

t i+1

С i

Q i+1

0

1



новити у положення, що забезпечують спосте-реження стійкого зображення.

Замалювати осцилограми вхідної і вихідної напруг тригера. На основі аналізу їхнього вигляду заповнити таблицю переходів табл. 4.4.

4.5.4. Дослідити роботу D-тригера і скласти його таблицю переходів.


Таблиця 4.5 – Таблиця переходів D-тригера

t i

t i+1

D i

Q i+1

0

1



Для цього за допомогою перемикача ^ SA3 задавати необхідні значення сигналу на вході D (аналогічно пп. 4.5.2).

На вхід синхронізації С сигнали генератора G подавати встановленням перемикача SA4 у натиснуте положення.

Реакцію тригера визначати за світінням ламп: HL3 – одиничний стан, HL 4 – нульовий стан.

Результати експерименту занести у табл. 4.5.

Зверніть увагу на те, що при відповідному сигналі на інформаційному вході ^ D-тригер змінює стан тільки після надходження імпульсу на його вхід синхронізації С (маємо синхронний тригер).


Таблиця 4.6 – Таблиця переходів JK-тригера

t i

t i+1

J i

K i

Q i+1

0

0

1

1

0

1

0

1



4.5.5. Дослідити роботу -тригера і скласти його таблицю переходів.

Значення вхідних сигналів задавати перемикачами SА6 і SА7 (аналогічно пп. 4.5.2). Сигнали тактового генератора G подавати на вхід синхро-нізації тригера установкою перемикача SА5 у натиснений стан. Реакцію тригера визначити за світінням ламп НL 5 (одиничний стан) і НL 6 (нульовий стан).

Результати експерименту занести в табл. 4.6.

Зверніть увагу на те, що цей тригер синхронний, а також на те, що при одиничних сигналах на обох інформаційних входах він веде себе як Т-тригер.

4.6. Вимкнути прилади і живлення стенда лабораторного. Навести порядок на робочому місці.

4.7. Обробка результатів експериментів

4.7.1. За осцилограмами напруг у контрольних точках симетричного мультивібратора (пп. 4.3.2) зробити висновок про співвідношення фаз напруг на колекторах транзисторів.

4.7.2. За даними табл. 4.1 розрахувати значення частоти надходження імпульсів



та щілинність імпульсів



симетричного мультивібратора.

Результати розрахунку занести у табл. 4.1.

4.7.3. За даними табл. 4.2 розрахувати значення частоти надходження імпульсів мультивібратора. Результати розрахунку занести у табл. 4.2 і за ними побудувати залежність

.

Зробити висновок про вплив напруги зміщення на частоту.

4.7.4. За осцилограмами напруг у контрольних точках мультивібратора з відтинаючими діодами (пп. 4.4.2) зробити висновок про вплив відтинаючих діодів на форму напруг.

4.7.5. За даними табл. 4.1 розрахувати значення частоти надходження імпульсів і щілинності імпульсів симетричного мультивібратора з відти-наючими діодами. Результати розрахунку занести у табл. 4.1.

Зробити висновок про вплив відтинаючих діодів на параметри вихідного сигналу мультивібратора.

4.7.6. На підґрунті аналізу таблиць переходів RS-, D- та JK-тригерів зробити висновки про їхні специфічні властивості.

4.7.7. За осцилограмами напруг Т-тригера (пп. 4.5.3) визначити частоти надходження імпульсів на вході і виході тригера.

Зробити висновок про співвідношення цих частот.

Визначити, при якій зміні сигналу на вході (0 – 1 чи 1 – 0) тригер змінює свій стан.


5. Пояснення до роботи

5.1. Імпульсні системи та параметри імпульсів

і їхньої послідовності

На відміну від аналогових систем, де сигнали змінюються безперервно у часі, в імпульсних системах використовуються сигнали імпульсної форми (напруга, струм).

Імпульсні системи мають більш високі показники к.к.д., точності і завадостійкості. Більш простими є апаратні засоби подання й обробки імпульсної інформації.

Імпульсом називається короткочасна зміна напруги (струму) в електричному колі від нуля до деякого значення, тривалість якої сумірна або менша за тривалість перехідних процесів у цьому колі.




Рис. 4.3 – Параметри несиметричного імпульсу
Найчастіше в електронній техніці застосовують імпульси прямокутної форми. Вид реального прямокутного імпульсу позитивної полярності зображено на рис. 4.3.

Параметри прямокутного ім-пульсу:

  1. амплітуда імпульсу Uі визначає найбільше значення напруги імпульсного сигналу;

  2. тривалість імпульсу tі, залежно від значення напруги, на яке реагує імпульсний пристрій, вимірюють на рівні 0,1 або 0,5 Uі (останнє відповідає активній тривалості, бо характеризує енергетичну дію імпульсу);

  3. тривалості фронту tф та зрізу (заднього фронту) tзр характеризують час зростання і спаду імпульсу (активні тривалості відлічуються, як час зміни напруги між рівнями 0,1 і 0,9 Uі);

  4. ?U – нерівномірність вершини імпульсу.

