|
|
КУРСАК. Лабораторная работа 1 Исследование ключей на транзисторах
Преподаватель Большаков А.П.
Лабораторная работа №1
Исследование ключей на транзисторах
Цель работы: исследовать ключ на биполярном транзисторе и эмиттерный повторитель при воздействии на них импульсного сигнала.
Теоретическая часть
Ключ коммутирует (включает и выключает) участки электрической цепи. Его действие основано на том, что во включенном состоянии он обладает очень малым, а в выключенном — весьма большим сопротивлением. Ключ устанавливается последовательно с коммутируемым участком цепи (нагрузкой) или параллельно ему.
Рис. 1. Параллельный транзисторный ключ на биполярном транзисторе
От биполярных МДП-транзисторы выгодно отличаются весьма большим входным сопротивлением по постоянному току и меньшей площадью, занимаемой на подложке при интегральном исполнении.
Рис. 2. Параллельный транзисторный ключ на полевом транзисторе
Рис. 3. Транзисторный ключ на полевом транзисторе
Основными параметрами транзисторного ключа являются сопротивления во включенном и выключенном состояниях, остаточное напряжение на ключе и быстродействие, определяемое временем переключения.
Порядок выполнения работы
Поставить тумблер S1 в нижнее положение, схема превращается в транзисторный ключ.
На вход ключа подать генератором сигналов низкочастотным Г3-36А прямоугольный сигнал с частотой f=1000 Гц и амплитудой U=1 В. Зарисовать входной сигнал.
Снять осциллограмму выходного сигнала – гнезда КТ2-КТ3. Зарисовать временную диаграмму в одном масштабе со входным импульсом.
Найти амплитуду выходного импульса Um, длительность импульса tи, длительность фронта tфи длительность срезаtср.
Поставить тумблер S1 в верхнее положение, схема превращается в эмиттерный повторитель.
Снять осциллограмму выходного сигнала – гнезда КТ3-КТ5. Зарисовать временную диаграмму в одном масштабе со входным импульсом.
Найти амплитуду выходного импульса Um, длительность импульса tи, длительность фронта tфи длительность срезаtср.
Сравнить снятые сигналы с теоретически изученными. Сделать выводы.
Контрольные вопросы
Дать определение эмиттерного повторителя.
Для чего применяется эмиттерный повторитель?
Что происходит при воздействии импульсного сигнала на эмиттерный повторитель? Как с этим бороться?
Дать определение транзисторного ключа. Для чего он применяется?
По какому пути идет ток в случае открывания/закрывания транзистора в параллельном/последовательном ключе на биполярном транзисторе? Какое в каждом случае напряжение на нагрузке?
Что происходит при воздействии импульсного сигнала на ключ?
Перечислить разновидности ключей на биполярных транзисторах и дать каждому краткую характеристику.
В чем преимущества ключей на полевых транзисторах перед биполярными?
По какому пути идет ток в случае открывания/закрывания транзистора в ключе на полевом транзисторе? Какое в каждом случае напряжение на нагрузке?
Лабораторная работа №2
Исследование дифференцирующей и интегрирующей цепи
Цель работы: провести исследование RC цепи при подаваемом прямоугольном сигнале и различных постоянных времени цепей.
Порядок выполнения работы
Подать с генератора сигналов низкочастотного Г3-36 прямоугольный сигнал с частотой f=1000 Гц и амплитудой U=1 В. Для этого выход х1 генератора Г3-36 подключить к гнезду КТ1, в заземление Г3-36 – к гнезду КТ4.
Зарисовать входной сигнал. Установить переключатель в положение 1 и снять осциллограммы с резистора R и конденсатора C1. Для этого подключить осциллограф к гнездам КТ5-КТ6 (R) и КТ1-КТ5 (С). Полученные три временные диаграммы (UВХ, URиUC1) должны быть расположены друг под другом и иметь одинаковый масштаб.
Поставить переключатель в положение 2 и повторить п. 2 для цепи R-C2 (нарисовать три временные диаграммы UВХ, URиUC2).
Поставить переключатель в положение 3 и повторить п. 2 для цепи R-C3 C2 (нарисовать три временные диаграммы UВХ, URиUC3).
Классифицировать каждую цепь по форме импульсов.
Провести сравнение постоянных времени τ цепей с длительностью импульса tи. Сделать выводы.
Контрольные вопросы
Дать определение дифференцирующей RC цепи.
Рассказать принцип действия дифференцирующей RC цепи.
Для чего применяется дифференцирующая RC цепь?
Написать вывод формулы напряжения на резисторе дифференцирующей цепи(UR).
Дать определение интегрирующей RC цепи.
Рассказать принцип действия интегрирующей RC цепи.
Для чего применяется интегрирующая RC цепь?
Написать зависимость выходного напряжения от входного в интегрирующей цепи.
Какой набор временных диаграмм в отчете относится к дифференцирующей/переходной/интегрирующей цепочке и почему?
