- Stahuj zápisky z přednášek a ostatní studijní materiály
- Zapisuj si jen kvalitní vyučující (obsáhlá databáze referencí)
- Nastav si své předměty a buď stále v obraze
- Zapoj se svojí aktivitou do soutěže o ceny
- Založ si svůj profil, aby tě tví spolužáci mohli najít
- Najdi své přátele podle místa kde bydlíš nebo školy kterou studuješ
- Diskutuj ve skupinách o tématech, které tě zajímají
Studijní materiály
Zjednodušená ukázka:
Stáhnout celý tento materiálIMPULZOVÁ A ČÍSLICOVÁ TECHNIKA
Laboratorní cvičení
Verze 1/07
Ing. Viera Biolková
Ing. Ivana Jakubová
Doc. Ing. Jaromír Kolouch, CSc.
ÚSTAV RADIOELEKTRONIKY
2
© Viera Biolková, Ivana Jakubová, Jaromír Kolouch, 2007
3
Harmonogram laboratorních úloh předmětu BICT
Podskupina A B
1.výukový týden Úvodní hodina (seznámení s laboratoří, rozdělení do podskupin)
2.výukový týden PSRC ? (1b), 4 (2b) MAKO ? (1b), 4 (2b)
3.výukový týden MAKO ? (1b), 4 (2b) PSRC ? (1b), 4 (2b)
4.výukový týden 555 ? (1b), 4 (2b) LM311 ? (1b), 4 (2b)
5.výukový týden LM311 ? (1b), 4 (2b) 555 ? (1b), 4 (2b)
6.výukový týden ASČ ? (1b), 4 (2b) ČSS ? (2b)
7.výukový týden ČSS ? (2b) ASČ ? (1b), 4 (2b)
8.výukový týden GPI ? (2b)
9.výukový týden Po – Velikonoce (volno), Út, St, Čt, Pá - náhradní měření
10.výukový týden Zápočet
PSRC - Přenos pravoúhlého signálu články RC
MAKO - Monostabilní a astabilní klopný obvod
LM311 - Komparační zesilovač LM311
555 - Časovací obvod 555
ASČ - Asynchronní a synchronní čítač
ČSS - Číslicový sekvenční systém
GPI - Generátor předvolitelného počtu impulsů
Studenti se budou připravovat na laboratorní cvičení s využitím dostupné literatury (přednáškových
skript a elektronických skript obsahujících návody na laboratorní cvičení) tak, aby byli schopni
laboratorní úlohu samostatně změřit. Do laboratorního cvičení se dostaví s vytištěným návodem na
laboratorní úlohu, kterou budou podle harmonogramu měřit, a také písemnou domácí přípravou ?.
Domácí příprava spočívá ve vypracování stručné, leč výstižné odpovědi na kontrolní otázky nebo
řešení úkolů, které jsou uvedeny na konci příslušné laboratorní úlohy a zvýrazněny tučným písmem.
Domácí přípravu na samostatném řádně podepsaném listu student odevzdá při vstupu do laboratoře.
Studentu, který domácí přípravu neodevzdá, nebude měření vůbec umožněno. Domácí příprava je
bodově hodnocena (viz tabulka).
Z laboratorních úloh označených 4 vypracují studenti protokol, který odevzdají vždy
v následujícím měření. Protokol bude obsahovat:
1) Příjmení, jméno, identifikaci laboratorní skupiny (zkratka dne v týdnu a hodina), datum měření:
vše v levém horním rohu prvé strany protokolu.
2) Název laboratorní úlohy.
3) Zadání úlohy.
4) Stručný teoretický úvod.
5) Seznam použitých přístrojů a zařízení.
6) Schéma zapojení přípravku.
7) Vypracování, které – s drobnými odchylkami dle charakteru úlohy - zahrnuje:
§ slovní identifikaci konkrétního dílčího laboratorního úkolu (NE pouze odkaz na zadání),
§ tabulky naměřených a vypočtených hodnot,
4
§ vztahy pro výpočet, konkrétní vzor výpočtu (dosazení a výsledek),
§ grafy, záznamy oscilogramů (musí obsahovat nadpisy, konstanty, popis křivek apod., a to i
v případě, že byly získány jako počítačový výstup – doplnit údaje je možné i rukou).