Відхилення форми імпульсу від ідеально прямокутної виникають внаслідок впливу паразитних ємностей та індуктивностей, частотних властивостей підсилюючих елементів, а також визначаються будовою генеруючих і підсилюючих пристроїв.




Рис. 4.4 – Параметри послідовності імпульсів
Параметри послідовності імпульсів, зображеної на рис. 4.4:

1) період надходження імпульсів Т – інтервал часу між однаковими точками двох сусідніх імпульсів;

  1. частота повторення (надходження) імпульсів

. (4.1)

  1. тривалість паузи tп – інтервал часу між закінченням одного і початком наступного імпульсу;

  2. щілинність імпульсів

. (4.2)

5.2. Симетричний мультивібратор на біполярних транзисторах

Мультивібратори – це релаксаційні автогенератори напруги прямокутної форми (релаксаційний – такий, що різко відрізняється від гармонійного – синусоїдного; автогенератор – пристрій, що генерує незатухаючі коливання без запуску ззовні і не має стійких станів).

Найчастіше мультивібратори працюють у автоколивальному режимі, коли мультивібратор має два нестійких (квазісталих) стани рівноваги і переходить з одного стану в інший самочинно під впливом внутрішніх перехідних процесів. У такому режимі мультивібратор використовується як генератор прямокутної напруги.

У чекаючому режимі мультивібратор має один сталий і один квазісталий стани рівноваги. Зазвичай він знаходиться у сталому стані і переходить до квазісталого під дією зовнішнього електричного сигналу. Час перебування у квазісталому стані визначається внутрішніми процесами в схемі мультивібратора. Такі мультивібратори використовуються для формування імпульсів напруги необхідної тривалості, а також для затримки імпульсів на визначений час.

У режимі синхронізації використовується мультивібратор, що працює в автоколивальному режимі, але його перехід із одного стану в інший забезпечується зовнішньою синхронізуючою напругою. Для його нормальної роботи у цьому режимі необхідно, щоб частота синхронізуючого сигналу перевищувала частоту власних коливань. В результаті частота коливань мультивібратора практично не залежить від дестабілізуючих факторів. Використовуються такі мультивібратори для створення генераторів стабільної частоти і при керуванні складними електронними пристроями, робота яких синхронізована якоюсь зовнішньою дією.

Мультивібратори можуть бути виконані на транзисторах, операційних підсилювачах і цифрових елементах.


Рис. 4.5 – Мультивібратор з колекторно-базовими зв`язками
Симетричний мультивібратор являє собою релаксаційний автогенератор напруги прямокутної форми, що генерує незатухаючі коливання без запуску ззовні.

На рис. 4.5 зображена схема мультивібратора на біполяр-них транзисторах, який виконано за симетричною схемою з колекторно-базовими зв’язка-ми.

Мультивібратор складається з двох каскадів підсилення з СЕ (наприклад, VТ1, RК1, RБ1).

Для забезпечення позитивного зворотного зв’язку, що за його рахунок мультивібратор самозбуджується, вихідна напруга кожного з каскадів подається на вхід іншого.

Симетричність означає ідентичність параметрів симетрично розташованих елементів схеми.

Мультивібратор має два тимчасово сталих (квазісталих) стани, коли один із транзисторів закритий, а другий відкритий. Транзистори працюють у ключовому режимі.

Уявимо, що початковий стан мультивібратора такий: транзистор ^ VТ1 знаходиться у режимі насичення (відкритий), а VТ2 – у режимі відтинання (закритий). При цьому і надалі:

1) через VT1 і RК1 від ЕК протікає колекторний струм насичення ІК1;

2) через RБ1 і база-емітерний перехід VT1 протікає струм бази ІБ1, що утримує цей транзистор у режимі насичення;

3) конденсатор СБ1 швидко заряджається струмом І1зар від ЕК через RК2 і база-емітерний перехід VT1;

4) конденсатор СБ2, заряджений із вказаною на схемі полярністю до напруги ЕК (у попередньому такті роботи), через відкритий транзистор VT1 підімкнений до нульової точки, з-за чого через нього протікає струм І2розр від ЕК через RБ1; цей струм намагається перезарядити СБ2 від напруги мінус ЕК до напруги +ЕК, а негативна напруга з СБ2 подається на базу транзистора VТ2 відносно його емітера і утримує транзистор у закритому стані;

