Instrukcja UKŁADY ELEKTRONICZNE 2 (TZ1A )

Transkrypt

1 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: UKŁADY ELEKTRONICZNE (TZA500 0) UKŁADY FORMOWANIA IMPULSÓW BIAŁYSTOK 00

2 UKŁADY FORMOWANIA IMPULSÓW. WPROWADZENIE Tematem ćwiczenia jest badanie kilku podstawowych aplikacji układów formowania impulsów. Układy formowania zbudowane zostały przy uŝyciu wzmacniaczy operacyjnych oraz komparatorów. W elektronice zarówno analogowej jak i cyfrowej często zachodzi konieczność kształtowania i generacji róŝnych przebiegów. Ćwiczący ma moŝliwość zapoznania się z kilkoma układami formowani impulsów. Ćwiczący moŝe równieŝ samodzielnie zbudować układ całkujący lub róŝniczkujący oraz bardziej skomplikowany układ formowania.. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO Celem ćwiczenia jest zbadanie elementarnych układów przekształcających sygnały oraz zbudowanie i zbadanie układów funkcjonalnych składających się z układów elementarnych.. METODYKA BADAŃ a) opis stanowiska badawczego GND -V R k D UKŁADY FORMOWANIA IMPULSÓW DETEKTOR PRZEJŚCIA NAPIĘCIA PRZEZ ZERO -V R R,k,k R D 0k US A LM 9 A PROSTOWNIK DWUPOŁÓWKOWY UKŁAD CAŁKUJĄCY UKŁAD RÓśNICZKUJĄCY LM9 5 US LM R 0k US B LM 9 B KOMPARATOR Z HISTEREZĄ -V R9 0k R,k C 00n US5 P 0k LM US LM LM P,k -V R0 0 C 00n LM R,k UKŁAD GENERUJĄCY NAPIĘCIE PIŁOKSZTAŁTNE C 0n T BF5 R5 0k D -V PRZERZUTNIK MONOSTABILNY TL0 P 00k C Vcc (+)TRI (-)TRI AST C RC CD0 CD0 AST CLR -V R OSC REtri Vss 5 9 US TL0 0 R US t =, R C t OSC =, R C Rys. Widok makiety do przeprowadzania ćwiczenia.. Uwagi ogólne. Ćwiczenie Układy formowania impulsów wykonywane jest przy pomocy makiety przedstawionej na rys.. Makieta powinna być zasilana napięciem symetrycznym +/ V. Trzy przewody zasilające naleŝy doprowadzić z zewnętrznego zasilacza do gniazd bananowych oznaczonych, GND, V.

3 UWAGA: Doprowadzenie do makiety większych napięć zasilających niŝ +/ V, lub zamiana polaryzacji tych napięć moŝe doprowadzić do uszkodzenia makiety. Ćwiczący ma moŝliwość łączenia róŝnych konfiguracji układu badanego za pomocą przewodów o róŝnej długości zakończonych małymi wtykami bananowymi. Generalnie na makiecie została przyjęta zasada, Ŝe gniazda połączone do wejść układów oznaczone są kolorem Ŝółtym, a gniazda dołączone do wyjść układów mają kolor zielony. Kolorem czerwonym oznaczony jest plus zasilania (), kolorem niebieskim minus ( V). Masa układu oznaczona jest kolorem czarnym. Makieta ćwiczenia zawiera następujące bloki: detektor przejścia napięcia przez zero, układ generujący napięcie piłokształtne, prostownik dwupołówkowy, komparator z histerezą, przerzutnik monostabilny, układ całkujący (lub róŝniczkujący).. Układ całkujący (lub róŝniczkujący). UKŁAD CAŁKUJĄCY UKŁAD RÓśNICZKUJĄCY Ćwiczący ma moŝliwość zbudowania prostego układu całkującego lub róŝniczkującego. W zaleŝności od typu układu w odpowiednich podstawkach naleŝy umieścić wymienne rezystory i kondensatory. Zestaw elementów RC dostępny jest w laboratorium. Rys.. Układ całkujący (lub róŝniczkujący).. Prostownik dwupołówkowy. PROSTOWNIK DWUPOŁÓWKOWY Prostownik dwupołówkowy słuŝy do wyprostowania sygnału sinusoidalnego doprowadzonego z zewnętrznego generatora. Rys.. Prostownik dwupołówkowy.

4 . Detektor przejścia napięcia przez zero. Detektor przejścia napięcia przez zero zbudowany został przy uŝyciu dwóch komparatorów umieszczonych w układzie scalonym LM 9. Pierwszy z komparatorów porównuje napięcie wejściowe ze stałym napięciem około 0, V. (a więc napięciem progowym DETEKTOR PRZEJŚCIA NAPIĘCIA PRZEZ ZERO diody D). Drugi z LM9 komparatorów słuŝy do R odwrócenia w fazie przebiegu k R R wyjściowego z pierwszego,k,k komparatora. D -V US A LM 9 A 5 US B LM 9 B Rys.. Detektor przejścia napięcia przez zero. 5. Układ generujący napięcie piłokształtne. Układ generujący napięcie piłokształtne opiera się o wtórnik napięciowy zbudowany przy uŝyciu wzmacniacza operacyjnego TL0 oraz źródła prądowego wykonanego na tranzystorze polowym BF5. UKŁAD GENERUJĄCY NAPIĘCIE PIŁOKSZTAŁTNE Zasada działania układu polega na rozładowywaniu TL0 kondensatora C stałym prądem źródła R US prądowego. Nachylenie D 0k TL0 zbocza opadającego C 0n -V T BF5 R5 0k D P 00k -V zaleŝy od szybkości rozładowywania pojemności, a w tym układzie od nastawy potencjometru P. Rys. 5. Układ generujący napięcie piłokształtne.

