15248

Схемотехника диодно-транзисторной логики (ДТЛ), резистивно-транзисторной логики (РТЛ) и транзисторно- транзисторной логики. Мультивибраторы. Исследование работы ЦАП и АЦП

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лабораторный практикум № 3 по курсу Электротехника и электроника часть 2 на тему Схемотехника диоднотранзисторной логики ДТЛ резистивнотранзисторной логики РТЛ и транзисторно транзисторной логики. Мультивибраторы. Исследование работы ЦАП и АЦП. В...

Русский

2013-06-11

897.39 KB

45 чел.

Лабораторный практикум № 3

по курсу « Электротехника и электроника, часть 2 »

на тему

«Схемотехника диодно-транзисторной логики (ДТЛ), резистивно-транзисторной логики (РТЛ) и транзисторно- транзисторной логики. Мультивибраторы.

Исследование работы ЦАП и АЦП

Вариант № 9

СОДЕРЖАНИЕ

Аннотация……………………………………………………………………………………………...3

  1.Исследование резистивно-транзисторной логики …………………………………….........4

1.1 Исследование резистивно-транзисторной логики в Micro-Cup 9……………………………...4

1.2 Исследование  резистивно -транзисторной логики в Multisim………………………………....7

  2.Исследование диодно-транзисторной логики …………………………………….................9

2.1 Исследование диодно-транзисторной логики в Micro-Cup 9…………………………………..9

2.2 Исследование  диодно-транзисторной логики в Multisim……………………………………..12

  3.Исследование транзисторно-транзисторной логики …………………………....................13

3.1 Исследование транзисторно-транзисторной логики в Micro-Cup 9…………………………...13

3.2 Исследование  транзисторно-транзисторной логики в Multisim………………………………17

  4.Исследование работы ЦАП и АЦП……………………………………………………………19

Выводы……………………………………………………………….……………….…....................23

Использованная литература……………………………………………………………………….23


Аннотация

Данный отчет посвящен выполнению лабораторного практикума с использованием программных средств Micro-Cap 9, Multisim и MathCAD 15.

В данной работе проводится исследование схемотехники диодно-транзисторной логики (ДТЛ), резистивно-транзисторной логики (РТЛ) и транзисторно- транзисторной логики и исследование работы ЦАП и АЦП.

В работе изучаются:

  1. временные анализы диодно-транзисторной логики (ДТЛ), резистивно-транзисторной логики (РТЛ) и транзисторно- транзисторной логики.
  2. моделирование лабораторных исследований в программах схемотехнического моделирования
  3.  работа ЦАП и АЦП.

1.Исследование резистивно-транзисторной логики.

1 .1 Исследование резистивно-транзисторной логики в Micro-Cup 9.

Проводом исследование резистивно-транзисторной логики, в соответствии со схемой, указанной на рисунке 1.

Рис.1

Транзистор для схемы выбрать в соответствии правилом, номер варианта определяет номер в списке группы.

.MODEL KT315L                NPN(IS=10E-15 ISE=100NA NE=4 ISC=100NA NC=4 BF=50

+                            IKF=.05A VAF=80 CJC=7PF CJE=7PF RB=3 RE=.5 RC=.2

+                            TF=0.8NS TR=170NS KF=4E-15 AF=1)

Приводим временные диаграммы работы схемы с параметрами сигнала, указанного на рисунке 2. В качестве источника сигнала в схеме используем генератор, настройка которого представлена там же.

Рисунок 2

Временную задержку между импульсами первого и второго генератора устанавливаем равную половине длительности импульса.

Для проведения временного анализа пользуемся командой Анализ-Анализ переходных процессов(Transient).Задаем необходимые параметры и получаем графики, указанные на рис. 3

Рисунок 3

Теперь исследуем логическую схему на реакции ее транзисторов при изменении подаваемого напряжения(Dinamic DC):

Получили ряд возможных реакций. Составим таблицу истинности:

Q1

Q2

OFF

OFF

OFF

ON

ON

OFF

ON

ON

1.2 Исследование резистивно-транзисторной логики в Multisim.

Проводом исследование резистивно-транзисторной логики, в соответствии со схемой, указанной на рисунке 3.

Рисунок 4.

Параметры, используемого в схеме транзистора:

.MODEL 2N3055A  npn

+IS=3.41639e-13 BF=405.26 NF=1.03507 VAF=120.176

+IKF=10 ISE=8.44498e-12 NE=3.47601 BR=0.1

+NR=1.04536 VAR=1.10398 IKR=2.5029 ISC=5.50017e-13

Приводим временные диаграммы работы схемы с параметрами сигнала, указанного на рисунке 4. В качестве источника сигнала в схеме используем генератор, настройка которого представлена там же.

Рисунок 5

Временную задержку между импульсами первого и второго генератора устанавливаем равную половине длительности импульса.

Для проведения временного анализа пользуемся командой Simulate-Analyses- Transient Analysis. Задаем необходимые параметры и получаем графики, указанные ниже.

Результаты, полученные в обеих программах получились идентичными. Исходя из сравнения результатов с таблицей истинности для данноц схемы можем сделать вывод.