5) процес перезаряду конденсатора СБ2 триває доти, доки напруга на ньому не перетне нульового рівня і не стане вищою за граничну напругу база-емітерного переходу транзистора VT2 (UБЕнас ? 0,6 В), після чого потече базовий струм VT2 і він почне відкриватися;

6) через ^ VТ2, що перейшов у активний режим, конденсатор СБ1 обкладкою «+» підмикається до нульової точки, і негативна напруга з СБ2 подається на базу VT1 відносно його емітера, закриваючи транзистор;

7) як тільки ^ VT1 починає закриватися, збільшується позитивна напруга на його колекторі і починає заряджатися СБ2 від ЕК через RК1 і база-емітерний перехід VT2, за рахунок чого останній відкривається ще більше – діє позитивний зворотний зв’язок. У результаті цього розвивається лавиноподібний регенеративний процес, після закінчення якого VT1 повністю закривається, а VT2 відкривається і мультивібратор переходить до свого другого квазісталого стану.

Далі процеси протікають аналогічно, тільки тепер заряджається СБ2, а перезаряджається СБ1.

Таким чином, робота схеми забезпечується за рахунок автоматичної комутації конденсаторів ключами-транзисторами.

Умовами працездатності мультивібратора є:

RК2СБ1 < RБ2СБ2 ;

RК1СБ2 < RБ1СБ1. (4.3)

Переходячи періодично з одного квазісталого стану в другий, мультивібратор формує напругу прямокутної форми, яку можна знімати з колектора будь-якого транзистора.




Рис. 4.6 - Часові діаграми роботи мультивібратора з колекторно-базовими зв’язками
Описані процеси представлені у вигляді часових діаграм на рис. 4.6.

Тривалість імпульсів, що знімаються з колекторів транзисторів VT1 і VT2, становить відповідно

; (4.4)

. (4.5)

Вона визначається параметрами елементів часозадаючих ланцюжків RБ, СБ, яким відповідає стала часу перезаряду ?п= RБ СБ.


Період надходження імпульсів

. (4.6)

Для симетричного мультивібратора

. (4.7)

Співвідношення величин t1 і t2 (щілинність) можна змінювати, порушуючи симетрію схеми: наприклад, збільшуючи опір одного з базових резисторів і пропорційно зменшуючи опір іншого (за допомогою резистора R5 на рис. 4.1). При цьому тривалість періоду надходження імпульсів залишається незмінною.

Якщо змінювати опір тільки одного базового резистора або ємність одного з конденсаторів часозадаючого ланцюжка, то при постійній тривалості імпульсу (або паузи) будуть змінюватися і частота, і щілинність.




Рис. 4.7 – Регулювання частоти мультивібратора зміною напруги зсуву
Частоту мультивібратора також можна регулювати зміною напруги, до якої намагається перезарядитися конденсатор: змінюючи значення напруги зсуву резистором R1 на рис. 4.1. При цьому конденсатор як і раніше заряджається до напруги +Ек, а перезарядитися намагається з тією ж сталою часу ?п від мінус Ек, але не до + Ек, а до +Uзм, як показано на рис. 4.7.

У результаті за тих же параметрів часозадаючих кіл (RБ1, СБ1 і RБ2, СБ2) частота надходження імпульсів буде меншою.

5.3. Симетричний мультивібратор на біполярних транзисторах

з відтинаючими діодами

Недоліком розглянутої схеми мультивібратора є значне спотворення фронту генерованих імпульсів. Це відбувається через те, що вихідним сигналом пристрою є напруга, що знімається з транзисторного ключа і під’єднаного паралельно до нього конденсатора – фактично це є напруга на конденсаторі, що заряджається. Скоротити тривалості фронтів (час заряду конденсаторів) можна зменшивши опір колекторних резисторів RК1 і RК2. Але це призведе до значних енергетичних втрат: через транзистори у режимі насичення буде протікати значний струм.




Рис. 4.8 – Мультивібратор з відтинаючими діодами
Одержати тривалість фронту практично рівною тривалості зрізу дозволяє схема мультивібратора з відтинаючими діодами, наведена на рис. 4.8.

Від схеми, зображеної на рис. 4.5, вона відрізняється тим, що до неї введено два допоміжні резистори R1 і R2 (з опором зазвичай рівним RК) і два діодні ключі: VD1 і VD2. Діоди відтинають кола заряду конденсаторів від колекторів транзисторів: заряд відбувається, наприклад, не через RК1, а через R1. Перезаряджатися конденсаторам діоди не заважають. Струм перезаряду, наприклад, СБ2 протікає від +ЕК через RБ2, VD1 і VТ1.

Тепер тривалості фронту і зрізу визначаються лише частотними властивостями транзисторів і діодів, а також паразитними ємностями.