Почему зависимость напряжения от времени на конденсаторе в интегрирующей цепи смещается вверх? Есть ли предел этому смещению?
В чем преимущество RC цепи перед RL цепью?
Лабораторная работа №3
Исследование ограничителей амплитуды
Цель работы: исследовать диодный ограничитель амплитуды при нулевом и ненулевом уровнях ограничения.
Порядок выполнения работы
Подать с генератора сигналов низкочастотного Г3-36 синусоидальный сигнал с частотой f=1000 Гц и амплитудой U=1 В. Для этого выход х1 генератора Г3-36 подключить к гнезду КТ1, в заземление Г3-36 – к гнезду КТ2.
Снять осциллограмму входного сигнала, выходного сигнала с КТ3-КТ4 при максимальном ограничении и при минимальном ограничении (UВХ, Uогр. max, Uогр. min). Найти порог ограничения Uогр. при ненулевом уровне ограничения.
Сделать выводы о характере ограничения при различном напряжении смещения.
Контрольные вопросы
Дать определение ограничителей амплитуды.
Для чего применяются ограничители амплитуды? Проиллюстрировать временными диаграммами
Каким образом обеспечивается нулевой порог ограничения?
Каким образом обеспечивается ненулевой порог ограничения?
Каким образом обеспечивается двухстороннее ограничение?
Чем последовательный ограничитель отличается от параллельного?
Как выбирают номиналы элементов параллельного диодного ограничителя с нулевым порогом ограничения и почему?
Почему схема любого ограничителя амплитуды должна содержать нелинейный элемент?
В чем преимущество усилителя-ограничителя перед ограничителем?
Лабораторная работа №4
Исследование мультивибратора
Автоколебательный мультивибратор на дискретных элементах
Действие мультивибратора основано на следующих положениях. Прямоугольные импульсы формируются на коллекторе транзистора: плоская вершина – когда транзистор заперт и его коллектор имеет относительно высокий (по абсолютному значению) потенциал; пауза между импульсами — когда транзистор насыщен и потенциал его коллектора мал. Длительности указанных состояний транзистора определяются напряжениями на конденсаторах схемы, которые имеют возможность периодически заряжаться и разряжаться. Крутые фронты импульса обеспечиваются лавинообразным переходом транзистора из одного состояния в другое за счет положительной обратной связи и усилительных свойств транзисторов в схеме; их совместное действие приводит к тому, что каждое последующее приращение потенциала на электроде транзистора совпадает по знаку с предыдущим приращением и превышает его по значению.
Рис. 4. Пример схемы мультивибратора на дискретных элементах
Цель работы: изучить генерацию прямоугольных импульсов мультивибратором на логических элементах при изменении параметров схемы мультивибратора.
Порядок выполнения работы
Подключить осциллограф к гнезду КТ1. Резистором R1 установить генерацию прямоугольных импульсов
Регулируя длительность импульсов резистором R2, найти минимальную и максимальную частоту генерации мультивибратора. Зарисовать временную диаграмму сигналов при этих частотах. Для обоих сигналов найти период Т и амплитуду импульсов Um. Вычислить частоту генерируемых импульсов. Сделать выводы.
Контрольные вопросы
Дать определение автоколебательного мультивибратора. Для чего он применяется?
Описать стадии формирования импульса в автоколебательном мультивибраторе.
Показать цепь положительной обратной связи (ПОС) на схеме мультивибратора на дискретных элементах
Рассказать про длительность импульса и паузы у несимметричного и симметричного мультивибратора на дискретных элементах, привести формулы.
Для чего в схеме транзисторного мультивибраторы применяются конденсаторы С1 и С2?
В чем преимущество мультивибратора с корректирующими диодами?
Дать определение ждущего мультивибратора. Для чего он применяется?
Рассказать про режим синхронизации в мультивибраторе.
Рассказать про режим деления частоты в мультивибраторе.
Для чего служат диоды в интегральном мультивибраторе?
В чем преимущества мультивибраторов на логических элементах и операционных усилителях над мультивибраторами на дискретных элементах?
Лабораторная работа №5
Исследование блокинг-генератора
Цель работы: изучить генерацию сигналов блокинг-генератором на дискретных элементах.
Порядок выполнения работы
Снять осциллограммы трех сигналов: на коллекторе транзистора – гнездо КТ1, на конденсаторе – гнездо КТ4 (при этом второй щуп осциллографа подсоединить к земле) и сигнал на обмотке (гнезда КТ2-КТ3). Зарисовать полученные временные диаграммы.
Сделать выводы о форме сигналов.
Контрольные вопросы
Дать определение автоколебательного блокинг-генератора.
Описать стадии формирования импульса в автоколебательном блокинг-генераторе.
Показать цепь положительной обратной связи (ПОС) на схеме автоколебательного блокинг-генератора
Дать определение ждущего блокинг-генератора.
Рассказать про режим синхронизации в блокинг-генераторе.
Рассказать про режим деления частоты в блокинг-генераторе.
В чем преимущества блокинг-генераторов на интегральных микросхемах? В чем недостатки?
В чем сходства и различия блокинг-генераторов и мультивибраторов?
Лабораторная работа №6
Исследование генератора линейно изменяющегося напряжения
Цель работы: исследовать линейность сигналов на ГЛИН при подаче на его вход прямоугольных импульсов и изменении параметров ГЛИН.
Теоретическая часть
При невысоких требованиях к линейности напряжения специальных мер для стабилизации тока конденсатора не принимают, имея в виду, что в начале зарядки (разрядки) он меняется мало.
Линейность напряжения на конденсаторе в начале зарядки иллюстрирует рисунок, где начальный, относительно линейный, участок экспоненты соответствует переднему фронту формируемого пилообразного импульса. Аналогично мало меняется ток в начале разрядки конденсатора, в ходе которой может быть сформировано линейно спадающее напряжение.
Схема ГЛИН, в которых не предусмотрена стабилизация тока конденсатора, изображена на рис. 2. Она представляет собой интегрирующую RC-цепь, дополненную транзисторным ключом, переключающим конденсатор с зарядки на разрядку и обратно.
Рис. 5. Пример схемы ГЛИН
Порядок выполнения работы
Подать с генератора сигналов низкочастотного Г3-36 прямоугольный сигнал с частотой f=1000 Гц и амплитудой U=1 В на вход ГЛИН.
Снять осциллограмму входного сигнала, выходных сигналов с конденсатора С при положении резистора R3 на минимуме и максимуме. Зарисовать полученные временные диаграммы. Найти максимальные напряжения сигнала.
Сделать вывод о линейности полученного сигнала в одном случае и нелинейности в другом. Объяснить полученный результат.
Контрольные вопросы
Дать определение генератора линейно изменяющегося напряжения.
Описать принцип работы ГЛИН.
Варианты применения ГЛИН?
Для чего используется стабилизация тока конденсатора в ГЛИН?
Дать определение генератора линейно изменяющегося тока.
Для чего нужна компенсация в ГЛИН, как она влияет на выходное напряжение?
Для чего в схеме ГЛИН элементы R, C, VT1, VT2?
Нарисовать сигнал на выходе ГЛИН при tИ << и tИ= .
Описать принцип работы ГЛИТ.
Для чего применяется ГЛИТ?
Лабораторная работа №7
Исследование интегральных триггеров
Цель работы: исследовать деление частоты D-триггером К155ТН2
Порядок выполнения работы
Подать с генератора сигналов низкочастотного Г3-36 синусоидальный сигнал с частотой f=1000 Гц и амплитудой U=5 В. Для этого выход х1 генератора Г3-36 подключить к гнезду КТ1, в заземление Г3-36 – к гнезду КТ4.
Снять осциллограмму входного сигнала и сигналов с гнезд КТ2, КТ3, КТ4, КТ5: UВХ, UКТ2, UКТ3, UКТ4, UКТ5.
Найти частоты выходных сигналов.
Сделать выводы по полученным результатам.
Контрольные вопросы
Дать определение триггера.
Варианты применения триггеров.
Как производится запуск транзисторных триггеров? Какие бывают виду запуска?
Какой триггер наилучшим образом подходит для деления частоты/формирования прямоугольного импульса/запоминания информации и почему
Кратко описать интегральный триггер RS / RSC / двухступенчатый RSC / T / D / двухступенчатый D /JK / триггер Шмитта, нарисовать схему и временную диаграмму работы.
Для чего предназначен синхронизирующий вход триггеров? Начертить схему RSC-триггера и его временную диаграмму.
Начертить схему двухступенчатого RSC-триггера и показать прохождение сигналов от входа к выходу для двух поступивших синхроимпульсов.
Перечислить виды триггеров и дать каждому краткую характеристику.
В чем сходства и различия триггеров и мультивибраторов?
Требования к оформлению
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
Фамилия И.О. и группа выполняющего работу
Номер и название работы
Цель работы
Схема исследуемого устройства
Параметры сигнала, подаваемого на вход устройства (если он есть) и его временная диаграмма
Результаты измерений: измеренные параметры, временные диаграммы
Расчеты в случае, если они нужны
Вывод, содержащий анализ проделанной работы
В случае, если должно быть произведено сравнение по фазе и амплитуде входных и выходных сигналов (или выходных сигналов друг с другом), их временные диаграммы должны располагаться друг под другом и быть вычерчены в одном масштабе (амплитуда и время на одной диаграмме должно соответствовать амплитуде и времени на другой диаграмме)
Литература
1. Браммер Ю.А., Пашук И.Н. Импульсные и цифровые устройства. М.: Высш. шк., 2003 |
|
|
Скачать 269.5 Kb.