5 . Komparator z histerezą. Komparator z histerezą wykonany został przy uŝyciu dwóch komparatorów LM. US LM R 0k KOMPARATOR Z HISTEREZĄ -V R9 0k R,k LM P 0k US LM -V LM R,k Pierwszy z komparatorów porównuje napięcie wejściowe ze stałym napięciem pochodzącym z wyjścia stabilizatora LM. Drugi z komparatorów słuŝy do odwrócenia w fazie przebiegu wyjściowego z pierwszego komparatora oraz dopasowania poziomów napięć do poziomów zgodnych ze standardem CMOS. Potencjometr P słuŝy do ustawiania szerokości histerezy, a potencjometr P do ustawiania wartości napięcia na wyjściu stabilizatora LM. wejściowego. Stosować go naleŝy w przypadkach gdy pojawi się trudność z precyzyjnym ustawieniem wartości napięć wejściowych. C 00n US5 LM P,k R0 0 C 00n Rys.. Komparator z histerezą.. Przerzutnik monostabilny. Przerzutnik monostabilny wykonany przy uŝyciu układu CMOS CD0 umoŝliwia formowanie impulsów o określonym PRZERZUTNIK MONOSTABILNY (+)TRI C Vcc AST C CD0 RC R 0 CD0 (-)TRI OSC AST CLR REtri Vss 5 9 R US t =, R C t OSC =, R C czasie trwania. Czas trwania impulsu na wyjściu przerzutnika zaleŝy od wartości elementów zewnętrznych C i R. Elementy te dobierają ćwiczący. Układ przerzutnika posiada moŝliwość wyzwalania zarówno narastającym jak i opadającym zboczem sygnału wejściowego. Regulowane źródło napięciowe wykonane zostało przy pomocy źródła napięcia odniesienia TL. Źródło napięciowe w układzie wzmacniacza róŝnicowego słuŝy do zadawania napięć wejściowych przy pomiarach wzmocnień róŝnicowego i sumacyjnego. Rys.. Przerzutnik monostabilny. 5

6 b) przebieg realizacji eksperymentu. Badanie układu całkującego i róŝniczkującego. NaleŜy zdjąć oscylogramy sygnałów wyjściowych układu róŝniczkującego i całkującego przy pobudzaniu impulsem prostokątnym o dodatniej polaryzacji. Częstotliwość impulsów kh, wypełnienie /. Układy zbadać przy trzech wartościach stałych czasowych ~ 0, T, T, 0T. (T - okres impulsów).. Badanie ogranicznika na diodzie Zenera. Zmontować układ ogranicznika na diodzie Zenera. Na wejście podać przebieg sinusoidalny i trójkątny. Zdjąć oscylogramy.. Układ generujący impulsy o regulowanym przesunięciu względem przejścia przez zero napięcia sieci. Korzystając z układów elementarnych zawartych w makiecie zbudować układ na wyjściu którego otrzymujemy impulsy o regulowanym przesunięciu względem przejścia przez zero napięcia sieci. Wykorzystać kolejno operacje: a) formowania impulsów związanych z przejściem przez zero napięcia sieci, b) generację napięcia piłokształtnego z impulsów otrzymywanych w poprzednim układzie, c) porównywania - przy pomocy komparatora z histerezą - napięcia piłokształtnego z napięciem zadawanym z wyjścia układu LM. d) wyzwalania odpowiednim zboczem sygnału wyjściowego z komparatora układu uniwibratora Elementy wymienne i regulacyjne dobrać tak aby uzyskać maksymalny zakres przesuwania impulsów. Zdjąć zaleŝność przesuwania impulsu wyjściowego od napięcia sterującego. Określić nieliniowość przetwarzania.. Badanie układu częstotliwościomierza. Sygnał sinusoidalny w zakresie Hz podać następującym operacjom: a) formowanie impulsów prostokatnych b) róŝniczkowanie c) wyzwalanie uniwibratora d) całkowanie z duŝą e) stałą czasową Zdjąć charakterystykę wartości napięcia wyjściowego od częstotliwości napięcia wejściowego. Określić nieliniowość przetwarzania. Sporządzić odpowiednie wykresy. c) prezentacja i analiza wyników badań W ćwiczeniu naleŝy zdjąć i przerysować (lub przesłać do komputera niezbędne oscylogramy). Wszystkie oscylogramy naleŝy opisać (wielkości mierzone, wartości, jednostki). Wyniki otrzymane z ćwiczenia naleŝy porównać z obliczeniami teoretycznymi. Na oscylogramach naleŝy nanieść przebiegi teoretyczne oraz styczne otrzymane z obliczeń.

7 . Wymagania BHP 5. Sprawozdanie studenckie. Sprawozdanie powinno zawierać: schematy ideowe i blokowe układów badanych wyniki pomiarowe i przerysowywane charakterystyki obliczenia wstępne i końcowe wnioski bezpośrednio dotyczące otrzymanych wyników pomiarowych. Literatura. Filipkowski A., Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe. Warszawa 00.. Nosal Z., Baranowski J., Układy elektroniczne cz. I. /Układy analogowe i liniowe/ Warszawa 00.. Horowitz P., Hill W. Sztuka elektroniki cz. I. Warszawa 99.. Materiały katalogowe firm: Texas Instruments National Semiconductor Philips Opracował: mgr inŝ. Jarosław Boksz