5.4. Тригери на ІМС

Тригером називається електронний пристрій, що має два сталих стани рівноваги і може переходити із одного стану в інший під дією керуючого сигналу, що перевищує деякий рівень – поріг спрацьовування пристрою. За відсутності керуючого сигналу тригер може як завгодно довго знаходитися в одному зі сталих станів.

Тригери можуть виконувати функції реле, перемикачів, елементів пам'яті. На їх основі будуються лічильники, регістри, дільники частоти та інші пристрої з пам’яттю, що відносяться до класу цифрових послідовнісних – у яких стан залежить не тільки від комбінації вхідних сигналів у даний момент часу, але і від стану в попередній момент часу.

Тригери будують на транзисторах, тиристорах та інших електронних приладах. Сучасні тригери, як правило, будують на основі двокаскадних підсилювачів з позитивним зворотним зв’язком. Тригери у інтегральному виконанні будують на логічних цифрових елементах.

Тригер на цифрових елементах має у своєму складі власне тригер (як пристрій із двома стійкими станами – елемент пам'яті) і логічний пристрій керування (ПК), що визначає функціональні можливості тригера. ПК перетворює інформацію, що надходить на його входи, у сигнали, що керують елементом пам'яті.

За способом запису інформації тригери поділяються на асинхронні, у яких запис інформації в елемент пам'яті відбувається у момент надходження сигналів на інформаційні входи ПК, і синхронні, у яких запис відбувається тільки після надходження синхронізуючого (тактуючого) сигналу на тактовий вхід ПК.

Робота тригерів (як і послідовнісних пристроїв взагалі) описується таблицями переходів, стовпці яких відповідають значенням вхідних сигналів у даний момент часу tі і стану тригера у наступний момент часу tі+1, а кількість рядків дорівнює кількості можливих комбінацій вхідних сигналів. Вхідні сигнали і стани позначають нулями й одиницями.

Тригер має два виходи, наявність високого рівня напруги на одному з яких відповідає одиничному (зведеному) стану – прямий вихід Q, а на іншому – нульовому (скиненому) стану – інверсний вихід .

Стани тригерів позначають так:

0 – тригер знаходиться у нульовому стані незалежно від сигналів на входах (^ Q = 0);

1 – тригер знаходиться в одиничному стані незалежно від сигналів на його входах (Q = 1);

Q – стан тригера не змінюється зі зміною інформації на входах;

– стан тригера змінюється на протилежний при зміні інформації на входах;

Х – невизначений стан (коли після отримання інформаційного сигналу тригер рівноможливо може опинитися у будь-якому сталому стані і, за відсутності зовнішніх сигналів керування, може знаходитися у ньому скільки завгодно довго (але тільки за наявності живлення – маємо енергозалежну пам’ять).

Найчастіше застосовуються кілька різновидів тригерів (з практично необмеженого числа можливих).




Рис. 4.9 – Умовне

позначення RS-тригера
Розглянемо тригери, що досліджуються у даній роботі.

Умовне позначення асинхронного RS-тригера з інверсними входами наведене на рис. 4.9, а його робота описана таблицею переходів табл. 4.7.


Таблиця 4.7 – Таблиця переходів асинхронного RS-тригера з інверсними входами

t i

t i+1





Q i+1

0

0

1

1

0

1

0

1

X


1

0


Q i
З таблиці видно, що встановлення тригера у одиничний стан забезпечується подачею 0 (напруги низького рівня) на вхід S при 1 (напрузі високого рівня) на вході R (тригер керується нульовими сигналами).

Для встановлення тригера у нульовий стан комбінація вхідних сигналів повинна бути зворотною.

За умови наявності одиничних сигналів на обох входах стан тригера залишається незмінним як завгодно довго (режим збереження інформації).



Нульові сигнали на обох входах переводять тригер у невизначений стан (оскільки керуючими сигналами є нулі, то тригер у даному разі ніби повинен одночасно встановлюватися в обидва стани).


Рис. 4.10 – Умовне позначення Т-тригера
Умовне позначення Т-тригера показане на рис. 4.10, а робота описана табл. 4.8.


Таблиця 4.8 – Таблиця переходів Т-тригера

t i

t i+1

С i

Q i+1

0

1



Q i
Цей тригер має тільки один тактовий вхід, а його стан змінюється на протилежний із надходженням на вхід кожного тактового імпульсу, у даному випадку при зміні стану на вході з 1 на 0. Такі тригери застосовують у лічильниках імпульсів і дільниках частоти.

Умовне позначення D-тригера показане на рис. 4.11, а робота описана табл. 4.9.

Цей тригер має один інформаційний вхід і один тактовий. Стан тригера у наступний момент


Таблиця 4.9 – Таблиця переходів D-тригера

t i

t i+1

D i

Q i+1

0

1

0

1



Рис. 4.11 – Умовне позначення D-тригера
часу відповідає стану інформаційного входу на даний момент (здійснюється затримка передачі інформації на вихід на один такт – період – синхронізуючих імпульсів).

