Лабы по схемотехнике.Рабочий.ГУ УНПК.
1. Цель работы: изучить принцип действия и работу симметричного мультивибратора, ознакомиться с другими импульсными устройствами.
2. Теоретические сведения: мультивибратором называется устройство, которое может находиться одновременно в двух устойчивых состояниях. Схема мультивибратора состоит из двух каскадов выход одного соединяется со входом другого с помощью RC цепи. Схема может работать в автоколебательном режиме и ждущем.
3. Цель работы: изучение параметров и характеристик операционных усилителей (ОУ), освоение методов определения их основных параметров и построения электронных схем на основе применения ОУ.
4. Цель работы: ознакомление с основными параметрами, характеристиками и схемами функциональных устройств, реализующих элементарные логические функции.
5. Логические элементы и таблицы истинности для них:
Скачать:
laby.zip [1,3 Mb] (cкачиваний: 1079)
Продолжение:
1. Цель работы: ознакомление с работой триггеров.
2. Виды и принципы работы триггеров:
Триггерами называют устройства, имеющие два устойчивых
состояния, у которых переход из одного состояния в другое
происходит вследствие регенеративного процесса.
Под регенеративным процессом обычно понимают переходный
процесс в электрической цепи, охваченной положительной ОС с петлевым усилениемКу > 1 в широком диапазоне частот, который характеризуется резкими
изменениями токов и
падений напряжений на
элементах цепи.
Рассмотрим принцип работы симметричного триггера на
транзисторах п-р-п-типа, схема
которого приведена на рис. 1, а. Триггер представляет собой два усилителя на
транзисторах VT1 иVT2. Выход
каждого усилителя соединен с входом другого. Обратная связь, получаемая в результате
такого соединения усилителей,
является положительной.
В принципе в приведенной схеме возможно состояние
электрического равновесия, при котором оба транзистора VT1 и VT2 открыты и находятся в активной
области. В этом случае токи iK 1 и iK 2 равны между
собой и падения напряжений на элементах схемы не изменяются в течение времени.
Однако такое состояние является неустойчивым и любые флуктуации тока или
напряжения приведут к лавинообразному процессу нарастания тока одного и
убывания тока другого транзисторов.
Рис. 1.
Схема симметричного триггера (а) и представление его в виде двух логических
элементов (б, в);
переключательные характеристики логических элементов триггера (г)
Если
параметры схемы выбраны так, что когда один из транзисторов закрыт, другой
открыт и насыщен, то такой триггер называют насыщенным. Если открытый
транзистор находится на границе активной области и не входит в режим
насыщения, то триггер
называется ненасыщенным.
В одном из устойчивых состояний триггер может
находиться как угодно долго до момента, пока не поступит сигнал от источника
внешнего управляющего напряжения. Пусть оно вводится в цепь базы запертого
коллектора VT2. Как
только напряжение управляющего сигнала достигнет уровня, при котором VT2 откроется, появится
коллекторный ток 1К 2 и уменьшится ток базы 1Б 1.
Транзистор VT1 выйдет
в активную область и будет восстановлена петля положительной обратной связи.
Возникающий при этом регенеративный процесс приведет к опрокидыванию
триггера. В итоге транзистор VT1 закроется, а
транзистор VT2 откроется
и окажется в области насыщения. Триггер перейдет во второе устойчивое
состояние. В процессе опрокидывания триггера на коллекторах транзисторов
формируются положительные и отрицательные перепады токов
и напряжений.
Конденсаторы C1 и С2 включены для ускорения
процесса переключения и носят название ускоряющих. Они также выполняют роль
элементов памяти о предыдущем состоянии триггера и обеспечивают четкость его
переключения в новое состояние.
Работу триггера можно рассматривать более укрупненно,
представляя каждый транзистор с соответствующими соединениями как логический
элемент, выполняющий в зависимости от типа логики функцию И-НЕ или ИЛИ-НЕ. В
этом случае выход логического элемента соединен с входом второго логического
элемента и схема триггера для разных (положительной и отрицательной) логик имеет
вид, показанный на рис. 1, б, в.
