Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: UKŁADY ELEKTRONICZNE (TZA500 0) UKŁADY FORMOWANIA IMPULSÓW BIAŁYSTOK 00
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.
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.
. 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.
. 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
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 00-000 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.
. 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