Вывод:

РТЛ-элемент выполняет функцию ИЛИ-НЕ в позитивной логике или И-НЕ в негативной. Относительно низкоомное базовое сопротивление обеспечивает полное открывание транзисторов при малом потреблении тока, что однако приводит к малой нагрузочной способности элемента.

2.Исследование диодно-транзисторной логики

2.1 Исследование диодно-транзисторной логики в Micro-Cup 9

Проводоим исследование диодно-транзисторной логики, в соответствии со схемой, указанной  на рисунке 5.

Рисунок 6

Транзистор для схемы выбирается в соответствии с частью 1 задания, аналогично и диод выбирается согласно варианту задания первого практикума.

Параметры диода:

.MODEL 1N626 D (IS=4.779844n N=1.775744 BV=50 IBV=100.000001p RS=869.743314m

+ TT=1.442695u CJO=1.73058p VJ=14.999651 M=816.137774m RL=1.915652G)

Привести временные диаграммы работы схемы с параметрами сигнала, указанного на рисунке 2 пункта 1.1. Временную задержку между импульсами первого и второго генератора установить равную половине длительности импульса.

Для проведения временного анализа пользуемся командой Анализ-Анализ переходных процессов (Transient). Задаем необходимые параметры и получаем графики, указанные ниже.

Теперь исследуем логическую схему на реакции ее транзисторов при изменении подаваемого напряжения(Dinamic DC):

Получили ряд возможных реакций. Составим таблицу истинности:

 

D1

D2

D3

D4

Q1

ON

ON

OFF

OFF

OFF

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

ON

ON

2.2 Исследование диодно-транзисторной логики в Multisim.

Проводом исследование диодно-транзисторной логики, в соответствии со схемой, указанной на рисунке 7.

Рисунок 7.

Параметры, используемого в схеме диода:

.MODEL      1DH62 D

+ IS=5.950e-006 N=4.031e+000 RS=2.677e-002

+ BV=2.400e+002

+ EG=1.110e+000 XTI=3.000e+000 TT=5.760e-007

+ FC=5.000e-001 KF=0.000e+000 AF=1.000e+000

Приводим временные диаграммы работы схемы с параметрами сигнала, аналогичным предыдущему пункту.

Временную задержку между импульсами первого и второго генератора устанавливаем равную половине длительности импульса.

Для проведения временного анализа пользуемся командой Simulate-Analyses- Transient Analysis. Задаем необходимые параметры(рисунок 7) и получаем графики, указанные ниже.

Рисунок 7.

Результаты, полученные в обеих программах получились идентичными. Исходя из сравнения результатов с таблицей истинности для данноц схемы можем сделать вывод.

Вывод:

ДТЛ-элемент выполняет функцию И-НЕ. Низкий уровень на любом из входов («0») приводит к закрытию транзистора, то есть высокому уровню на выходе («1»). Транзистор открыт только тогда, когда на каждый из входов подается высокий уровень.

3.Исследование транзисторно-транзисторной логики.

3 .1 Исследование транзисторно-транзисторной логики в Micro-Cup 9.

Проводом исследование транзисторно-транзисторной логики, в соответствии со схемой, указанной на рисунке 8.

Рис.8

Транзистор для схемы выбрать в соответствии правилом, номер варианта определяет номер в списке группы.

.MODEL KT315L                NPN(IS=10E-15 ISE=100NA NE=4 ISC=100NA NC=4 BF=50

+                            IKF=.05A VAF=80 CJC=7PF CJE=7PF RB=3 RE=.5 RC=.2

+                            TF=0.8NS TR=170NS KF=4E-15 AF=1)

Приводим временные диаграммы работы схемы с параметрами сигнала, указанного на рисунке 2. В качестве источника сигнала в схеме используем генератор, настройка которого представлена там же.

Рисунок 2

Временную задержку между импульсами первого и второго генератора устанавливаем равную половине длительности импульса.

Для проведения временного анализа пользуемся командой Анализ-Анализ переходных процессов(Transient).Задаем необходимые параметры и получаем графики, указанные ниже.

Теперь исследуем логическую схему на реакции ее транзисторов при изменении подаваемого напряжения(Dinamic DC):

Получили ряд возможных реакций. Составим таблицу истинности:

Q1a

Q1b

D1

D2

Q2

ON

ON

OFF

OFF

OFF

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

ON

ON

ON

1.2 Исследование транзисторно-транзисторной логики в Multisim.

Проводом исследование транзисторно-транзисторной логики, в соответствии со схемой, указанной на рисунке 9.

Рисунок 9.

Параметры, используемого в схеме транзистора:

.MODEL 2N3055A  npn

+IS=3.41639e-13 BF=405.26 NF=1.03507 VAF=120.176

+IKF=10 ISE=8.44498e-12 NE=3.47601 BR=0.1

+NR=1.04536 VAR=1.10398 IKR=2.5029 ISC=5.50017e-13

Временную задержку между импульсами первого и второго генератора устанавливаем равную половине длительности импульса.

