Список используемой литературы

1 2

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ» МИНИСТЕРСТВА ПУТЕЙ СООБЩЕИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Кафедра «Радиотехника»

Исследование мультивибраторов

На логических элементах

Методические указания

К выполнению лабораторной работы

Санкт-Петербург

2005

I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы – изучение принципа действия автоколебательного и ждущего мультивибраторов, выполненных на логических элементах. Лабораторная работа выполняется при помощи программы моделирования Workbench EDA 5.0

2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Генератор одиночных импульсов (ждущий мультивибратор). Ждущий мультивибратор называют также одновибратором. Одновибраторы предназначены для изменения длительности входных импульсов.

Основу одновибраторов составляют интегрирующие или дифферинцирующие RC цепи.

Схема одновибратора приведена на рис. 1 а. Он выполнен на двух элементах логики типа 2И-НЕ, дифференцирующей RC цепи и охвачен петлей положительной обратной связи (выход второго элемента соединен с входом первого).

Рис. 1. Схема (а) и временные диаграммы (б) одновибраторов.

В исходном состоянии на выходе элемента Э2 имеется уровень “1”, а на выходе элемента Э1- “0”, так как на обоих его входах имеется “1”(запускающие импульсы представляют отрицательный перепад напряжения). При поступлении на вход запускающего отрицательного перепада напряжения на выходе первого элемента появится уровень “1”, т.е. положительный скачок, который через конденсатор С поступит на вход второго элемента. Элемент Э2 инвертирует этот сигнал и уровень “0” по цепи обратной связи подается на второй вход элемента Э1. На выходе элемента Э2 поддерживается уровень “0” до тех пор, пока не зарядится конденсатор С до уровня U_c_пор = U¹ - U_пор, а напряжение на резисторе R не достигнет порогового уровня U_пор (рис. 1, б).

Длительность выходного импульса одновибратора может быть определена с помощью выражения

где R_вых - выходное сопротивление первого элемента;

U_пор - пороговое напряжение логического элемента.

Несимметричный мультивибратор. На базе логических элементов можно построить различные генераторы импульсов. Наиболее широкое применение в цифровых устройствах нашли два типа - несимметричный и симметричный мультивибраторы. В несимметричном мультивибраторе (рис. 2, а) резистор R выводит в усилительный режим первый инвертор, а выходное напряжение этого инвертора должно удерживать в режиме усиления второй инвертор. Положительная обратная связь через конденсатор С вызовет мягкое (не нуждающееся в первоначальном толчке) самовозбуждение автоколебательного релаксационного процесса. Период Т импульсов, вырабатываемых мультивибратором, определяется в первом приближении постоянной времени t = RC (Т = а t, где а обычно имеет значение 1...2). Частоту следования импульсов можно оценить (с точностью до 10 %) из выражения f = 1/2RC.

Рис. 2. Схемы несимметричного (а) и симметричного (б) мультивибраторов.

Симметричный мультивибратор. Схема симметричного мультивибратора показана на рис. 2, б. Симметричность выходных импульсов может быть достигнута при выполнении условий: R1 = R2; C1 = C2. Период следования импульсов Т определяется как сумма двух времен заряда конденсаторов, т.е.

Т = t_зар1 + t_зар2,

где t_зар1 = t₁ ln(U¹/U_пор); t_зар2 = t₂ln(U¹/U_пор).

Значения t₁ и t₂ определяются с учетом выходных сопротивлений инверторов R_вых_Э1, R_вых_Э2

t₁= С₁ (R₂ + R_вых_Э1)

t₂= С₂ (R₁ + R_вых_Э2).

Частота следования выходных импульсов симметричного мультивибратора определяется из соотношения:

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Работа выполняется математическим моделированием при помощи программы EWB 5.0 или на универсальном стенде. Для загрузки схемы симметричного автоколебательного мультивибратора (АМ) используется файл 11-1.ewb, ждущего мультивибратора (ЖМ) файл 11-2.ewb, которые находятся в каталоге 11.

Схемы АМ и ЖМ, приведены на рис.3 и 4 соответственно. Здесь используются интегральные микросхемы серии 7408, состоящие из 4-х ячеек 2И-НЕ. Входы обозначаются буквами А и В, выход – Y. Цифра перед буквой - номер логической ячейки в микросхеме.

Рис. 3.

Рис. 4.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1. Исследование автоколебательного мультивибратора

Загрузить схему из файла 11-1.ewb. Подключить входы двухканального осциллографа к выходам ИМС (Y1 и Y4). Установить емкость конденсаторов С1 = С2 равной 0,5 мкФ. Запустить процесс моделирования.

Измерить период (T) и длительность импульсов (t_имп₎ в на выходе ИМС (Y4) для следующих значений емкостей С1 = С2: 0,5 мкФ; 0,1 мкФ; 0,05 мкФ; 0,01 мкФ и 1 нФ. Данные занести в таблицу 1.

Таблица 1

N п/п	I	2	3	4	5
Конденсаторы C1=C2 •	0,5 мкФ	0,1 мкФ	0,05 мкФ	0,01 мкФ	1 нФ
Т, (опыт)
t_имп, (опыт)
Т, (расчет)

Зарисовать следующие осциллограммы (одна под другой), соблюдая масштаб времени: на выходах Y1, Y4; и входах А1, А4.

4.2. Исследование ждущего мультивибратора

Загрузить схему из файла 11-1.ewb (рис. 4). Подать от генератора импульсов на входы 1А и 1В последовательность положительных импульсов с амплитудой 2,5 В и частотой 1 кГц, имеющих скважность (duty cycle) 50 %. Используя переключатель “S” снять осциллограммы в точках 1А, 2В и 2Y для значений конденсатора С11: 50 нФ, 150 нФ и 300 нФ. Измерять длительность выходного импульса на выходе 2Y.

5. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛА И СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать схемы исследуемых мультивибраторов.

По пункту 4.1 привести временные диаграммы и таблицу, в которой приведен расчет периода импульсной последовательности по формулам, приведенным в разделе 2.

По пункту 4.2 поместить в отчете данные измерения и расчета периода длительности импульсов.

Диаграммы должны быть расположены одна под другой и согласованы по времени.

При выполнении расчетов учитывать, что ИMС серии 7408 имеют R_вых = 0,25 кОм. Уровни логической единицы u¹ и логического нуля u⁰ при выполнении лабораторной работы составляют соответственно 2,6 и 0,4 В, U_пор = 1,4 В.