LAB_6 (Лабораторный практикум), страница 2

Решив это уравнение для t, получим

t = 1,0986 RC,

или t = 1,1 RС.

Это уравнение является основным уравнением для хронирующего времени таймера КР1006ВИ1, работающего в качестве моностабильного таймера.

Отметим, что рекомендуемая ширина запускающего импульса должна удовлетворять условию

t_зап < t/4.

При расчете RC - цепи одновибратора следует учитывать, что низкий уровень напряжения запуска не должен сохраняться дольше времени 1,1RC. Нарушение этого условия приводит к тому, что через время t_зап таймер начнет генерировать импульсы произвольной формы.

Это объясняется тем, что компараторы таймера не равносильны по своему воздействию на RS - триггер. Компаратор К1, управляемый по выводу 2, обладает, как было сказано выше, приоритетом при установлении состояния триггера.

Если необходимо управлять одновибратором с помощью импульсов длительностью t_зап > 1,1RC, то их следует подавать через дифференцирующую R₁C₁ - цепь. Диод Д_{1, показанный на рисунке 3,} ограничивает напряжение на выводе 2 на уровне Uп + Uд.

Если на вывод 5 подать регулирующее напряжение, то схема становится ждущим мультивибратором с регулируемой длительностью импульса.

Зависимость длительности импульса от регулирующего напряжения Uрег имеет вид

t = RC ln[(Uп - Uост)/(Uп - Uрег)] ;

2.6 Работа таймера в астабильном режиме

Рассмотрим принцип работы таймера в режиме мультивибратора, схема которого показана на рисунке 6.

Рисунок 6 - Схема мультивибратора

Формирование на выходе схемы последовательности импульсов происходит в результате заряда и разряда времязадающего конденсатора С. Переключение цепи RC осуществляют компараторы К1 и К2. Таймер всегда находится в рабочем режиме.

При подключении схемы к источнику питания конденсатор С начинает заряжаться по цепи R₁C₁ от установившегося значения нижнего порогового уровня напряжения U₁ до верхнего порогового уровня напряжения U₂, стремясь в пределе зарядиться до максимального значения выходного напряжения Umax (равного Uп), а разряжается от уровня напряжения U₂ до уровня напряжения U₁, стремясь разрядиться до минимального значения выходного напряжения Umin.

Другими словами, когда напряжение на входе "ПОРОГ" (вывод 6) превысит две трети напряжения питания, состояние на входе верхнего компаратора К2 изменится и на выходе триггера появится напряжение высокого уровня (логическая единица), которое откроет транзистор VT11. Из-за наличия инвертирующего усилителя на "ВЫХОДЕ" (вывод 3) формируется напряжение логического нуля.

Рисунок 7 - Временные диаграммы

Теперь конденсатор С будет разряжаться током, который будет протекать через резистор R2 и транзистор VT11. Через некоторое время напряжение на входе "ЗАПУСК" (вывод 2) уменьшится до одной трети напряжения источника питания и компаратор К1 изменит свое состояние, возвратив триггер в исходное состояние (единичное). На выходе Q появится напряжение низкого уровня, транзистор VT11 откроется и на выходе таймера (вывод3) появится напряжение высокого уровня (логическая единица). Таким образом, весь цикл работы таймера повторяется непрерывно.

Длительность импульсов, формируемых при заряде (tз) и разряде (tр) конденсатора определяются выражениями :

tз=(R₁+R₂)C ln[( Umax - U₁ )/( Umax - U₂ )] ;

tp=R₂C ln[( U₂ - Umin )/( U₁ - Umin )].

Выражения для tз и tp можно получить следующим образом.

Напряжение на емкости возрастает экспоненциально от 1/3Uп до 2/3Uп и определяется уравнением

Uc(t)=1/3Uп + 2/3Uп(1 - e ^{- tз/} ),

где =(R₁+R₂)C.

Время заряда tз можно найти отсюда заменив Uc=2/3Uп. Тогда

Uc=2/3Uп=1/3Uп+2/3Uп(1 - e^{-t/((R1+R2)C)}).

Отсюда tз=0,693(R₁+R₂)C = 0,7 (R₁+R₂)C.

Также напряжение на емкости, затухающее экспоненциально от 2/3Uп до нуля, определяется по формуле

Uc=2/3Uп e^{- tp/t,}

где t=R₂C.

Подставив вместо Uc=1/3Uп получим

Uc=1/3Uп=2/3Uп e ^{- tp/R2C}.

Таким образом, будем иметь

tp=0,693 R₂C = 0,7 R₂C.

Тогда период колебаний мультивибратора будет равен

T=tз+tр=0,7(2R₂C+R₁C).

Отсюда легко определить частоту автоколебаний таймера в этом режиме, а также скважность и коэффициент формы (Кф = tвкл/tвыкл ).