8) Závěr - zhodnocení měření.
Části označené kurzívou je možno převzít přímo z elektronických studijních textů. (Pokud vyučující
nevyžaduje, aby tyto převzaté pasáže byly součástí výsledného protokolu, upozorní na to studenty
v úvodní hodině.) Jednotlivé listy protokolu musí být neoddělitelně spojeny (dvoulist, sešito
sešívačkou, nikoli však např. sepnuto kancelářskou sponkou).
Bodové hodnocení laboratorních cvičení:
max. 19 bodů (viz tabulka s harmonogramem měření).
Podmínky udělení zápočtu:
1. splnění podmínek pro udělení zápočtu v počítačových cvičeních;
2. změření všech úloh, odevzdání domácích příprav označených ? a protokolů z úloh označených
4.
Náhradní měření:
Náhrada zameškaného měření bude povolena pouze studentu, který neprodleně prokáže závažnost
důvodu své neúčasti v řádném termínu laboratorního cvičení (např. potvrzením lékaře, předvoláním
k úřednímu jednání apod.).
V laboratoři se studenti budou řídit provozním řádem laboratoře:
1. Před vstupem do laboratoře se studenti na chodbě přezují do přinesených přezůvek.
2. Před prvním cvičením musí být studenti prokazatelně přezkoušeni z bezpečnostních předpisů.
3. Během pobytu v laboratoři jsou studenti povinni dodržovat bezpečnostní předpisy a pokyny
učitele. Vše, co by mohlo ohrozit průběh cvičení, zejména závady ohrožující bezpečnost práce,
jsou studenti povinni hlásit vedoucímu cvičení.
4. Pro zajištění bezpečnosti studentů při výuce v laboratoři musí být stanoven odborný dozor tak,
aby na jednoho učitele připadlo nejvýše 26 studentů.
5. Poškodí-li se během měření přístroj, jsou studenti povinni závadu ihned ohlásit učiteli, který
předá poškozený přístroj k opravě. Nikdo v laboratoři nesmí přístroj opravovat sám. Vznikne-li
škoda hrubou nekázní studenta, může mu být předepsána k náhradě.
6. V laboratoři musí studenti zachovávat klid, nepít, nejíst, nekouřit. Není dovoleno používání
mobilních telefonů.
7. Není povoleno manipulovat s přístroji a zařízeními, jež nepatří k zadanému laboratornímu
cvičení, ani vyměňovat přístroje mezi pracovišti bez souhlasu učitele.
8. Po skončení měření každá pracovní skupina své pracoviště řádně uklidí.
5
Datum měření: 2007 PSRC BICT
Den (vyznačte X): Po Út St Čt Pá
Hodina (vyznačte X): 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Příjmení a jméno:
1 PŘENOS PRAVOÚHLÉHO SIGNÁLU ČLÁNKY RC
1.1 TEORETICKÉ POZNATKY
Mezi základní články RC patří integrační a derivační článek. Zdánlivě složitějším článkem je
dělič napětí RC.
Vlastnosti prvých dvou článků byly dostatečně probrány v dřívějších předmětech a zde pouze
stručně zopakujeme jejich nejdůležitější vlastnosti. U obou těchto článků je užitečné si uvědomit, že
na kapacitoru se napětí nemůže skokově měnit. V tomto cvičení prostudujeme vlastnosti uvedených
článků z hlediska přenosu pravoúhlého signálu. Tento signál můžeme rozložit na posloupnost
skoků, jejichž velikost má stejnou absolutní hodnotu, ale znaménka každých dvou po
sobě.následujících skoků jsou opačná.
Integrační článek, Obr. 1.1(a), zachovává stejnosměrnou složku vstupního napětí. Výstupní
napětí u2 v době mezi každými dvěma skoky vstupního napětí u1 je určeno svou počáteční a
asymptotickou hodnotou. Počáteční hodnota napětí u2, tj. hodnota tohoto napětí na počátku
časového úseku ohraničeného dvěma skoky napětí u1, je rovno koncové hodnotě napětí u2 v úseku
předcházejícím. Asymptotická hodnota napětí u2 je rovna vstupnímu napětí u1, které se během
uvažovaného časového úseku nemění. Během tohoto časového úseku se napětí u2 exponenciálně
přibližuje od své počáteční hodnoty k asymptotické hodnotě s časovou konstantou RC=t .
