Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Legnicy Laboratorium Podstaw Elektroniki i Miernictwa Ćwiczenie nr 18 BADANIE UKŁADÓW CZASOWYCH
A. Cel ćwiczenia. - Zapoznanie z działaniem i przeznaczeniem przerzutników monostabilnych i astabilnych - Poznanie scalonych przerzutników 74121 i 74122. - Zapoznanie z uniwersalnym układem przerzutnika scalonego 555 oraz trybami jego pracy. Zasada pracy układów generujących impulsy o zadanym czasie trwania wykorzystuje procesy ładowania i rozładowania kondensatora w obwodzie z rezystorem. W układach zbudowanych na bazie scalonych przerzutników elementy RC mogą znajdować się wewnątrz lub na zewnętrz układu scalonego co pozwala dobrać tryb pracy oraz parametry czasowe układu. B. Część badawcza. 1. Badanie działania monoflopu z układem 74122 Układ po wyzwoleniu generuje impuls o czasie trwania zależnym od parametrów przyłączonych elementów RC: T = 0,32 R x C x (1+0,7/R x ) gdzie czas T w µs, rezystancja R x w kω, zaś pojemność C x w nf. Kondensator C x powinien mieć pojemność większą o 1 nf. Układ pracuje z podtrzymaniem, tzn. jeśli w czasie trwania impulsu pojawi się impuls wyzwalający to czas trwania impulsu się przedłuży. Możliwe jest wyzwalanie zboczem dodatnim lub ujemnym, a także przerwanie impulsu w dowolnym momencie przez podanie sygnału na wejście ~C D. 2
Sposób przeprowadzenia pomiarów Rys.1. Schemat z układem scalonym 74122. Połączyć układ pomiarowy. Wybrać tryb wyzwalania oscyloskopu tak, by móc zaobserwować pojedynczy przebieg. Wyzwalanie zboczem narastającym przebiegu. Ustawić podstawę czasu oscyloskopu tak, by impuls wypełniał w przybliżeniu połowę ekranu (500µs/dz). Ustawić wejścia sterujące następująco: A=0, B=0, C=1, E=1. Na wejście D podać impuls wyzwalający. Pobudzić monoflop pojedynczym impulsem. Zaobserwować za pomocą oscyloskopu odpowiedź układu i zmierzyć czas trwania impulsu. Ustawić oscyloskop w tryb pracy automatycznej. Skalę podstawy czasu ustawić tak, by generowany impuls zajmował na ekranie w przybliżeniu 1 działkę (2 ms/dz). Na wejście układu podać przebieg wyzwalający o częstotliwości 1 khz. Zarejestrować przebieg wyjściowy. Zmniejszyć częstotliwość przebiegu wyzwalającego tak, by na wyjściu pojawiał się stan niski. Zarejestrować częstotliwość przy której to nastąpiło. Ustawić częstotliwość generatora tak by na wyjściu zaobserwować falę prostokątną o wypełnieniu ok. 50%. o Zmienić stan C D na 0V. Co się stało? o Przywrócić na C D stan +5V, Przyłączyć B 1 do 0V. Jaki jest efekt? o Przywrócić na B 1 stan +5V, przyłączyć A 1 na +5V. Co się stało? o Przyłączyć +5V na A 2. Co się stało? 3
2. Badanie działania monoflopu z układem 74121 Wyzwalanie następuje podobnie jak w układzie 74122 przy czym po wyzwoleniu wewnętrzny przerzutnik w pętli sprzężenia zwrotnego blokuje wejścia uniemożliwiając podtrzymanie (przedłużenie) impulsu. Układ po wyzwoleniu generuje impuls o czasie trwania zależnym od parametrów przyłączonych elementów RC: T = 0,69 R x C x gdzie czas T w µs, rezystancja R x w kω, zaś pojemność C x w nf. Sposób przeprowadzenia pomiarów Rys.2. Badanie układu monoflopu 74121. Połączyć układ pomiarowy. Wybrać tryb wyzwalania oscyloskopu tak, by móc zaobserwować pojedynczy przebieg. Wyzwalanie zboczem narastającym przebiegu. Ustawić podstawę czasu oscyloskopu tak, by impuls wypełniał w przybliżeniu połowę ekranu (200µs/dz). Pobudzić monoflop pojedynczym impulsem. Zaobserwować za pomocą oscyloskopu odpowiedź układu i zmierzyć czas trwania impulsu. Ustawić oscyloskop w tryb pracy automatycznej. Skalę podstawy czasu ustawić tak, by generowany impuls zajmował na ekranie w przybliżeniu 1 działkę. Na wejście układu podać przebieg wyzwalający o częstotliwości 2 khz. Zarejestrować przebieg wyjściowy. Czy przebieg wyjściowy jest podtrzymywany? Zmienić częstotliwość impulsów wyzwalających tak, by uzyskać przebieg o wypełnieniu 50%. Przy jakiej częstotliwości to nastąpi? 4
3. Badanie układu 555 Układ 555 nie jest układem TTL i może pracować w zakresie napięć do 18 V. Pozwala na pracę w trybie astabilnym i monostabilnym, zakres rezystancji zewnętrznej zwiększono do 2,7 MΩ (w poprzednich przerzutnikach do 40 kω) i umożliwia pobór większych prądów. W trybie monostabilnym czas trwania impulsu jest określony przez elementy R i C: T = 1,1 R C gdzie czas T w s, rezystancja R w Ω, zaś pojemność C w F. 5
W trybie astabilnym układ sam się wyzwala. Użyte są dwa rezystory R A i R B, przez które kondensator C ładowany jest do napięcia 2/3 U cc, a następnie rozładowywany przez R B do napięcia równego 1/3 U cc. Czas ładowania określony jest wzorem T 1 = 0,693 (R A + R B ) C zaś rozładowania T 2 = 0,693 (R B ) C Zatem czas trwania cyklu wynosi T = T 1 + T 2 = 0,693 (R A + 2R B ) C 6
Przebieg pomiarów: Tryb pracy monostabilnej Rys. 3. Schemat pracy układu 555 w trybie monoflopu. Sposób przeprowadzenia pomiarów Korzystając z odpowiednich wzorów obliczyć czas trwania impulsu monoflopu dla wartości elementów R = 10 kω i C = 36 nf, a następnie dla R = 20 kω i C = 1 µf. Połączyć układ pomiarowy wg rys. 3. Zarejestrować przebiegi na wyjściu układu (R L ) oraz na kondensatorze. Powtórzyć pomiary dla drugiego zestawu elementów RC. 7
Tryb pracy astabilnej Sposób przeprowadzenia pomiarów Rys. 4. Schemat pracy układu 555 w trybie astabilnym. Korzystając z odpowiednich wzorów obliczyć częstotliwość przebiegu generowanego przez przerzutnik astabilny. Połączyć układ pomiarowy wg rys. 4. Zarejestrować przebiegi na wyjściu układu (R L ) oraz na kondensatorze. C. Wyposażenie. Elementy układu: Zestaw laboratoryjny ETS-5000 + LT-1000 Sprzęt pomiarowy: Oscyloskop dwukanałowy...szt. 1 Multimetr cyfrowy..szt. 2 Źródło zasilania: Zasilacz...szt. 1 Generator funkcyjny...szt. 1 Akcesoria: Płyta montażowa...szt. 1 Komplet przewodów...szt. 1 8