EN_Uklady_czasowe

1. Cele

wiczenia

Celem

wiczenia jest badanie układów odmierzaj

cych czas oraz generuj

cych

przebiegi dwustanowe .

Działanie wi

kszo

ci tych układów oparte jest na procesie ładowania lub

rozładowania

kondensatora

lub

wykorzystaniu

drga

rezonatora

kwarcowego.

W niektórych zastosowaniach wa

na jest dokładno

ść

odmierzanego czasu. Uzyskanie

długich czasów (godziny, doby) na bazie pojedynczego procesu ładowania kondensatora
jest niemo

liwe (dlaczego? - przeprowadzi

analiz

). W tych przypadkach stosuje si

układy licznikowe, zawieraj

ce generator impulsów o stosunkowo du

ej cz

stotliwo

i liczniki dziel

ce t

stotliwo

ść

. Układy licznikowe umo

liwiaj

odmierzanie długich

czasów z wysok

dokładno

(baz

e by

rezonator kwarcowy).

Przedmiotem badania b

układy: czasowy 555 oraz licznikowy 4541.

Szczegółowy zakres bada

okre

la prowadz

wiczenie.

2. Zadanie do przygotowania w domu

Przed przyst

pieniem do

wiczenia nale

y odszuka

w literaturze lub przypomnie

z wykładów budow

oraz zasady działania układów 555 i 4541.

Nale

y zapozna

z danymi katalogowymi tych układów i funkcj

wyprowadze

Dane katalogowe zał

czone s

w postaci plików PDF, doł

czonych do instrukcji.

2.1 Układ czasowy 555

Układ 555 przeznaczony jest do wytworzenia pojedynczego impulsu (od mikrosekund

do kilkunastu minut) lub generacji impulsów prostok

tnych (od 1 MHz do 0.01Hz).

Oprócz podstawowych zastosowa

sto wykorzystywany jest do ró

nych nietypowych i

ciekawych funkcji (przetwornik napi

cie - cz

stotliwo

ść

, pomiar pojemno

ci itp.). Wyszukaj

w Internecie informacje na ten temat.

Na zał

czonym wyci

gu z danych katalogowych (rys.1) przedstawione s

typowe

zastosowania układu 555: przerzutnik astabilny i przerzutnik monostabilny.

Układ 555 zawiera dwa komparatory: dolny generuj

cy sygnał „set” (wł

cz), gdy

napi

cie na jego wej

ciu spada poni

ej 1/3 Uzas i górny generuj

cy sygnał „reset”

(kasuj) gdy napi

cie na jego wej

ciu przekroczy 2/3 Uzas . Sygnały te wł

czaj

i wył

czaj

przerzutnik R-S. Stan przerzutnika, poprzez bufor (układ zwi

kszaj

obci

ąż

alno

ść

dow

do ok. 100mA), jest przekazywany na wyj

cie układu.

W stanie „reset” przerzutnika do bazy tranzystora rozładowuj

cego wpływa pr

i wprowadza go w stan nasycenia (kolektor jest praktycznie zwarty z mas

Aby układ wytwarzał pojedynczy impuls wykorzystujemy ładowanie kondensatora

przez opornik, kontroluj

c napi

cie na kondensatorze (do kondensatora podł

czone jest

wej

cie górnego komparatora „reset”). Do kondensatora podł

czony jest tak

e tranzystor

rozładowuj

cy kondensator. Wej

cie komparatora „set” poprzez rezystor podci

gaj

podł

czone jest do +Uzas. Aby rozpocz

ąć

prac

nale

y na chwil

obni

potencjał na

tym wej

ciu poni

ej 1/3 Uzas co spowoduje stan „set” i zablokowanie tranzystora

rozładowuj

cego i pozwoli na ładowanie kondensatora. Proces b

dzie trwał do czasu a

napi

cie na kondensatorze osi

gnie poziom 2/3 Uzas i pojawi si

„reset” na wyj

ciu

górnego komparatora.

Analiza działania w trybie generatora impulsów jest podobna i

wicz

przeprowadz

samodzielnie.

2.2 Układ 4541

Układ zawiera wewn

trzny generator impulsów o cz

stotliwo

ci zale

nej od

podł

czonych do wyprowadze

1,2,3 rezystorów i kondensatora (patrz dane katalogowe).

stotliwo

ść

jest dzielona przez wewn

trzne liczniki binarne na 256, a nast

pnie,

w zale

ci od stanu na wej

ciach programuj

cych A (12) i B(13), dodatkowo przez 1, 4,

32 lub 256 co daje stopie

podziału 256, 1024, 8192, 65536. Po zliczeniu zadanej ilo

impulsów kasowany jest (ustawiany po wł

czeniu zasilania) przerzutnik R-S ko

odmierzanie czasu.