Derivační článek, Obr. 1.1(b), stejnosměrnou složku nepřenáší, přenáší však v plné velikosti
každou skokovou změnu vstupního napětí. Při příchodu této změny na vstup dostaneme na výstupu
stejnou skokovou změnu, která se přičítá k napětí u2, které bylo na výstupu v okamžiku před touto
změnou. Během následujícího časového úseku, kdy napětí u1 zůstává neměnné, se napětí u2
exponenciálně přibližuje asymptotické hodnotě, která je v tomto případě nulová.
Obr. 1.1. Integrační (a) a derivační (b) článek
Integrační článek se často používá jako dolní propust potlačující vyšší kmitočty. V parazitní
formě se vyskytuje prakticky jako součást všech obvodů, kde je tvořen výstupním odporem těchto
obvodů a kapacitou výstupního uzlu proti zemi. V impulsové technice je příčinou toho, že každý
přenosový článek (zesilovač; tvarovač) vedle své vlastní funkce způsobuje i určité zpoždění signálu.
Derivační článek se používá jako horní propust a tam, kde je potřebné odstranit, popř. změnit
stejnosměrnou složku signálu. Jako parazitní článek bývá příčinou nežádoucích vazeb, přeslechů
6
apod. Na rozdíl od účinků parazitních integračních článků, které lze omezit pouze částečně, a to
často jen za cenu nákladných opatření, je možné bránit se nepříznivým účinkům parazitních
derivačních článků poměrně snadno a účinně stínicími technikami.
Dělič napětí RC, Obr. 1.2(a), přenáší s určitým zeslabením jak stejnosměrnou složku, tak i
skokové změny vstupního napětí. I když vypadá na první pohled jako obvod druhého řádu, je
možné jednoduchým výpočtem zjistit, že je to ve skutečnosti obvod prvního řádu, pokud je napájen
z ideálního zdroje napětí. (Řádem obvodu rozumíme řád diferenciální rovnice, která popisuje
přechodné jevy v obvodu.) Vlastnosti tohoto děliče můžeme odvodit z představy, podle níž vzniká
dělič RC paralelním spojením odporové a kapacitní části děliče (Obr. 1.3). Snadno odvodíme, že
odporová část děliče, Obr. 1.3(a), zeslabuje všechny signály v dělicím poměru dR a kapacitní část
děliče, Obr. 1.3(b), v dělicím poměru dC. Při paralelním spojení obou děličů do konfigurace podle
Obr. 1.2 je přenos rychlých změn určen kapacitním děličem, zatímco přenos pomalých složek
určuje dělič odporový.
u1 u 2
C
u0 R 2
( a ) ( b )
C 2
R 1
1
0 t
d .U 0
u
U 0
u t = U t( ) ( )00 s
překompenzovaný dělič
nedokompenzovaný dělič
d =
R 2
R + R1
u -2
u -2
2u0 u1º
Obr. 1.2. Dělič napětí RC (a) a přenos skokové změny napětí děličem RC (b)
( a ) ( b )
Obr. 1.3. Rozklad děliče RC na odporovou (a) a kapacitní (b) část
U lineárních obvodů prvního řádu je odezva na skokovou změnu vstupního napětí vždy
exponenciální. Po příchodu skokové změny na vstup děliče RC, Obr. 1.2(b), se skok přenese na
výstup s dělicím poměrem dC a následuje exponenciální přechod výstupního napětí k ustálené
hodnotě dané dělicím poměrem dR. Časová konstanta exponenciály je RC=t , kde R, resp. C jsou
hodnoty dané paralelní kombinací R1 a R2, resp. C1 a C2, tj. ( ) 212121 ,/ CCCRRRRR +=+= . Platí-
li dR = dC, přejde výstupní napětí hned při skokové změně na svou ustálenou hodnotu a skokový
signál je tedy přenesen bez zkreslení. V tomto případě kapacita C1 kompenzuje účinek kapacity C2.
