Laboratorium elektroniki

Sprawozdanie z ćwiczenia: Układy

impulsowe

Artur Błaszczyk

Szymon Kuśmierczyk

Michał Łukasiak

Damian Rupar

1.

Wstęp

Układami impulsowymi (lub przerzutnikami) nazywamy układy elektroniczne,

które w sposób gwałtowny przechodzą z jednego stanu (sygnału wyjściowego) w
drugi. Zmiana ta następuje przy wykorzystaniu zakresów silnych nieliniowości ele-
mentów użytych w budowie takich układów (głównie tranzystorów).

Wyróżniamy trzy podstawowe rodzaje przerzutników, różniące się między sobą

ilością stanów stabilnych:

• dwustabilne – w których zmiana stanu za każdym razem musi być wymuszona

przez zewnętrzny sygnał, bez niego układ „pamięta” swój sygnał wyjściowy,

• jednostabilne – które na skutek podania sygnału wejściowego tymczasowo ule-

gają „wzbudzeniu”, jednak po upływie pewnego czasu powracają do swojego
stanu stabilnego,

• astabilne – w których stan nieustannie oscyluje pomiędzy dwoma niestablinymi

stanami.

2.

Przebieg laboratorium

Podczas wykonywanego ćwiczenia obserwowaliśmy zachowanie przerzutnika asta-

blilnego na przykładzie układu zbudowanego zgodnie ze schematem umieszczonym
na rysunku 1., a także badaliśmy wpływ zmiany pojemności kondensatora C

1

na

parametry pracy przerzutnika.

Pomiędzy tranzystorami T

1

oraz T

2

w powyższym układzie występuje dodatnie

sprzężenie pojemnościowe. Przejście jednego z nich w stan wzbudzenia powoduje
wzbudzenie drugiego, jednak opóźnione w czasie przez zastosowanie kondensatora.
Przerzut z kolei wiąże się z odwzbudzeniem pierwotnie aktywnego tranzystora. Takie
zmiany pojawiają się okresowo.

1

Rysunek 1.: Schemat zbudowanego obwodu. Parametry elementów skupionych:
R

obc

= 220 Ω, R

1

= R

2

= 12 kΩ, C

2

= 0.1 µF. Pojemność C

1

inna dla każdego z

pomiarów. Zastosowano dwa tranzystory BC 211.

Zmierzone podczas laboratorium parametry sygnałów U

1

oraz U

2

wynoszą:

(a) dla C

1

= 0.1 µF

Rysunek 2.: Przebiegi czasowe napięć U

1

i U

2

w przypadku (a).

Parametr

Sygnał U

1

Sygnał U

2

Napięcie U

top

11.9 V

11.9 V

Napięcie U

base

0.4 V

0.35 V

Wypełnienie k

w

49.4 %

49.4 %

Czas narastania

50 µs

58 µs

Czas opadania

< 4 µs

< 4 µs

Okres T

1.333 ms

1.333 ms

Częstotliwość f

748 Hz

748 Hz

2

(b) dla C

2

= 0.26 µF

Rysunek 3.: Przebiegi czasowe napięć U

1

i U

2

w przypadku (b).

Parametr

Sygnał U

1

Sygnał U

2

Napięcie U

top

11.8 V

12 V

Napięcie U

base

0.45 V

0.25 V

Wypełnienie k

w

27.5 %

71.5 %

Czas narastania

115 µs

< 65 µs

Czas opadania

< 10 µs

< 10 µs

Okres T

2.35 ms

2.35 ms

Częstotliwość f

426 Hz

426 Hz

Warto w tym momencie zauważyć, że maksymalne i minimalne napięcia wyjściowe

U

1

oraz U

2

(czyli stany niski i wysoki) nie są równe dokładnie potencjałowi zasilania

(+12 V) oraz masy (0 V), ale nieco od nich odbiegają. Można to uzasadnić na
podstawie charakterystyki wyjściowej tranzystora, a mianowicie obecności na niej
obszarów nasycenia i odcięcia.

Rysunek 4.: Charakterystyka wyjściowa tranzystora.

Jak wynika z wykonanych pomiarów, zwiększenie pojemności kondensatora C

1

prowadzi do:

3

• wydłużenia czasu, w którym tranzystor T

2

jest wyłączony,

• wydłużenia okresów sygnałów wyjściowych U

1

i U

2

(oraz zmniejszenie ich czę-

stotliwości),

• wydłużenia czasu narastania sygnału U

1

.

• zwiększenia współczynnika wypełnienia dla sygnału U

2

oraz zmniejszenia tegoż

współczynnika dla sygnału U

1

.

Pozostałe parametry charakteryzujące pracę układu pozostają bez wyraźnych zmian,
w szczególności warto zwrócić uwagę, że zmianie nie uległ czas, przez który tranzy-
stor T

1

jest wyłączony; wynosi on odpowiednio:

• dla przypadku (a): 49.4 % · 1.333 ms = 0.659 ms,
• dla przypadku (b): 27.5 % · 2.35 ms = 0.646 ms.

3.

Wnioski

Układy impulsowe ze względu na swoje właściwości stanowią pomost pomiędzy

układami analogowymi a cyfrowymi.

Odpowiednio dobierając parametry skupione ich obwodów, jesteśmy w stanie ste-

rować czasem trwania sygnałów (impulsów) wyjściowych, a przez to także ich wy-
pełnieniem.

Wsród przykładowych zastosowań układów impulsowych warto wymienić:

• generatory impulsów i przebiegów prostokątnych (np. przerzutnik Schmitta),

służących np. do taktowania innych procesów,

• chwilowe przechowywanie danych (pamięci RAM, liczniki, rejestry przesuwne),
• układy czasowe, np. realizujące opóźnienie.

4