Wej

cie SELECT Q/Q (9) odwraca polaryzacj

sygnału na wyj

ciu (1 lub 0).

W zale

ci od stanu na wej

ciu MODE (10) po zako

czeniu zliczania przerzutnik

jest na stałe kasowany (MODE=0) lub przepuszcza sygnały z licznika powtarzaj

c cykle

(MODE=1).

eli na wej

ciu AUTO RESET (5) jest podane 0 (poł

czenie wyprowadzenia

z mas

) po zał

czeniu zasilania nast

puje zerowanie liczników i start układu.

Układ 4541 pozwala na odmierzanie zarówno krótkich (0.1sek) jak i długich

(24godz.) czasów i ma szerokie zastosowanie w automatach i urz

dzeniach steruj

cych

maszyn jako przeka

niki czasowe lub tak zwane czasówki, których działanie rozpoczyna

po podaniu zasilania).

3. Przebieg

wiczenia

3.1 Badanie układu 555
Wstawi

układ 555 w przygotowan

podstawk

Poda

na oba (zwarte ze sob

) wej

cia komparatorów (2,6) napi

cie z potencjometru

regulacyjnego . Zdj

ąć

charakterystyk

STAN = f (U) (STAN mo

e przyjmowa

warto

„1” lub „0”).
Sprawdzi

działanie wej

cia RESET (4).

Poł

czy

układ do pracy astabilnej dobieraj

c kondensator i rezystory Ra i Rb aby

uzyska

zadan

przez prowadz

cego cz

stotliwo

ść

Po uruchomieniu układu okre

lamy parametry generowanego sygnału: cz

stotliwo

ść

współczynnik wypełnienia impulsów, poziom niski, poziom wysoki.

3.2 Zastosowanie 555 jako czujnika pojemno

ciowego

Jako kondensator zadaj

cy czas stosujemy kondensator ok. 20pF i mał

płytk

laminatu. Zbli

c i oddalaj

c r

obserwujemy zmiany cz

stotliwo

ci.

3.3 Badanie układu 555 jako uniwibratora
W przygotowan

podstawk

wstawiamy układ 555 i tworzymy konfiguracj

uniwibratora,

podł

czaj

c rezystor i kondensator dobrane tak aby uzyska

zadan

przez prowadz

cego

długo

ść

impulsu.

Zademonstrowa

działanie układu za pomoc

oscyloskopu lub za pomoc

doł

czonej do wyj

cia układu diody LED (w przypadku wystarczaj

co długich czasów

trwania impulsu).

3.4.Badanie układu 4541
Do wej

ść

oscylatora podł

czamy R

dobrane tak, aby uzyska

stotliwo

ść

około

2 kHz. Wstawiamy układ w podstawk

i sprawdzamy działanie, obserwuj

c przebiegi na

cówkach oscylatora.

Podaj

c na odpowiednie wej

cia stany logiczne „0” lub „1” obserwujemy działanie układu.

Wnioski z obserwacji nale

y zamie

w tabeli.

3.5. Prezentacja i analiza wyników bada

Na podstawie przeprowadzony bada

i pomiarów nale

y opracowa

wnioski i uwagi, jakie

nasun

ły si

podczas wykonywania

wiczenia .

4. Wymagania BHP

Warunkiem przyst

pienia do

wiczenia jest zapoznanie si

z instrukcj

BHP

stosowan

w Laboratorium i przepisami porz

dkowymi . Instrukcje te powinny by

podane

studentom podczas pierwszych zaj

ęć

laboratoryjnych i dost

pne do wgl

du w

Laboratorium.

Pracownia

powinna

odpowiada

ogólnym

wymaganiom

BHP

przewidzianym dla laboratorium .

5. Sprawozdanie studenckie

Sprawozdanie z

wiczenia powinno zawiera

•

stron

tytułow

zgodnie z obowi

zuj

cym wzorem;

•

cel i zakres

wiczenia;

•

schemat zaprojektowanego układu pomiarowego z obliczeniami elementów

•

projekt płytki drukowanej lub schemat monta

owy

•

opis przebiegu

wiczenia z wyszczególnieniem wykonywanych czynno

ci;

•

tabele i wykresy ilustruj

ce osi

gni

te wyniki i parametry

•

wnioski i uwagi.

Sprawozdanie powinno by

wykonane i oddane na zako

czenie

wiczenia,

najpó

niej na zaj

ciach nast

pnych. Sprawozdania oddane pó

niej b

oceniane ni

ej.

6. Literatura

U.Tietze CH. Schenk . Układy półprzewodnikowe, WNT, 2009
S. Soclof. Zastosowania analogowych układów scalonych, WKiŁ, 1991
Dane katalogowe układów 555 i 4541 s

zamieszczone na stronie internetowej KAiE.