POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT TELEKOMUNIKACJI I AKUSTYKI |
Piątek 8.15 - 11.00 |
|
LABORATORIUM UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH GRUPA NR 3
|
Sprawozdanie z ćwiczenia nr 11
Generatory impulsowe
|
|
DATA WYKONANIA: 1999-11-19 |
OCENA: |
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia było zapoznanie się z podstawowymi parametrami i niektórymi zastosowaniami wybranych układów generatorów impulsowych.
Układy pomiarowe
Schematy układów pomiarowych wykorzystanych w ćwiczeniu przedstawiają poniższe rysunki:
Rys.2.1. Schemat układu uniwibratora
Rys.2.2. Schemat układu multiwibratora
Pomiary
Pomiary uniwibratora
Pomiar czasu trwania generowanych impulsów dla różnych par elementów R2 i C2
R2 [k] |
C2 [nF] |
[ms] |
obl [ms] |
|
1 |
0,0010 |
0,0011 |
1 |
100 |
0,44 |
0,11 |
|
1000 |
1,80 |
1,10 |
|
1 |
0,01 |
0,01 |
5,1 |
100 |
2,28 |
0,56 |
|
1000 |
10,40 |
5,60 |
|
1 |
0,0102 |
0,0110 |
10 |
100 |
4,67 |
1,10 |
|
1000 |
20,84 |
10,99 |
|
1 |
0,0540 |
0,0560 |
51 |
100 |
21,00 |
5,60 |
|
1000 |
114,82 |
56,03 |
|
1 |
0,1050 |
0,1099 |
100 |
100 |
39,26 |
10,99 |
|
1000 |
239,33 |
109,86 |
Rys.3.1.1. Wykres zależności t = t(R), C2 = parametr
Linia ciągła oznacza wartość wyliczoną teoretycznie, linia przerywana - zmierzoną
Pomiar czasu trwania i amplitudy generowanych impulsów przy zmianie napięcia zasilania
Uzz [V] |
12 |
11 |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
Uwy [V] |
12,0 |
10,7 |
9,6 |
8,6 |
7,4 |
6,4 |
5,4 |
4,4 |
t [s] |
1,10 |
1,11 |
1,13 |
1,15 |
1,17 |
1,20 |
1,23 |
1,27 |
Rys.3.1.2.1. Wykres zależności Uwy = f (Uzz)
Rys.3.1.2.2. Wykres zależności t = f(Uzz)
Badanie wpływu obciążenia na parametry impulsu wyjściowego
Stosując kolejno jako obciążenie rezystory R3 o wartościach: 100, 1k, 10k, 100k, 1M, zbadaliśmy wpływ obciążenia na parametry impulsu wyjściowego. Wpływ ten objawił się spadkiem amplitudy sygnału wyjściowego (0,6V) wraz ze spadkiem wartości obciążenia oraz rozmyciem początku impulsu dla małych obciążeń.
Sprawdzenie projektu uniwibratora
Zgodnie z instrukcją do ćwiczenia i poleceniem prowadzącego zaprojektowaliśmy układ uniwibratora generującego impuls o czasie trwania T = 2,5 ms. Przyjmując wartość rezystora R2 = 100k otrzymaliśmy ze wzoru
wartość kondensatora C2 = 22nF. Pozostałe elementy przyjęliśmy jak na schemacie z rys.2.1. Po złożeniu układ generował założony impuls.
Pomiary multiwibratora
Obserwacja generowanych przebiegów
Po zmontowaniu układu jak na schemacie rys.2.2. odrysowaliśmy zaobserwowane generowane przebiegi napięć: Uwy(t) i Up(t) (oscylogram w protokole). Z oscylogramu odczytaliśmy następujące parametry przebiegu Uwy(t):
czas trwania t = 187 s
czas oczekiwania o = 125 s
czas całkowity c = 312 s
współczynnik wypełnienia ww = 59,9%
częstotliwość sygnału f = 3205 Hz
amplitudę sygnału Uwy = 10,3V
Pomiar parametrów przebiegu napięcia wyjściowego w zależności od wartości R2
R2 [k] |
3 |
5,1 |
10 |
20 |
30 |
51 |
t [ms] |
0,24 |
0,37 |
0,70 |
1,30 |
1,90 |
3,40 |
c [ms] |
0,44 |
0,70 |
1,25 |
2,40 |
3,75 |
6,40 |
o [ms] |
0,20 |
0,33 |
0,55 |
1,10 |
1,85 |
3,00 |
ww [%] |
54,55 |
52,86 |
56,00 |
54,17 |
50,67 |
53,13 |
Rys.3.2.2. Wykres zależności parametrów przebiegu od wartości rezystancji R2
Pomiar parametrów przebiegu napięcia wyjściowego w zależności od wartości R1
R1 [k] |
2 |
3 |
5,1 |
6,2 |
10 |
t [ms] |
0,18 |
0,22 |
0,41 |
0,48 |
0,70 |
c [ms] |
0,31 |
0,35 |
0,54 |
0,62 |
0,83 |
o [ms] |
0,13 |
0,13 |
0,13 |
0,14 |
0,13 |
ww [%] |
58,06 |
62,86 |
75,93 |
77,42 |
84,34 |
Rys.3.2.2. Wykres zależności parametrów przebiegu od wartości rezystancji R1
Pomiar częstotliwości i amplitudy generowanych impulsów przy zmianie napięcia zasilania
Uzz [V] |
12 |
11 |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
Uwy [V] |
10,8 |
9,5 |
8,3 |
7,1 |
6,2 |
5,3 |
4,5 |
3,8 |
f [kHz] |
3,98 |
3,99 |
4,00 |
4,01 |
4,03 |
4,05 |
4,06 |
4,07 |
Rys.3.2.4. Wykres zmian częstotliwości i amplitudy napięcia wyjściowego w funkcji zmiany napięcia zasilania
Badanie wpływu obciążenia na parametry impulsu wyjściowego
Podobnie jak w przypadku uniwibratora stosując kolejno jako obciążenie rezystory R3 o wartościach: 100, 1k, 10k, 100k, 1M, zbadaliśmy wpływ obciążenia na parametry impulsu wyjściowego. Także w tym przypadku wpływ ten objawił się spadkiem amplitudy sygnału wyjściowego (ale nieznacznym, rzędu 0,1V) wraz ze spadkiem wartości obciążenia oraz rozmyciem początku impulsu dla małych obciążeń.