D-тригери часто використовуються для створення регістрів пам’яті (наприклад, пристрою керування дисплеєм у цифровому вольтметрі).



Умовне позначення -тригера наведене на рис. 4.12, а робота його описана табл. 4.10.

-тригер багато у чому аналогічний асинхронному RS-тригеру з прямими входами (керованому одиничними сигналами). Роль входів S і R виконують входи J і К. Тільки при подачі на обидва інформаційні входи одиничних сигналів тригер при надходженні тактового імпульсу переходить в стан, протилежний попередньому як Т-тригер, а не у невизначений як RS-тригер.

^ -тригер є універсальним, бо може виконувати роль RS-, Т- або D-тригера при певних зовнішніх з’єднаннях.

Зазвичай у одному корпусі ІМС міститься від одного до чотирьох тригерів (іноді зі спільними колами керування). Вони можуть мати також додаткові входи, наприклад, установки у нульовий стан – R.


Контрольні запитання

1) Поясніть, що таке мультивібратор, у яких режимах можуть працювати мультивібратори, для чого вони призначені?

2) Поясніть характер осцилограм напруг симетричного мультивібратора на біполярних транзисторах.

3) Поясніть, як можна змінювати частоту надходження імпульсів мультивібратора на біполярних транзисторах?

4) Поясніть, як можна змінювати щілинність імпульсів мультивібратора.

5) Покажіть шляхи протікання струмів у мультивібраторі (схема на вибір).

6) Поясніть причину спотворення фронту імпульсів мультивібратора на біполярних транзисторах. як можна поліпшити форму імпульсів?

7) Поясніть будову, властивості і призначення тригерів, способи опису їхньої роботи.

8) Вкажіть різницю між асинхронним і синхронним тригерами.

9) Поясніть, як працюють RS-тригер, Т-тригер, D-тригер, JK-тригер.


ЛІТЕРАТУРА

  1. Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Електроніка і мікросхемотехніка: Підручник / За ред. А.Г. Соскова - К.: Каравела, 2006. - 384 с. - пп. 5.1 – 5.3, розділ 7.

  2. Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія і практикум: Навч. посіб. / За ред. А.Г. Соскова. 2-е вид. - К.: Каравела, 2004. - 432 с. (та інші видання цього посібника) - пп. 5.1 – 5.3, розділ 7.

  3. Руденко В.С., Сенько В.И., Трифонюк. В.В. Основы промышленной електроники. – К.: Вища школа, 1985, с. 195-199, 223-232.

  4. Забродин Ю. С. Промышленная електроника. – М.: Высш. школа, 1982, с. 176-178, 187, 231-239.

  5. Горбачов Г.И., Чаплыгин Е.Е. Промышленная електроника. – М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 106-108, 119, 154-160.

  6. Красько А.С., Скачко К.Г. Промышленная електроника. – Минск: Вышейшая школа, 1984, с. 133-134, 144-151, 156-158.



Лабораторна робота №5

^ ДОСЛІДЖЕННЯ ЛОГІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ І ЦИФРОВИХ ПРИСТРОЇВ НА ІМС

  1. МЕТА РОБОТИ

1) Дослідження логічних елементів.

2) Дослідження реверсивного двійково-десяткового лічильника і двійково-десяткового дешифратора.

  1. ОБЛАДНАННЯ

1) Стенд лабораторний № 5, 6.

2) Мультиметр ВР11.

Осцилограф С1-93 (С1-83).

  1. ^ ЗМІСТ РОБОТИ

1) Дослідження роботи логічного елемента НІ у статичному і динамічному режимах.

2) Дослідження роботи двовходових логічних елементів АБО-НІ, І та І-НІ у статичному і динамічному режимах.

3) Дослідження роботи дворозрядного реверсивного двійково-десят-кового лічильника.

4) Дослідження роботи дешифратора, що перетворює двійково-десят-ковий код у десятковий.

  1. ^ ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

4.1. Ознайомитися з робочим місцем і приладами.

4.2. Ввімкнути вимірювальні прилади і живлення стенда лабораторного. Тумблер у середній частині лицьової панелі стенда (між мнемосхемами) встановити у ліве положення.

4.3. Дослідження роботи логічних елементів робити за допомогою схеми, зображеної на рис. 5.1 (верхня мнемосхема на лівій половині лицьової панелі стенда лабораторного).




Рис. 5.1 – Схема для дослідження логічних елементів
4.4. Дослідження роботи логічного елемента НІ

у статичному режимі

4.4.1. Установити границю виміру мультиметра „20 V” за постійним струмом і підімкнути його до клем Х4 та „”, дотримуючись полярності.