Dělič je pak vykompenzovaný, z kmitočtového hlediska je frekvenčně nezávislý. Je-li však
dC < dR,, je skok menší než ustálená hodnota a dělič označujeme jako nedokompenzovaný. Je-li
naopak dC > dR, jde o dělič překompenzovaný.
S děličem RC se setkáme často u měřicích přístrojů, kde se používají k přizpůsobení velikosti
vstupního napětí citlivosti vstupního zesilovače přístroje (u přepínačů citlivosti nebo rozsahu) nebo
ke zvýšení vstupní impedance přístroje (dělicí sondy osciloskopů). Vstupní impedance přístroje má
7
obvykle charakter paralelní kombinace RC, přičemž kapacitní složka bývá nežádoucí, ale je
nevyhnutelná, poněvadž představuje kapacitu spojů, která je vždy přítomna. Připojíme-li k přístroji
vstupní dělič, tvoří vstupní impedance přístroje část R2, C2 děliče podle Obr. 1.2(a), takže k přístroji
připojíme jen prvky R1, C1 (ty představují např. u osciloskopů často používanou dělicí sondu).
Hodnoty odporu a kapacity těchto prvků se volí takovým způsobem, aby měl dělič požadovaný
dělicí poměr a aby byl vykompenzovaný. Je-li přitom 1áá= RC dd , je 21 CdC C» , takže vstupní
kapacita přístroje s děličem je tolikrát menší než vstupní kapacita přístroje samotného, kolikrát dělič
zmenšuje vstupní napětí. Typické hodnoty vstupní kapacity osciloskopu (i se vstupním kabelem)
bývají kolem 100 pF, připojením sondy s dělicím poměrem 1 : 10 získáme přístroj se vstupní
kapacitou kolem 10 pF. Podobný závěr platí i pro vstupní vodivost přístroje, pokud R2 představuje
jeho vstupní odpor.
1.2 POPIS PŘÍPRAVKU
Přípravek pro měření integračního a derivačního článku RC (R = 10kΩ, C = 10nF) umožňuje
vhodným propojením vytvořit oba tyto články.
Pro měření děliče napětí slouží přípravek, jehož schéma zapojení je na Obr. 1.4. Dělicí poměr
má hodnotu 1 : 10. Aby při skokových změnách vstupního napětí nedocházelo k zákmitům na
přívodních kabelech k osciloskopu, jsou zdířky pro tyto kabely připojeny k děliči přes
přizpůsobovací rezistory (56 W). Přizpůsobení generátoru je již součástí tohoto přístroje.
Obr. 1.4. Přípravek pro měření děliče napětí. Kapacita má rozsah 20 až 1000 pF
U přípravku pro měření integračního a derivačního článku, kde se měří při nižších rychlostech
časové základny, je přizpůsobení vynecháno; zvětší-li se tato rychlost, jsou zde zákmity zřetelné.
1.3 ZADÁNÍ
a) Zobrazte a zaznamenejte průběhy vstupního a výstupního napětí u derivačního a integračního
článku. Vstupním napětím je periodický sled kladných pravoúhlých impulsů s poměrem šířky
impulsu ti k časové konstantě t článku ti/t = (10; 1; 0,2). Měření proveďte pro poměr šířky
impulsu k šířce mezery (střídu) 1 : 1 a 1 : 4.
b) Zobrazte a zaznamenejte průběh napětí na vstupu a výstupu děliče napětí, je-li na vstupu děliče
pravoúhlý signál se střídou 1 : 1, a to pro případ děliče nedokompenzovaného,
překompenzovaného i vykompenzovaného. Ověřte velikost časové konstanty exponenciály
výstupního napětí a podmínku pro vykompenzování děliče.
8
1.4 POKYNY K ZADÁNÍ
K bodu a) Měřený článek připojte ke generátoru, ke vstupu a výstupu článku připojte
osciloskop. Po zobrazení vstupního a výstupního napětí nastavte na obou kanálech stejnou citlivost
(nejlépe 2V/dílek) a nulovou úroveň obou kanálů nastavte na střední rysku. Výstupní napětí
generátoru nastavte tak, aby výška vstupního napětí byla 2 dílky, rychlost časové základny nastavte
tak, aby šířka impulsu byla rovna 1 dílku na obrazovce. Měření proveďte pro integrační i derivační
článek.
