WYDZIAŁ MECHANICZNY ENERGETYKI I LOTNICTWA

INSTYTUT TECHNIKI CIEPLNEJ

ZAKŁAD POMP, NAPĘDÓW I SIŁOWNI

Laboratorium Elektroniki

Skład zespołu:

Łukasz Wardziak

Jarosław Bigorajski

Roman Glezman

Marek Szlaga

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 5.

Temat: Układy Impulsowe

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się z właściwościami wybranych układów impulsowych i możliwościami zastosowań tego typu urządzeń.

2. Wiadomości teoretyczne.

Do grupy układów impulsowych zaliczane są te układy elektroniczne, w których zmiany sygnałów następują skokowo. Najczęściej są to układy, w których wyróżnia się dwa stany różniące się poziomem sygnału. Elementy elektroniczne wchodzące w skład takich układów najczęściej pracują w dwóch stanach: przewodzenia i blokowania.

Przełączanie tranzystora w układach impulsowych polega na zmianie położenia jego punktu pracy z obszaru odcięcia do obszaru nasycenia. Tranzystor więc pracuje przy dużych zmianach rezystancji pełniąc rolę wyłącznika, który raz zamyka a raz otwiera obwód wyjściowy.

Dołączamy poniżej rysunek przedstawiający charakterystyki statyczne, w których oznaczono punkty pracy w stanach załączenia i wyłączenia tranzystora.

Przerzutniki są to układy przełączające, w których występuje dodatnie sprzężenie zwrotne zapewniające szybkie zmiany poziomu sygnału czyli szybkie przełączanie.

W przerzutniku bistabilnym (uniwibrator) występują dwa stabilne stany równowagi. Zmiana stanu układu następuje pod wpływem sygnałów sterujących.

Zastosowanie: Przerzutniki bistabilne stosuje się do budowy dzielników częstotliwości, liczników, rejestrów, pamięci statycznych i wielu innych układach cyfrowych.

Przerzutnik monostabilny. Przełączający układ monostabilny z dodatnim sprzężeniem zwrotnym jest układem pozostającym normalnie w stanie stabilnym. Po doprowadzeniu sygnału wyzwalającego układ przechodzi bardzo szybko do drugiego stanu quasi-stabilnego, w którym pozostaje przez pewien czas, po czym szybko wraca do stanu początkowego. W tym stanie stabilnym pozostaje aż do pojawienia się następnego sygnału wyzwalającego.

Zastosowanie: Przerzutniki monostabilne stosuje się do: opóźnienia w wykonywaniu pewnych operacji, nietrwałej pamięci z samo kasowaniem, odmierzania czasu, standaryzacji impulsów, pomiaru pojemności i rezystancji.

Przerzutnik Schmitta jest to dwustopniowy wzmacniacz prądu stałego z dodatnim sprzężeniem zwrotnym. Jeżeli sygnał wejściowy przekracza pewien poziom, układ przełącza się z jednego stanu w drugi. Nowy stan trwa tak długo, jak długo poziom sygnału wejściowego pozostaje ponad sygnałem progowym.

Zastosowanie: Przerzutnik Schmitta znajduje szerokie zastosowanie wszędzie tam, gdzie zachodzi konieczność kształtowania impulsów. Dotyczy to szczególnie systemów telekomunikacyjnych, rozległych sieci komputerowych itp.

3. Przebieg ćwiczenia

W czasie ćwiczenia badaliśmy zachowanie układów impulsowych na przykładzie przerzutnika astabilnego.

Badania przeprowadziliśmy dla napięcia wejściowego U_we=12V.

Wszystkich pomiarów i obserwacji dokonaliśmy za pomocą oscyloskopu.

Badany na zajęciach układ dał nam następujący przebieg napięcia w funkcji czasu:

Sygnał z wyjść obu tranzystorów był identyczny, lecz przesunięty o pół okresu.

Na podstawie wykresu odczytaliśmy następujące dane:

Czas opadania 0 [μs]

Czas narastania 40[μs]

Amplituda 12[V]

Współczynnik wypełnienia $\cong \frac{250}{500} \cong 0,5 \cong 50\%$

Okres 500 [μs]

Czas opadania jest różny od jednak nie można dokonać pomiaru tej wielkości, ponieważ używany sprzęt i jego dokładność na to nie pozwala. Powinien wynosić w przybliżeniu pół czasu narastania (zaznaczyliśmy go linią przerywaną). Amplituda także nie wynosi dokładnie 12 V jest zapewne trochę niższe ale za pomocą danego oscyloskopu nie udało na się uzyskać dokładniejszego odczytu. Podobnie poziom 0 V też nie jest dokładnie zero, są to setne części wolta.

4. Podsumowanie

Wysoki i niski poziom napięcia wynika z charakterystyki tranzystora. Jeśli punkt pracy jest w obszarze nasycenia, to obwód wyjściowy jest załączony i poziom napięcia wyjściowego jest bliski zeru (U_CE dąży do zera). Jeśli pod wpływem np. sygnału wejściowego punkt pracy przesunie się do obszaru odcięcia, to nastąpi odłączenie obwodu wyjściowego, a poziom napięcia w tym obwodzie zmieni się skokowo do wartości bliskiej napięcia zasilającego (U_CE dąży do E_Z). Czas po jakim nastąpi zmiana sygnału wyjściowego zależy od właściwości tranzystora i parametrów elementów RC występujących w obwodzie.

Układy impulsowe są szeroko stosowane w różnych gałęziach nauki i techniki. Bardzo ważną rolę odgrywają w radiokomunikacji, telewizji, radiolokacji, układach telemetrycznych oraz układach zdalnego kierowania. Duże znaczenie układów impulsowych w automatyce związane jest głównie z zastosowaniem maszyn cyfrowych (przerzutniki bistabilne). Przerzutniki monostabilne znajdują natomiast szerokie zastosowanie jako układy odmierzania czasu, oraz układy realizacji zwłoki w wykonywaniu zadanych operacji. Ostatni z przerzutników – przerzutnik Schmitta znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie zachodzi konieczność kształtowania impulsów np. w układach odtwarzających sygnał pierwotny, który uległ zakłóceniu.