Перемикачі SА3 і SА4 встановити у натиснутне положення, а всі інші – у ненатиснуте.

4.4.2. Обертаючи ручку резистора R1 із крайнього лівого положення за годинниковою стрілкою, зафіксувати момент згасання індикаторної лам-пи НL2.

Записати значення вхідної напруги елемента, що відповідає його порогу спрацьовування.

4.4.3. Установивши ручку резистора R1 у крайнє праве положення, записати максимальне значення напруги вхідного сигналу (дорівнює напрузі джерела живлення +Е).

Вимкнути і від’єднати мультиметр.

4.5. Дослідження роботи логічного елемента НІ

у динамічному режимі

Перемикачі SА1, SА3 і SА4 встановити у натиснуте положення, інші – у ненатиснуте.

Кабель першого каналу осцилографа підключити до клем ^ Х4 і „”, а другого – до клем Х5 і „” сигнальними і нульовими провідниками відповідно. При крайньому правому положенні ручки резистора R1 установити органи керування осцилографа в положення, що забезпечують спостереження стійкого зображення.

Замалювати осцилограми імпульсів напруги на вході і виході елемента НІ.

4.6. Дослідження роботи двовходових логічних елементів АБО-НІ, І та І-НІ у статичному режимі

Підмикання виходу необхідного досліджуваного елемента до підсилювача ^ DD6 і сигнальної лампи НL1 виконується встановленням відповідної кнопки перемикача SВ1 у натиснуте положення.

Завдання необхідних комбінацій вхідних сигналів для кожного елемента робити перемикачами SА2 і SА3 (при ненатиснутому положенні перемикача SА1).

Натиснуте положення перемикача відповідає одиничному сигналу (світиться сигнальна лампа біля кнопки перемикача), ненатиснуте – нульовому (лампа не світиться).

Вид вихідних сигналів елемента визначається за сигнальною лампою Н1 (за наявності одиничного сигналу вона світиться, за нульового – ні). Результати експерименту занести в узагальнену таблицю істинності табл. 5.1.

Таблиця 5.1 – Узагальнена таблиця істинності логічних елементів

Вхідні сигнали

Вихідний сигнал

SA2

SA3

DD1

(АБО)

DD2

(АБО-НІ)

DD3

(І)

DD4

(І-НІ)

0

0

1

1

0

1

0

1













4.7. Дослідження роботи двовходових логічних елементів

у динамічному режимі

4.7.1. Перемикачі SА1, SA2, SA3 встановити у натиснуте положення, що забезпечить автоматичну подачу сигналів на входи логічних елементів від генераторів G1 і G2.

Кабель першого каналу осцилографа підімкнути до клем ^ Х3 і „”, а другого – до клем Х1 і „”.

Зарисувати одну під одною осцилограми імпульсів генераторів G2 і G1, що забезпечують подачу сигналів на входи досліджуваних логічних елементів у динамічному режимі (відповідні послідовності низьких і високих рівнів напруги - нулів і одиниць).

4.7.2. Перенести сигнальний провід кабелю другого каналу осцилографа з клеми Х1 на клему Х2.

Замалювати осцилограми вихідних сигналів досліджуваних елементів, підмикаючи їхні виходи до клеми Х2 за допомогою перемикача SB1 (дотримуватись необхідної орієнтації осцилограм відносно сигналів генераторів G1 і G2, звіряючись з осцилограмою першого каналу осцилографа).

4.7.3. Перевести перемикач SА2 у ненатиснуте положення і знову замалювати осцилограми вихідних сигналів досліджуваних елементів.

4.8. Дослідження роботи дворозрядного реверсивного

двійково-десяткового лічильника

і двійково-десяткового дешифратора

4.8.1. Дослідження роботи лічильника і дешифратора виконувати за допомогою схеми, наведеної на рис. 5.2 (нижня мнемосхема на лівій половині лицьової панелі стенда лабораторного).

4.8.2. Очистити лічильник (установити в нульовий стан) натисканням кнопки SА3.

Встановити у натиснуте положення перемикачі SА1 і SВ1-2 – завдання роботи лічильника у режимі підсумовування.

Подаючи сигнали (імпульси) на вхід лічильника натисканням кнопки ^ SA2, фіксувати стан лічильника за сигнальними лампами, що підключені до виходів його розрядів: „20”, „21”, „22”, „23 (світяться при одиничних станах виходів). Кожне натискання на кнопку SA2 збільшує вміст лічильника на одиницю. двійково-десятковий код лічильника за допомогою дешифраторів DD2, DD4 перетворюється на сигнали керування цифровими індикаторами: порядковий номер вхідного імпульсу фіксується індикаторами Н1, Н2.




Рис. 5.2 – Схема для дослідження дворозрядного реверсивного двійково-десяткового лічильника і двійково-десяткового дешифратора
Заповнити таблицю переходів лічильника – табл. 5.2.