K bodu b) Při měření děliče napětí nastavíme střídu vstupního signálu 1 : 1. Citlivost kanálu, na
nějž přivádíme výstupní napětí, zvýšíme na desetinásobek citlivosti kanálu zobrazujícího vstupní
napětí děliče, takže při vykompenzování děliče by oba průběhy měly být totožné. Zaznamenáme
průběhy napětí u různě kompenzovaného děliče, odhadneme časovou konstantu exponenciály
známým způsobem (dosažení 37% odchylky od ustáleného stavu) a srovnáme s hodnotou
vypočtenou z parametrů součástek. Zapíšeme i velikost ladicí kapacity, pro níž je dělič
vykompenzován a ověříme platnost vztahu dR = dC.
Poznámka:
Ke skriptům je přiložen list s předtištěným rastrem (za obsahem), do něhož můžete zakreslit
požadované časové průběhy z osciloskopu. Tento list pak můžete vložit do vypracované zprávy.
1.5 KONTROLNÍ OTÁZKY
a) Který z obou základních článků RC zachovává stejnosměrnou složku vstupního napětí?
b) Který z těchto článků přenáší v nezměněné velikosti skokové změny vstupního napětí?
c) Jak přenáší stejnosměrnou složku a skokové změny vstupního napětí dělič RC? Prodiskutujte
pro případ nedokompenzovaného, překompenzovaného i vykompenzovaného děliče.
d) Vysvětlete zdánlivý rozpor mezi tvrzením, že se na kapacitoru nemůže napětí měnit skokem a
skokovou změnou napětí na kapacitorech v děliči.
e) Odvoďte diferenciální rovnici pro přechodné jevy v děliči, který je připojen k ideálnímu zdroje
napětí a ověřte tak tvrzení, že se jedná o obvod prvního řádu.
9
Datum měření: 2007 PSRC BICT
Den (vyznačte X): Po Út St Čt Pá
Hodina (vyznačte X): 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Příjmení a jméno:
!!! Domácí příprava !!!
Odpovědi na kontrolní otázky a), b) a c):
a)
b)
c)
10
11
Datum měření: 2007 MAKO BICT
Den (vyznačte X): Po Út St Čt Pá
Hodina (vyznačte X): 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Příjmení a jméno:
2 MONOSTABILNÍ A ASTABILNÍ KLOPNÝ OBVOD
2.1 TEORETICKÉ POZNATKY
Monostabilní a astabilní klopný obvod patří k obvodům, v nichž mohou existovat dva stabilní
stavy.
U monostabilního klopného obvodu - MKO je jeden z těchto stavů stabilní trvale, tj. obvod
bez vnějšího zásahu v něm setrvává neomezeně dlouho, a do druhého stavu, který je zde stabilní jen
dočasně, může přejít pouze působením vhodného vnějšího podnětu. Tento podnět bývá obvykle
krátký (impulsní) a po jeho skončení se na vstupu opět obnoví klidový stav. MKO pak setrvá
v dočasně stabilním stavu po určitou dobu, která je dána procesy probíhajícími v tomto obvodu, a
po jejím uplynutí samovolně přejde zpět do trvale stabilního stavu.
Procesy, které určují dobu setrvání obvodu v dočasně stabilním stavu, souvisejí se změnami
energie nashromážděné v nějakém akumulačním prvku, kterým bývá nejčastěji kondenzátor. Změna
energie nashromážděné v kondenzátoru se projevuje změnou napětí na jeho vývodech. K překlopení
obvodu do druhého stavu dojde, dosáhne-li toto napětí určité hodnoty, při níž se např. otevře
tranzistor, jehož báze je ke kondenzátoru připojena. Pro dobu trvání dočasně stabilního stavu je tedy
rozhodující průběh napětí na bázi zmíněného tranzistoru.
