Порядок выполнения экспериментов

· Соберите цепь двухпорогового компаратора (рис. 313.1 и 3.13.4). Резистор 1 кОм и диод на входе компаратора служат для исключения подачи отрицательного напряжения на вход.

· Включите блок генераторов напряжений и осциллограф. Установите на выходе генератора напряжений специальной формы треугольное напряжение максимальной амплитуды частотой, например, 1 кГц.

· Получите на осциллографе примерно 1 период входного и выходного напряжений и перерисуйте осциллограмму на рис. 3.13.7а.

· Включите режим Х-Y осциллографа и перерисуйте передаточную характеристику компаратора на рис. 3.13.7б. Укажите масштабы по осям и определите пороговые напряжения компаратора U₁ и U₂.

· Соберите цепь автоколебательного мультивибратора (рис. 3.13.2 и 3.13.5).

· Настройте осциллограф и перерисуйте кривые напряжений на конденсаторе и на выходе схемы (рис. 3.13.8).

· Определите по осциллограмме период колебаний (Т_{эксперим})и сравните его с рассчитанным значением (Т_расч).

· Измените цепь для получения широтно-импульсного модулятора (рис. 3.13.3 и 3.13.6). Диод в цепи управления установлен для исключения подачи отрицательного напряжения на вход.

· Включите блок генераторов напряжения и настройте осциллограф.

· Изменяя напряжение в цепи согласно табл. 3.13.1 измеряйте с помощью осциллографа длительности импульса, паузы и периода и записывайте значения в таблицу.

· Рассчитайте частоту, скважность, и на рис. 3.13.9 постройте графики g(U_у) и f(U_у).

Таблица 3.13.1

Рис. 3.13.4

Рис. 3.13.5

Рис. 3.13.6

Рис. 3.13.7

Рис. 3.13.8

Рис. 3.13.9

3.14. Исследование аналогового таймера на интегральной микросхеме
в автоколебательном и ждущем режимах

Общие сведения

Таймерами называют устройства для точного задания временных интервалов. По количеству областей применения они могут конкурировать с компараторами, триггерами и даже с операционными усилителями. В данной работе используется аналоговый таймер на интегральной микросхеме NE555. Его типовая схема включения для ждущего режима вместе с функциональной внутренней схемой и представлена на рис.3.14.1а.

Рис.3.14.1

Основой таймера является двухпороговый компаратор и триггер. Один из входов каждого компаратора подключён к делителю напряжения из трёх одинаковых резисторов R. Два пороговых напряжения компаратора составляют 2U_пит/3 и U_пит/3. Триггер управляет двухтактным выходным каскадом на транзисторах VT1 и VT2. Кроме того, инверсный вход триггера управляет разрядным ключом на транзисторе VT3. Триггер имеет вход «Сброс». При наличии на входе «Сброс» сигнала низкого уровня, на выходе таймера устанавливается также низкий уровень независимо от сигнала на входах триггера (таймер заблокирован). Пороговое напряжение компаратора Кмп₂ может быть изменено подачей на него опорного напряжения от внешнего источника. Обычно к этому входу подключают конденсатор, сглаживающий помехи, приходящие по цепи источника питания.

В режиме ожидания на вход «Пуск» подаётся сигнал высокого уровня больше U_пит/3 (рис.3.14.б). Триггер находится в состоянии Q = 0, . При этом транзисторы VT2 и VT3 открыты, напряжение на выходе таймера близко к нулю и времязадающий конденсатор С_t разряжен. При кратковременном уменьшении входного сигнала U_ВХ на выходе компаратора Кмп₂ кратковременно устанавливается логический 0, триггер переключается в состояние Q = 1, , транзисторы VT2 и VT3 закрываются, транзистор VT1 открывается, и конденсатор начинает заряжаться. Когда напряжение на нём достигнет значения 2U_пит/3 компаратор Кмп₁ переключится и переведёт триггер в исходное состояние. Конденсатор С_t почти мгновенно разрядится через транзистор VT3.

Длительность выходного импульса напряжения определяется выражением

Запускающие импульсы в данной работе получаются от генератора прямоугольного однополярного напряжения с помощью цепочки, изображенной на рис. 3.14.2.

Схема автоколебательного мультивибратора и временные диаграммы его работы приведены на рис.3.14.3. Триггер переключается всякий раз, когда напряжение на конденсаторе достигает одного из порогов переключения двухпорогового компаратора.

Рис. 3.14.3

Заряд конденсатора происходит через сопротивления R₁ и R_t, соединённые последовательно, а разряд – через сопротивление R_t и транзистор VT3. Поэтому длительность импульса в этой схеме всегда больше длительности паузы. Они определяются соответственно из выражений:

Причём, сопротивление R₁ нельзя выбирать слишком маленьким, чтобы не перегрузить открытый во время паузы транзистор VT3. Коэффициент заполнения (скважность выходных импульсов) в этой схеме

g = t_и/(t_и = t_п)³0,5.

Задание

Измерить с помощью осциллографа длительность выходного импульса напряжения таймера в ждущем режиме и сравнить её с расчётным значением.

Снять с помощью осциллографа временные диаграммы работы таймера в автоколебательном режиме, определить длительности импульса и паузы, сравнить их с расчётными значениями.