Зверніть увагу, що при подачі десятого імпульсу перший розряд лічильника DD1 (розряд одиниць) переходить у нульовий стан і відбувається запис одиниці у другий розряд DD2 (розряд десятків).

4.8.3. Встановити перемикач SВ1-1 у натиснуте положення – задати роботу лічильника у режимі віднімання.

Тепер кожне натискання на кнопку SА2 призводить до зменшення вмісту лічильника на одиницю (контролювати за індикаторними лампами і порівнювати з табл. 5.2).

4.8.4. Встановити перемикач SА1 у ненатиснуте положення і, задаючи режим підсумовування встановленням у натиснуте положення перемикач SВ1-2, або віднімання – встановленням SВ1-2 у ненатиснуте положення, спостерігати за роботою лічильника в автоматичному режимі при подачі вхідних сигналів від генератора G1.


Таблиця 5.2 - таблиця переходів двійково-десяткового лічильника

Номер вхідного імпульсу

Стан розрядів лічильника

23

22

21

20

0 *)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10













*) Відповідає нульовому (вихідному) стану лічильника.

4.8.5. Встановити перемикач SВ1-2 у натиснуте положення (режим підсумовування).

Підімкнути кабель першого каналу осцилографа до клем Х1 та „”, а другого – до клем Х3 і „” (перемикач осцилографа „Развёртка” встановити у положення „0,2 S”).

Замалювати осцилограми вхідних сигналів лічильника (клема X1) і сигналів на виході молодшого розряду лічильника 20 (клема Х3).

Перенести сигнальний провід кабелю другого каналу осцилографа з клеми Х3 на клему Х2 і замалювати осцилограму сигналів на виході другого розряду лічильника 21. Звернути увагу на її характер при надходженні кожного десятого вхідного імпульсу.

4.9. Дослідження роботи двійково-десяткового дешифратора

Підімкнути кабель першого каналу осцилографа до клем ^ Х3 та „”, а другого - до клем Х4 і „”. Замалювати осцилограми сигналів на виході першого розряду лічильника і нульовому виході дешифратора.

Перенести сигнальний провід кабелю першого каналу з клеми Х3 на клему Х5 і замалювати осцилограму сигналу на дев’ятому виході дешифратора, орієнтуючи її за осцилограмою другого каналу.

4.10. Вимкнути прилади і живлення стенда лабораторного.

Навести порядок на робочому місці.

4.11. Обробка результатів експериментів

1) За результатами досліджень пп. 4.4 зробити висновок про співвідношення значень напруги одиничного вхідного сигналу елемента НІ (напруги джерела живлення) і напруги порога спрацьовування елемента.

2) За осцилограмами пп. 4.5 зробити висновок про фазове співвідношення вхідного і вихідного сигналів елемента НІ.

3) На основі аналізу таблиці істинності табл. 5.1 зробити висновок про специфіку роботи логічних елементів або, АБО-НІ, І, І-НІ.

4) Зіставити результати дослідження логічних елементів у статичному (пп. 4.6) і динамічному (пп. 4.7) режимах. Звернути увагу на те, що при ненатиснутому положенні перемикача SА3 елемент АБО стає повторювачем сигналу, АБО-НІ – інвертором, І – генератором константи нуля – const 0, а І-НІ – генератором константи одиниці – const 1.

5) За осцилограмами пп. 4.8.5 зробити висновок про співвідношення тривалості періодів надходження імпульсів на вході і виходах лічильника.

6) На основі аналізу осцилограм за пп. 4.9 зробити висновок про моменти появи сигналів на виходах дешифратора.

  1. ^ ПОЯСНЕННЯ ДО РОБОТИ

Основу сучасних цифрових пристроїв обробки інформації складають цифрові ІМС, призначені для перетворення й обробки інформації, представленої у вигляді електричних сигналів, що змінюються за законом дискретної функції (у двійковому або іншому дискретному коді).

Аналіз роботи цих пристроїв базується на використанні апарата математичної логіки – алгебри логіки (алгебри Буля). У її основі лежить поняття події, що оцінюється з позиції її настання: вона може настати, або не настати. Отже, кожній події можна приписати значення істинності, що моделюється, наприклад, одиницею (при електричному моделюванні - високим рівнем напруги), або хибності, що моделюється нулем (низьким рівнем напруги).

Обробка інформації, поданої у вигляді подій, ведеться у двійковій системі числення, де є тільки дві цифри: 0 і 1. Величина, котра може приймати тільки ці два значення, називається двійковою змінною.

Складна подія, що залежить від декількох двійкових змінних, називається двійковою функцією:

y = f(x1, x2, ... xn), x = [1,0]. (5.1)

Цифрові пристрої поділяються на два великих класи: комбінаційні і послідовнісні.