На рисунке 7 показана временная диаграмма работы мультивибратора. После включения питания Uп конденсатор С заряжается от 0 до 2/3Uп за время t₀=1,1(R₁+R₂)C. Напряжение на выходе таймера в течение этого времени равно Uп. В момент t₀, когда напряжение на С достигнет величины 2/3Uп, потенциал выводов 3 и 7 падает до нуля и конденсатор С начинает разряжаться от 2/3 до 1/3Uп. Время t₀ определяет продолжительность выхода таймера на периодический рабочий режим работы, после чего формируются одинаковые повторяющиеся сигналы.

Период автоколебаний можно регулировать изменяя пороговые напряжения U₁ и U₂. Для этого можно выводами 5 и 8 или 5 и 1 таймера необходимо включить регулировочный резистор. При этом для обеспечения симметрии генерируемых мультивибратором импульсов должно быть выполнено условие

(Umax - U₁)/(Umax - U₂)=(U₂ - Umin)/(U₁ - Umin) ;

Если емкость конденсатора С изменять от 1000 пФ до 10 мкФ, сопротивления резисторов (R₁+R₂) от 1 до 1000кОм, длительность импульсов tз и tp будет изменяться от долей микросекунд до единиц секунд, а частота генерируемых колебаний соответственно от единиц МГц до долей Гц.

3 Описание лабораторной установки

На рисунке 8 показана передняя панель лабораторного макета и показано условное изображение таймера КР 1006ВИ1 со всеми выводами, набор резисторов R1 - R6 и емкостей С1 - С3, которые являются времязадающими элементами, а также светодиод на выходе таймера.

Рисунок 8 - Передняя панель лабораторного макета

Номиналы резисторов и емкостей :

R1=680кОм; R2=68кОм; R3=6,8кОм; R4=2кОм; R5=10кОм; R6=47кОм;

С1=1мкФ; С2=0,25мкФ; С3=0,15мкФ; Сш=0,01мкФ.

Светодиод АЛ307Б предназначен для индикации выхода таймера. В корпусе макета имеется встроенный генератор прямоугольных импульсов.

4 Программа работы

4.1 По указанному варианту рассчитать параметры схемы одновибратора и мультивибратора и исследовать их.

4.2 Снять осцилограммы напряжений.

4.3 Построить номограмму для инженерного расчета указанных схем и проверить ее.

4.4 Определить погрешность, которую дает таймер, рассчитанный по номограмме.

4.5 Ознакомиться с основными параметрами таймера, приведеннными в приложении В.

5 Содержание отчета

Отчет должен содержать

5.1 Расчеты схемы таймера в моностабильном и астабильном режимах работы.

5.2 Схемы одновибратора и мультивибратора.

5.3 Временные диаграммы.

5.4 Составленную собственную номограмму.

5.5Значения коэффициента форма и коэффициента заполнения (скважности) импульсов.

5.6 Полные выводы основных формул для таймера.

6 Контрольные вопросы

6.1 Показать на принципиальной схеме таймера компараторы напряжения, тригггерное устройство, делители напряжения, инвертор, разрядный ключ.

6.2 Как получить различные скважности импульсных сигналов на выходе таймера для обоих режимов его работы?

6.3 Как сократить время работы выхода таймера на рабочий режим в астабильной схеме?

6.4 Какими способами можно уменьшить погрешность таймера?

6.5 Доказать справедливость формул

t=1,1RC (одновибратор )

T=0,7R₂C (мультивибратор)

6.6 На принципиальной схеме покажите опорное напряжение, поступающее на транзистор сброса.

6.7 Что нужно сделать, чтобы увеличить или уменьшить амплитуду выходного напряжения, при Uп=const?

Список литературы

1. Коломбет Е.А. Таймеры. - М.:Радио и связь, 1983.

2. Горошков Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств. - М.:Радио и связь, 1988.

3. Токхейм Р. Основы цифровой техники. - М.: Мир, 1988.

4. Тули М. Справочное пособие по цифровой электронике. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

Приложение В

Основные параметры мкросхемы КР1006ВИ1

1.Напряжение питания 4,5 - 16,5 В

2.Максимальный втекающий и

вытекающий ток нагрузки 100мА

3.Активный уровень блокированного входа <0,4 В

4.Потребляемый ток при Uп = 15В <15мА

5.Потребляемый ток при Uп=5 В 3 мА

6.Длительность положительного

и отрицательного фронтов выходного импульса <100мкс

7.Выходное сопротивление 10 Ом

8.Рассеиваемая мощность (Uп = 15 В) 600 мВт

9.Максимальное напряжение выводов 2,4,6,7 0 - 16,5В

10.Время задержки <200мкс

11.Температурная стабильность длительности 0,005%/с

12.Зависимость длительности от Uп 0,05%/В

13.Начальная погрешность 1%

14.Технология изготовления биполярная