Лабораторная работа 3: Формирователи прямоугольных импульсов и генераторы прямоугольных1

1. Цель работы:
2. Оборудование:
Компьютерная программа Electronics Workbench, моделирующая принцип работы различных электрических цепей.
3. Ход работы:
1) Формирователи коротких импульсов
1.1) Электрическая схема:

На входе ФКИ последовательность импульсов (параметры функционального генератора: frequency – 100 kHz; duty cycle - 50 %; amplitude – 2,4 V; offset – 2,4 V)
1.2) Осциллограммы входного (Uвх) и выходного (Uвых) напряжений:
- DD2 элемент И
- DD2 элемент ИЛИ
- DD2 элемент И-НЕ
- DD2 элемент ИЛИ-НЕ
- DD2 элемент СУММА ПО МОДУЛЮ ДВА
1.3) Исследование влияния сопротивления и емкости на длительность импульса t_и.:
- DD2 элемент СУММА ПО МОДУЛЮ ДВА.
Эксперимент №1
Эксперимент №2
Эксперимент №3
2) Одновибраторы.
2.1) Электрическая схема
На входе одновибратора последовательность импульсов (параметры функционального генератора: frequency – 200 kHz; duty cycle-99 %; amplitude – 2,4 V; offset – 2,4 V)
2.1) Осциллограммы входного Uвх, выходных Uвых1 и Uвых2 напряжений, и напряжения на резисторе Ur.
Осциллограмма входного Uвх и выходного Uвых1 напряжений.
Осциллограмма входного Uвх и выходного Uвых2 напряжений.
Осциллограмма входного Uвх напряжения и напряжения на резисторе Ur.
2.2) Исследование влияния сопротивления и емкости на длительность импульса t_и выхода Uвых1.
Эксперимент №1
Эксперимент №2
Эксперимент №3
3) Автоколебательные генераторы
Электрическая схема:
Осциллограммы выходного напряжения Uвых и напряжения на емкости Uc.
Исследование влияния сопротивлений R1 и R2 на длительность импульса t_имп и длительность паузы t_паузы.

Эксперимент №1
Эксперимент №2
Эксперимент №3
Электрическая схема:
Осциллограммы выходных напряжений Uвых1 и Uв ых2, а также напряжений в точках UвходаDD1, UвходаDD2. Исследование влияния сопротивления и емкости на параметры выходного сигнала.
Осциллограмма Uвых1 и Uвых2
Осциллограмма UвходаDD1, UвходаDD2
4) Выводы:
4.1 Формирователи коротких импульсов
А) При подключении цифрового логического элемента «И» формируется положительный выходной импульс (в случае элемента «И-НЕ» отрицательный). По переднему фронту входного импульса формируется передний фронт выходного импульса, при достижении порогового напряжения логического элемента на емкости, формируется задний фронт выходного импульса (аналогично для элемента «И-НЕ»).
Б) При подключении цифрового логического элемента «ИЛИ» формируется отрицательный выходной импульс (в случае элемента «ИЛИ-НЕ» положительный). По заднему фронту входного импульса формируется передний фронт выходного импульса. При достижении порогового напряжения логического элемента во время паузы входного импульса формируется задний фронт выходного импульса (аналогично для элемента «ИЛИ-НЕ»).
В) При подключении цифрового логического элемента «СУММА ПО МОДУЛЮ ДВА» формируются два коротких отрицательных импульса (второй импульс по продолжительности больше первого). На заряде конденсатора формируется первый импульс, на разряде – второй, т.к. заряд конденсатора происходит быстрее, чем разряд, то длительность первого импульса должна быть меньше, чем второго (это подтверждает снятая осциллограмма). При уменьшении емкости или сопротивления в два раза, происходит уменьшение длительности выходных импульсов (заряд ёмкости произойдет быстрее и напряжение на конденсаторе быстрее достигнет порогового).
Г) Все ФКИ формируют более короткий выходной сигнал по фронту более длинного входного сигнала.
4.2 Одновибраторы
Одновибратор по короткому запускающему сигналу вырабатывает более длинный сигнал заданной длительности. Формирование переднего фронта выходного импульса происходит по переднему фронту входного импульса, задний фронт выходного импульса формируется на заряде конденсатора, при достижении порогового напряжения на емкости.
При увеличении значения емкости или сопротивления, длительность выходного импульса также возрастает.
4.3 Автоколебательные генераторы
Автоколебательный генератор происходит непрерывное формирование на выходе прямоугольных импульсов определенной длительности.
Схема 1. Формирование выходных прямоугольных импульсов происходит на заряде конденсатора (длительность импульса меньше длительности паузы, т.к. заряд емкости происходит быстрее, чем разряд).
При увеличении значения сопротивления R1, происходит увеличение длительности выходного импульса, длительность паузы возрастает примерно в 2 раза (сопротивление и диод влияют одновременно на длительность и паузы, и выходного импульса).
При увеличении значения сопротивления R2, длительность импульса возрастает, причем t_имп в данном случае больше, чем в первом случае; длительность паузы уменьшается.
При увеличении значения сопротивления R1 значительно возрастает период и, соответственно, так же значительно уменьшается частота. При увеличении значения сопротивления R2 возрастание периода и уменьшение частоты происходит незначительно.
Схема 2.
Данная генератор формирует прямоугольные импульсы, длительность которых практически равна длительности паузы. При увеличении значения сопротивления длительность импульса и паузы увеличилась. При увеличении значения емкости, длительность импульса возросла значительнее, чем при увеличении сопротивления, а длительность паузы, наоборот, уменьшилась. В обоих случаях происходит увеличение периода выходного сигнала и уменьшение частоты.
На выходе 2 формируются отрицательные прямоугольные импульсы, они поступают на вход инвертора DD3 и, как видно из осциллограммы напряжения на выходе 1, в результате мы получаем положительные прямоугольные импульсы.