Комбінаційні пристрої реалізують функції, що залежать тільки від комбінації вхідних сигналів у даний момент часу і не залежать від стану пристрою в попередній момент часу.

Послідовнісні пристрої реалізують функції, що залежать не тільки від комбінації вхідних сигналів у даний момент часу, але і від стану пристрою в попередній момент часу (тобто вони мають здатність запам’ятовувати свій стан).

Найпростішою логічною функцією є заперечення (інверсія):

y = . (5.2)

Позначення елемента, що реалізує цю функцію – елемента НІ – наведене на рис. 5.3.




Рис. 5.3 – Елемент НІ (інвертор)
У якості елемента НІ можна використати підсилювач з СЕ, що працює у ключовому режимі: за наявності високого рівня напруги на вході на виході буде низький рівень, і навпаки.

Функцію, що її виконує комбінаційний пристрій, для полегшення сприйняття часто представляють не тільки у вигляді таблиці, яку називають таблицею істинності.

Таблиця істинності має кількість стовпців, що дорівнює кількості вхідних змінних і ще один стовпець, що показує значення функції для кожної з можливих комбінацій змінних, числу яких відповідає кількість рядків таблиці.

Об’єднана таблиця істинності деяких основних логічних функцій, що залежать від двох змінних, наведена у верхній частині табл. 5.3. У нижній її частині міститься інформація про математичне представлення функцій, їхнє графічне позначення і можливу реалізацію.




Схожі:

Лабораторна робота №4 дослідження імпульсних пристроїв на дискретних елементах І інтегральних мікросхемах (імс) iconМіністерство освіти І науки, молоді І спорту України Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича „затверджую”
Методи поліпшення завадостійкості радіоелектронних пристроїв на інтегральних мікросхемах
Лабораторна робота №4 дослідження імпульсних пристроїв на дискретних елементах І інтегральних мікросхемах (імс) iconМіністерство освіти І науки, молоді І спорту України Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича „затверджую”
Методи поліпшення завадостійкості радіоелектронних пристроїв на інтегральних мікросхемах
Лабораторна робота №4 дослідження імпульсних пристроїв на дискретних елементах І інтегральних мікросхемах (імс) iconЛабораторна робота №1. Дослідження тертя у клемовому з’єднанні. Стислі теоретичні відомості
Рознімні з'єднанні, що застосовуються для закріплення на осях, валах, стояках, штангах різних пристроїв (важелів, рознімних муфт...
Лабораторна робота №4 дослідження імпульсних пристроїв на дискретних елементах І інтегральних мікросхемах (імс) iconЛабораторна робота Дослідження системи забезпечення ергономічної якості робочого місця людини-оператора
Яжкістю. В основу цієї класифікації покладений підхід, згідно якому організм людини-оператора як єдина цілісна система інтегрально...
Лабораторна робота №4 дослідження імпульсних пристроїв на дискретних елементах І інтегральних мікросхемах (імс) iconЛабораторна робота Дослідження системи забезпечення ергономічної якості робочого місця людини-оператора
Яжкістю. В основу цієї класифікації покладений підхід, згідно якому організм людини-оператора як єдина цілісна система інтегрально...
Лабораторна робота №4 дослідження імпульсних пристроїв на дискретних елементах І інтегральних мікросхемах (імс) iconЛабораторна робота №6 Дослідження дифракції Фраунгофера на одній щілині
Дослідження дифракції Фраунгофера І встановлення закономірності розподілу інтенсивності лазерного випромінювання в дифракційній картині...
Лабораторна робота №4 дослідження імпульсних пристроїв на дискретних елементах І інтегральних мікросхемах (імс) iconЛабораторна робота №7
Дослідження опору захисного заземлення та ізоляції струмоведучих частин електричних установок “
Лабораторна робота №4 дослідження імпульсних пристроїв на дискретних елементах І інтегральних мікросхемах (імс) iconКурс лекцій з дисципліни «Твердотіла електроніка» для студентів спеціальностей
Крім того, дана учбова дисципліна може розглядатись як база до вивчення основ мікроелектроніки і мікросхемотехніки з огляду на аналогію...
Лабораторна робота №4 дослідження імпульсних пристроїв на дискретних елементах І інтегральних мікросхемах (імс) iconДокументи
1. /ЛАБОРАТОРНА РОБОТА ь1.doc
2. /ЛАБОРАТОРНА...

Лабораторна робота №4 дослідження імпульсних пристроїв на дискретних елементах І інтегральних мікросхемах (імс) iconДокументи
1. /Лабораторн_ роботи гр. 721/Вх_дний контрол з ЛАБ. РОБ. Ф_ЗИКА.doc
2. /Лабораторн_...

Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи