Правила роботи з осцилографом С1-55 3 страница

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 6

Дослідження генераторів імпульсів на транзисторах
та логічних елементах

Мета роботи: вивчити принципи дії та визначити основні параметри генераторів імпульсних сигналів.

6.1 Короткі теоретичні відомості

Перед виконанням досліджень необхідно вивчити способи формування імпульсних сигналів прямокутної форми та схемотехніку генераторів імпульсів на транзисторах та логічних елементах за літературою [1, 3, 5].

Мультивібратором називається релаксаційний генератор імпульсів майже прямокутної форми, виконаний на підсилювальних каскадах із позитивним зворотним зв’язком.

На рисунку 6.1 подана схема мультивібратора на біполярних транзисторах.

Рисунок 6.1 – Мультивібратор на біполярних транзисторах

Транзистори VT1 та VT2 працюють у ключовому режимі. Тривалість фронту імпульсу визначається часом зарядки конденсатора, тобто . Тривалість імпульсу визначається часом розрядки конденсатора, тобто , якщо виконується умова .

Оскільки , то можна вважати, що імпульси будуть майже прямокутними, і тривалість можна визначити за формулою:

. (6.1)

Тоді період повторення визначиться за формулою

. (6.2)

На рисунку 6.2 наведена схема мультивібратора на логічних елементах.

Рисунок 6.2 – Мультивібратор на логічних елементах

У цій схемі інвертори виконують роль підсилювальних каскадів.
Для цієї схеми період визначається за формулою (6.2).

На рисунку 6.3 наведена схема одновібратора на логічних елементах.

Одновібратор формує імпульс заданої тривалості, яка визначається за формулою (6.1).

Рисунок 6.3 – Схема одновібратора

На рисунку 6.4 наведена схема генератора імпульсів на інверторах.

Рисунок 6.4 – Генератор імпульсів на інверторах

Генератор має позитивний зворотний зв’язок через конденсатор та негативний зворотний зв’язок через резистор .

При дослідженні всіх схем генераторів використовується осцилограф, який працює через комутатор сигналів (натиснути кнопки “ ” та “Вкл.”). Номінальні значення елементів подані на схемах.

Порядок виконання роботи

1 Підготувати до роботи універсальний стенд та осцилограф (додатки А і Б).

2 Виконати дослідження роботи мультивібратора на транзисторах (див. рис. 6.1):

а) з’єднати провідниками гнізда (I) з , з , (II) з та з . Використовуючи ручки стенда “ ”, “ ” та “ ”, розподілити на екрані осцилографа чотири часових діаграми;

б) накреслити в масштабі в загальних осях координат діаграми сигналів у точках для симетричної схеми мультивібратора ( та – увімкнені) та виміряти період та амплітуду вихідних сигналів;

в) повторити п. 2, б при вимкнених та ;

г) повторити п. 2, б при – увімкнений, а – вимкнений. Виміряти тривалість імпульсів та період;

д) для кожного з пп. 2, б, 2, в та 2, г розрахувати період коливань
за формулою (6.2).

3 Дослідити мультивібратор на логічних елементах (див. рис. 6.2):

а) зняти та накреслити в масштабі осцилограми сигналів в контрольних точках за аналогією з п. 2, б, вимірявши період ;

б) розрахувати період коливань за формулою (6.2) та порівняти його з виміряним.

4 Дослідити роботу одновібратора (див. рис. 6.3), для чого зняти осцилограми на вході () і виході () схеми за аналогією з п. 2, б та виміряти і розрахувати тривалість вихідного імпульсу .

5 Дослідити роботу генератора імпульсів на інверторах (див. рис. 6.4), для чого зняти і накреслити в масштабі осцилограми в контрольних точках і виміряти параметри імпульсів.

Примітка. При моделюванні генераторів необхідно встановлювати номінали елементів, які вказані на відповідних схемах, а також брати реальні операційні підсилювачі.

6.3 Зміст звіту

1 Схеми генераторів.

2 Осцилограми дослідів за кожним генератором.

3 Розрахунки параметрів імпульсів.

4 Висновки з кожного пункту досліджень.

6.4 Контрольні питання

1 Робота мультивібратора на біполярних транзисторах.

2 Робота генераторів на логічних елементах.

3 Режими роботи генераторів імпульсів.

4 Вплив параметрів схеми на формування вихідних сигналів генераторів.

5 Методика розрахунку схем генераторів імпульсів.

6. Параметри імпульсних сигналів.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 7

Дослідження генераторів на операційних підсилювачах

Мета роботи: дослідити роботу мультивібратора та генератора трикутної напруги на операційному підсилювачі.

7.1 Короткі теоретичні відомості

Перед виконанням роботи необхідно вивчити методику проектування генераторів на операційних підсилювачах за літературою [1–3].

Схема мультивібратора на операційному підсилювачі наведена
на рисунку 7.1.

Рисунок 7.1 – Мультивібратор на операційному підсилювачі

При замиканні ключа мультивібратор перетворюється в одновібратор.

Операційний підсилювач має позитивний зворотний зв’язок із коефіцієнтом

(7.1)

та негативний зворотний зв’язок з коефіцієнтом

(7.2)

Період вихідного сигналу залежить від часу перезарядки конденсатора та визначається за формулою:

(7.3)

де – ємність конденсатора, який задає час.

Якщо схема працює в режимі одновібратора, то тривалість вихідного імпульсу визначається за формулою:

(7.4)

Схема генератора трикутної напруги наведена на рисунку 7.2.

Рисунок 7.2 – Генератор трикутної напруги

Генератор побудований на двох операційних підсилювачах. DА1 виконує роль інтегратора, а DА2 – тригера Шмідта.

Трикутна напруга формується в точці , а прямокутна – у точці . Пороги спрацювання та відпускання тригера Шмідта визначаються співвідношенням резисторів , яке завдає амплітуду та частоту трикутних коливань, період яких визначається за формулою:

(7.5)

де – ємність конденсатора, увімкненого у зворотний зв’язок інтегратора.

Під час дослідження схем необхідно використовувати осцилограф, який працює через комутатор сигналів (натиснути кнопки “ ” та “Вкл.”). Номінальні значення елементів наведені на схемах.

Порядок виконання роботи

1 Підготувати до роботи універсальний стенд та осцилограф (додатки А і Б).

2 Дослідити роботу мультивібратора на операційному підсилювачі (див. рис. 7.1), при цьому ключі та повинні бути розімкненими:

а) зняти та накреслити в масштабі в загальних осях координат осцилограми сигналів в контрольних точках , для чого з’єднати провідниками гнізда (I) з , з та з , а ручками “ ” та “ ” встановити на екрані осцилографа три часові діаграми, вимірявши період коливань ;

б) повторити п. 2, а для замкненого ключа ;

в) розрахувати періоди коливань за формулою (7.3) для пп. 2, а та 2, б.

3 Дослідити роботу одновібратора на операційному підсилювачі (див. рис. 7.1), при цьому та повинні бути замкненими:

а) приєднати провідником до і зняти осцилограми сигналів за аналогією з п. 2, а, вимірявши тривалість імпульсу ;

б) розімкнути ключ та повторити за п. 3, а;

в) розрахувати тривалість імпульсів за формулою (7.4) для пп. 3, а та 3, б.

Примітка. При дослідженні одновібратора необхідно звернути увагу на те, що в точці форма вхідних імпульсів спотворюється внаслідок стрибкоподібної зміни напруги на резисторі .

4 Дослідити роботу генератора трикутної напруги (див. рис. 7.2):

а) зняти та накреслити в масштабі осцилограми сигналів в контрольних точках та для розімкненого ключа , вимірявши період сигналу ;

б) замкнути і повторити п. 4,а;

в) розрахувати значення періодів за формулою (7.5) для пп. 4, а
та 4, б.

Примітка. Усі досліди можна виконати шляхом моделювання схем.

7.3 Зміст звіту

1 Схеми дослідів.

2 Осцилограми сигналів у масштабі за кожним пунктом досліджень.

3 Розрахунки параметрів ( та ) вихідних сигналів.

4 Висновки з кожного пункту досліджень.

7.4 Контрольні питання

1 Робота мультивібратора та одновібратора на операційному підсилювачі.

2 Робота схеми генератора трикутної напруги.

3 Методика розрахунку схем генераторів, які досліджувались.

4 Принципи побудови генераторів імпульсів.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 8

Дослідження однофазних випрямлячів

Мета роботи: дослідити роботу однофазних нерегульованих та регульованих випрямлячів на різні види навантажень.

8.1 Короткі теоретичні відомості

Перед виконанням дослідів необхідно вивчити принцип роботи однофазних двонапівперіодних випрямлячів та методи регулювання вихідної постійної напруги за літературою [1, 2, 4, 5].

Схема нерегулювального випрямляча з середньою точкою наведена на рисунку 8.1.

Рисунок 8.1 – Схема нерегулювального випрямляча

Середнє значення випрямленої напруги знаходиться за виразом:

. (8.1)

Для випадку активного навантаження формула (8.1) набуде вигляду:

(8.2)

Схема регулювального випрямляча показана на рисунку 8.2.

Рисунок 8.2 – Схема регулювального випрямляча

Для регулювального випрямляча середнє значення випрямленої напруги розраховується за формулою:

, (8.3)

де – кут управління.

Залежність називається регулюючою характеристикою.

Залежність – зовнішньою характеристикою.

Система імпульсно-фазового управління (СІФУ), яка складається
з генератора пилкоподібної напруги ГПН, вузла зрівняння УС, формувача імпульсів ФИ та джерела керуючої напруги , дозволяє змінювати кут управління від 0 до 180°. Імпульси управління можна спостерігати, приєднавши осцилограф до гнізда (див. рис. 8.2).

Порядок виконання роботи

1 Підготувати до роботи універсальний стенд та осцилограф (додатки А і Б).

2 Провести дослідження нерегулювального випрямляча (див. рис. 8.1):

а) зняти та побудувати зовнішні характеристики випрямляча для різних видів навантажень. вимірювати в . Для вимірювання необхідно виміряти напругу в (на резисторі ). змінюється
за допомогою “ ”. Отриманні дані звести до таблиці 8.1;

Таблиця 8.1

Параметри

Вид навантаження

Активне (S1 – увімкн., S2 – вимкн.)

З С-фільтром (S1 – увімкн., S2 – увімкн.)

З RС-фільтром (S1 – вимкн., S2– увімкн.)

, В

, А

б) при замкнених ключах та виміряти амплітудне значення струмів та , приєднавши входи осцилографа до гнізд та , та пояснити їх природу. Зобразити осцилограми струмів та ;

в) приєднати (I) до , а (II) до і накреслити осцилограми напруги та при замкненому та розімкненому положеннях ключа . Ключ повинен бути замкненим.

3 Провести дослідження регулювального випрямляча (див. рис. 8.2):

а) зняти та побудувати регулювальну характеристику (п. 8.1) при максимальному активному та активно-індуктивному навантаженнях, для чого ручку “ ” поставити в крайнє праве положення. Кут управління задається натисканням кнопки “кГц ()”. вимірюється в контрольній точці . Дані занести до таблиці 8.2;

Таблиця 8.2

Вид навантаження	Кут управління , ⁰

, В	Активне (S1 замкнений)
Активно-індуктивне (S1 розімкнений)

б) зняти та побудувати зовнішні характеристики (п. 8.1) для активного та активно-індуктивного навантажень для двох значень кута управління за аналогією з п. 2, а. Дані звести до таблиці 8.3;

Таблиця 8.3

Вид навантаження	Кут управління , ⁰

, В	, А	, В	, А
активне (S1 замкнений)


активно-індуктивне (S1 розімкнений)

в) встановити “ ” в крайнє праве положення і зняти осцилограми в точках для активного та активно-індуктивного навантажень при = 0, 90° і 150°. Для цього вхід (I) приєднати до гнізда і засинхронізувати зображення сигналу , а вхід (II) приєднувати по черзі до точок та накреслити осцилограми в спільних осях координат, як показано на рис. 8.3 з дотримуванням масштабу.