Wnioski
1. W niniejszym ćwiczeniu zbadaliśmy dwa podstawowe impulsowe generatory relaksacyjne zbudowane w oparciu o układ czasowy 555: generator monostabilny (uniwibrator) i generator astabilny - multiwibrator.
W pierwszym punkcie ćwiczenia zbadaliśmy zależność czasu trwania generowanych impulsów dla różnych par elementów R2 i C2. Jak widać na rysunku 3.1.1. jest to zależność liniowa. Rozbieżności pomiędzy wartościami zmierzonymi a wyliczonymi teoretycznie wynikają przede wszystkim z niezadowalającej dokładności pomiarów (czasomierz / częstościomierz dawał wskazania nijak mające się do uzyskanego oscylogramu, a dokładność oscyloskopu okazała się niewystarczająca) oraz z 20% tolerancji zastosowanych elementów, co w przypadku propagacji błędów uwiarygodnia otrzymane wyniki (jak widać z rysunku otrzymana zależność jest zgodna z wyznaczoną teoretycznie, tyle tylko, że jest względem niej przesunięta).
2. Zbadane zależności czasu trwania i amplitudy impulsu wyjściowego w funkcji zmiany napięcia zasilania przedstawiają rysunki 3.1.2.1. i 3.1.2.2. Są to zależności liniowe. Amplituda napięcia wyjściowego maleje nieco szybciej niż napięcie zasilania, natomiast czas trwania impulsu wydłuża się wraz ze spadkiem napięcia zasilania.
3. Jak już zostało napisane, wpływ zmian obciążenia na parametry impulsu wyjściowego objawił się spadkiem amplitudy sygnału wyjściowego wraz ze spadkiem wartości obciążenia oraz rozmyciem początku impulsu dla małych obciążeń. Zależność taka występuje dla obydwu badanych układów.
4. Na podstawie sporządzonego oscylogramu (protokół) można stwierdzić, że multiwibrator astabilny działa w ten sposób, że w trakcie ładowania kondensatora na wyjściu układu trwa impuls, a w trakcie rozładowywania jest przerwa. Biorąc pod uwagę, że wyjście nie jest brane z wyjścia Q przerzutnika, a z wyjścia Q, to taki schemat pracy jest zgodny z zamieszczonym w instrukcji do ćwiczenia.
5. Kolejnym punktem ćwiczenia był pomiar parametrów przebiegu napięcia wyjściowego w zależności od wartości rezystancji R2 i R1. Z przeprowadzonych badań wynika, że zwiększanie rezystora R2 powoduje wydłużenie czasu oczekiwania, natomiast w przypadku rezystora R1 takiej zależności nie obserwujemy. Czas całkowity i czas trwania impulsu wzrasta liniowo wraz ze wzrostem tych rezystancji.
Zwiększanie rezystora R2 wywołało oscylacyjne wahania współczynnika wypełnienia pomiędzy 50% a 56%, natomiast przy wzroście rezystancji R1 widać liniowy wzrost współczynnika wypełnienia przebiegu czyli wzrost długości trwania impulsu.
6. Pomiar częstotliwości i amplitudy generowanych impulsów przy zmianie napięcia zasilania potwierdza teoretyczne założenie, że częstotliwość generowanych impulsów nie zależy od wielkości napięcia zasilającego. Widać natomiast dużą czułość amplitudy napięcia wyjściowego na zmianę napięcia zasilania.
7. Poważnym utrudnieniem w wykonaniu przez nas tego ćwiczenia okazał się brak zasilania na początku zajęć, co wprowadziło znaczne opóźnienia, a w dalszej kolejności zmusiło nas do prowadzenia pomiarów na stanowisku przeznaczonym do innego ćwiczenia, co z kolei miało niewątpliwy wpływ na dokładność otrzymanych przez nas wyników (inny sprzęt pomiarowy). Innym niekorzystnym czynnikiem była silna wrażliwość aparatury pomiarowej na czynniki zewnętrzne, co objawiało się gwałtownymi wahaniami wskazań w przypadku poruszenia ręką przewodów. Odczyty z częstościomierza nie były wiarygodne (trudno nawet mówić o powtarzalności), lecz przyczyny tego stanu rzeczy nie udało się nam ustalić. Prawdopodobnie było to spowodowane zużyciem wejścia tego przyrządu. Podsumowując możemy stwierdzić, że podstawowy cel ćwiczenia osiągnęliśmy, lecz ze względu na czynniki zewnętrzne niezależne od nas zrealizowaliśmy stosunkowo niewielką część programu laboratorium.
1
1