Основой
классификации триггеров по функциональному признаку является вид
логического управления, характеризующего состояние входов и выходов триггера в
момент времени до tn и после его срабатывания tn +1. По этому признаку триггеры подразделяют на RS-; D-; Т-; JK-типы и т. д.
Примеры
условного обозначения триггера приведены на рис. 2, а—ж.
Рис. 2.
Примеры условных обозначений
триггеров:
а — асинхронный RS-триггер; б— синхронизируемый логическим нулем RS-триггер; в — D-триггер,
срабатывающий по фронту 0,1; г — JК-триггер,
срабатывающий по срезу 1,0; д — двухступенчатый JК-триггер с
входами раздельной установки в нулевое (R) и
единичное S состояния; е — Т-триггер, срабатывающий по
срезу 1,0; ж — синхронизируемый фронтом 1,0 JК-триггер с
логическими элементами И на
входах J и К
Рис. 3.
Схемы асинхронного RS-триггера на элементах:
a - ИЛИ-НЕ; б -
И-НЕ; в – ИС типа 564ТР2
Триггер RS-типа (рис. 3, а) представляет собой устройство,
имеющее два информационных входа: R и S. В нем возможны два
устойчивых состояния.
При R= 0 и S=1
триггер принимает состояние 1 (Q=1), а при R=1, S=0— состояние О (Q= 0). Иногда вход S называют единичным, a R — нулевым. Для триггера RS-типа. комбинация S=1; R=1 является запрещенной,
так как после такой комбинации состояние триггера будет неопределенным (X) и он может оказаться
или в нуле, или в единице. Состояния RS-триггера в зависимости от входных сигналов иллюстрирует
табл. 1.
Таблица 1
Примечание. Q*— исходное состояние
триггера; X—неопределенное
состояние.
В
триггерах, показанных на рис. 3, б, в,установка в определенное их состояние осуществляется кодом логической
1 (положительная логика).
Рис. 4.
Синхронизируемые RS-триггеры:
а - на
ЛЭ И-НЕ; 6 - на ЛЭ ИЛИ-НЕ: в - условное обозначение
синхронизируемого RS-триггера
Синхронизируемые (тактируемые) RS-триггеры имеют на входе каждого плеча схемы совпадения, первые
входы которых объединены и являются входами синхронизирующих (тактирующих)
импульсов. На вторые входы подают информационные сигналы. Такое включение
обеспечивает поступление на входы R и S триггера информационных сигналов только во время действия потенциала
импульсов синхронизации. Некоторые варианты синхронизируемых RS-триггеров показаны на рис. 4, а, б. Условное
графическое обозначение синхронного триггера приведено на
рис. 4, в.
Триггеры D-типа иногда
называют триггерами задержки. У них имеется один информационный вход D и возможны
два устойчивых состояния.
Логическое уравнение, описывающее работы D -триггера,
имеет вид
Qn+l = D n.
Рис. 5. Схемы
асинхронных D-триггеров
(а, б); диаграммы изменений входного и выходного напряжений (в, г); условное
обозначение (д)
Роль простейшего асинхронного D -триггера может выполнять
схема, состоящая из двух или нескольких последовательно включенных логических
элементов (рис. 5,а), в которой входной сигнал из-за задержки распространения
в каждом логическом элементе сдвинут во времени относительно входного сигнала.
В состав D -триггеров, применяемых на практике, обычно входят RS -триггеры,
управление которыми организовано соответствующим образом. Возможная структура
такого D -триггера
показана на рис. 5,б. В нем вследствие задержки распространения в логических
элементах сигнал на выходе Q появляется также с определенной задержкой времени.
Выходной сигнал повторит
входной сигнал с задержкойtзд р (рис. 5,в,г).