Charakteristiky prvků, z nichž je sestaven obvod určující dobu trvání dočasně stabilního stavu,
můžeme obvykle s dostatečnou přesností aproximovat lomenými přímkami. Po dobu trvání dočasně
stabilního stavu se pak tento obvod chová jako lineární. Při matematickém popisu obvodu pak
obvykle vystačíme s uvažováním jediného setrvačného prvku v obvodu, takže časové průběhy
veličin v obvodu jsou exponenciální. Obecné vyjádření exponenciální křivky je
( ) ( ) ( ) ( )[ ] ttexxxtx -¥--¥= 0 . ( 2.1 )
Známe-li tedy počáteční hodnotu ( )0x a ustálenou hodnotu ( )¥x , můžeme časový průběh
příslušné veličiny vyjádřit pomocí vztahu ( 2.1 ).
RC1
0 V
UCC
RC2
RB1
T1 T2
u = uqC
RB2
C2DVSTUP
Obr. 2.1. Zapojení monostabilního klopného obvodu
12
Zapojení MKO sestaveného z diskrétních součástek je nakresleno na Obr. 2.1. Tranzistor T2 na
tomto obrázku nemůže být trvale uzavřen, protože jeho báze je přes rezistor RB2 připojena
k napájecímu napětí UCC. Bude tedy v ustáleném stavu tranzistor T2 v saturaci, takže na jeho
kolektoru bude malé saturační napětí a tranzistor T1 bude uzavřen. Kondenzátor C bude nabit na
napětí ( ) 2BECCC 0 UUu -= .
Přivedeme-li na vstup záporný impuls, odvede se jím přes vazební kondenzátor C proud
napájející bázi tranzistoru T2, takže se tento tranzistor uzavře. Rezistory RC2 a RB1 proteče proud
otevírající tranzistor T1, který přejde do saturace, takže kondenzátor C, na němž se nemůže napětí
skokem změnit, uzavře tranzistor T2 záporným napětí na bázi. Rezistorem RB2 nyní protéká proud,
kterým se kondenzátor C nabíjí; pokud by toto nabíjení trvalo až do ustáleného stavu, dosáhlo by
napětí uC hodnoty ( ) CCC Uu -=¥ . Nabíjení se však přeruší v okamžiku, kdy napětí uBE2 na bázi
tranzistoru T2 dosáhne hodnoty UBE2, při němž se tranzistor T2 otevře a dojde k překlopení obvodu.
Průběh napětí uBE2 je tedy rozhodující pro stanovení délky trvání dočasně stabilního stavu.
Při sepnutém tranzistoru T1 je uBE2 = –uC, takže ( ) 2BEsatCC2BE 0 UUu +-= , ( ) CC2BE Uu =¥
a podle vzorce ( 2.1 ) je
( ) ( ) CRteUUUtu B22BEsatCCCC2BE 2 ---=
V okamžiku překlopení musí být ( ) BEsat2i2BE Utu = ; počítáme-li čas od okamžiku, kdy byl
obvod překlopen do dočasně stabilního stavu, je ti rovno době trvání dočasně stabilního stavu.
Z poslední rovnice pak dostaneme
÷÷ø
ö
ççè
æ
-+= BEsat2CC
CC
B2i 1 UU
UCRt ln
Je-li BE2CC UU ññ , zjednoduší se tento vztah na tvar
2lnB2i CRt = . ( 2.2 )
V okamžiku, kdy se obvod překlopí do trvale stabilního stavu, je na kondenzátoru C malé napětí,
které se proudem tekoucím rezistorem RC1 a přechodem báze – emitor tranzistoru T2 rychle zvětšuje
do ustálené hodnoty. Doba, během níž se toto napětí ustálí, se nazývá doba zotavení. Během doby
zotavení je citlivost obvodu na spouštěcí impulsy značně snížena – spouštěcí impuls by musel
odčerpat navíc pro
Vloženo: 28.05.2009
Velikost: 2,49 MB
Komentáře
Tento materiál neobsahuje žádné komentáře.
Mohlo by tě zajímat:
Skupina předmětu BICT - Impulzová a číslicová technika
Reference vyučujících předmětu BICT - Impulzová a číslicová technika
Podobné materiály
Copyright 2024 unium.cz