Состояние триггера в различные моменты времени можно
определить из табл. 2.
Таблица 2
Варианты практической реализации
синхронизируемых однотактных триггеров D-типа,
выполненные на элементах И-НЕ или ИЛИ-НЕ, показаны на рис. 6, причем схема рис.
6, а тактируется сигналами логической 1, а схема рис. 6,б—сигналами
логического 0. На рис. 6, в показано условное обозначение синхронизируемого D -триггера.
Рис. 6.
Синхронизируемые Д-триггсры:
а - на элементах И-НЕ; б - на элемешах
ИЛИ-НЕ: в - условное обозначение; г - D-триггер с
дополнительным управляющим входомЕ
В триггере записывается
та информация, которая была на
входе D до прихода
импульса синхронизации.
У ряда D-триггеров также
имеется дополнительный вход Е (V)разрешения приема информации (DV-тригтеры). При E=1 такие триггеры
функционируют как обычные D-триггеры, а при E=0 сохраняют исходное состояние независимо от информации на
входе D. Реализовать такой
триггер можно путем введения в D-триггер дополнительного элемента И, включенного так, как
показано на рис. 6, г.
Рис. 7. T-триггер, выполненный на основе
Д-триггера (а); устранение «гонки» в T-триггере (б)
Триггер T-типа — это
логическая схема с двумя устойчивыми состояниями и одним информационным входомТ, изменяющая свое состояние на противоположное всякий раз, когда на
вход Т поступает управляющий сигнал. Его часто называют триггером со
счетным входом. Основным способом построения счетных триггеров является
введение соответствующих обратных связей в тактируемые RS-и D-триггеры (cм. рис. 7).
Рис. 8. Схема JK-триггера (а); применение триггера
для построения триггеров RS (б), D(в) и Т(г)
Триггер JK-типа часто называют универсальным. Это устройства,
имеющие входы J и К, у которых нет неопределенного состояния. Если на входы J и К подаются сигналы
логической единицы, то состояние JK-триггера меняется
на противоположное при каждом новом приходящем импульсе. Другими словами, если
входы J и К объединены между
собой, то JK-тригтер работает
как T-триггер. В остальных случаях он функционирует как триггер RS-типа. При этом
вход J эквивалентен
входу S, а К — входу R. На рис. 8., а
показана структурная схема простейшего JK-триггера.
При одновременной подаче на входы J и К сигнала логической единицы триггер с помощью
соответствующих схем совпадений устанавливается в положение 1 или 0 в
зависимости от его начального состояния (т. е. ведет себя как триггер T-типа). Если сигнал подается на вход или К, то
триггер, аналогично RS-триггеру, устанавливается
соответственно в состояние 1 или 0.
Триггер JK-типа универсальным называют потому, что на его
основе с помощью несложных коммутационных изменений можно получитьRS- и T-триггеры (рис. 8, б,
в, г).
Построение двухступенчатого триггера разберем на примере
схемы рис. 9, а.
Рис. 9. Схема двухступенчатого JK-триггера (а) и его условные обозначения (б, в)
НЕСИММЕТРИЧНЫЕ
ТРИГГЕРЫ
Несимметричные триггеры часто называют триггерами Шмитта.
По своим свойствам они существенно отличаются от симметричных триггеров, так
как у них нет памяти о предыдущем состоянии. Несимметричный триггер — это
регенеративное устройство, имеющее гистерезисную передаточную характеристику,
у которой выходной сигнал может принимать два значения. Переход от одного
уровня выходного напряжения к другому происходит скачкообразно при определенном
значении входного сигнала — напряжении срабатывания. Возвращение в исходное
состояние происходит при другом уровне входного сигнала — напряжении
отпускания. По модулю оно всегда меньше напряжения срабатывания на
величину ∆U, характеризующую ширину
петли гистерезиса.
Рис. 10. Схема триггера Шмита (а),
его эквивалентная схема (б), передаточная (в) и
входная (г) характеристики