Для проведения временного анализа пользуемся командой Simulate-Analyses- Transient Analysis. Задаем необходимые параметры и получаем графики, указанные ниже.

Результаты, полученные в обеих программах получились идентичными. Исходя из сравнения результатов с таблицей истинности для данноц схемы можем сделать вывод.

Вывод:

ТТЛ-элемент выполняет функцию И-НЕ. Как более эффективная технология, она устраняет проблему задержки прохождения сигнала. Данная проблема решена путем замены диодов на мультиэмиттерный транзистор, что позволяет добиться более плотной схемы.

4.Исследование ЦАП  и АЦП в Мultisim.

Схема:

Аналоговый сигнал является непрерывной функцией времени, в АЦП он преобразуется в последовательность цифровых значений. Следовательно, необходимо определить частоту выборки цифровых значений из аналогового сигнала. Частота, с которой производятся цифровые значения, получила название частота дискретизации АЦП.

Непрерывно меняющийся сигнал с ограниченной спектральной полосой подвергается оцифровке (то есть значения сигнала измеряются через интервал времени T — период дискретизации) и исходный сигнал может быть точно восстановлен из дискретных во времени значений путём интерполяции. Точность восстановления ограничена ошибкой квантования. Однако в соответствии с теоремой Котельникова-Шеннона точное восстановление возможно только если частота дискретизации выше, чем удвоенная максимальная частота в спектре сигнала.

Поскольку реальные АЦП не могут произвести аналого-цифровое преобразование мгновенно, входное аналоговое значение должно удерживаться постоянным по крайней мере от начала до конца процесса преобразования (этот интервал времени называют время преобразования). Эта задача решается путём использования специальной схемы на входе АЦП — устройства выборки-хранения — УВХ. УВХ, как правило, хранит входное напряжение на конденсаторе, который соединён со входом через аналоговый ключ: при замыкании ключа происходит выборка входного сигнала (конденсатор заряжается до входного напряжения), при размыкании — хранение. Многие АЦП, выполненные в виде интегральных микросхем содержат встроенное УВХ.

В моем случае получается примерно 4762Гц. Вычислено из периода с учетом 8 разряда.

Точность:

Имеется несколько источников погрешности АЦП. Ошибки квантования и (считая, что АЦП должен быть линейным) нелинейности присущи любому аналого-цифровому преобразованию. Кроме того, существуют так называемые апертурные ошибки которые являются следствием джиттера (англ. jitter) тактового генератора, они проявляются при преобразовании сигнала в целом (а не одного отсчёта).

Эти ошибки измеряются в единицах, называемых МЗР — младший значащий разряд. В приведённом выше примере 8-битного двоичного АЦП ошибка в 1 МЗР составляет 1/256 от полного диапазона сигнала, то есть 0,4 %, в 5-ти тритном троичном АЦП ошибка в 1 МЗР составляет 1/243 от полного диапазона сигнала, то есть 0,412 %, в 8-тритном троичном АЦП ошибка в 1 МЗР составляет 1/6561, то есть 0,015 %

1.Характеристика:

Так как отсутствует фильтр – ступеньки. Вниз характеристика не идет, так как отрицтельные значения вольт измерить нельзя.

2.Для их измерения можно включить в схему операционный усилитель или диодный мост, что приведет к смещению характеристик вверх.

Или можно:

3.При увеличении получаем большие искажения:

При уменьшении наоборот:

Вывод.

Были изучены устройства логических цепей, их использование, методы анализа и снятия характеристик. Была изучена работа с АЦП и ЦАП и их анализи их в MultiSim. Изучены новые возможности пакетов программ MultiSim и MicroCap.

Использованная литература:

-учебные материалы по курсу «Электротехника и электроника, часть 2»;

-лекции по курсу «Электротехника и электроника, часть 2» Загидуллина Равиля Шамильевича;


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18279. ФУНКЦІЇ ВІДОБРАЖЕННЯ 260.5 KB
  Лекція 6 ФУНКЦІЇ ВІДОБРАЖЕННЯ Поняття функції та її основні характеристики. Способи задання функцій. Відображення і їх види. Рівнопотужні множини. Потужність множини. Теорема про обєднання рівно потужних множин. Питання на самостійне опрацю
18280. АЛГЕБРАЇЧНІ ОПЕРАЦІЇ І АЛГОРИТМИ 72.5 KB
  Лекція 7 АЛГЕБРАЇЧНІ ОПЕРАЦІЇ І АЛГОРИТМИ Бінарні алгебраїчні операції та їх основні характеристики. Асоціативний і комутативний закони операції. Дистрибутивні закони що повязують дві операції. Операція обернена даній. Питання на самостійне опр...
18281. ЛОГІКА ВИСЛОВЛЕНЬ 143.5 KB
  Лекція 8 ЛОГІКА ВИСЛОВЛЕНЬ Поняття про твердження. Математичні твердження та їх види. Висловлювання логічне значення висловлення. Логічні сталі. Прості і складні висловлення. Пропозиційні змінні. Операції заперечення конюнкції дизюнкції та еквіва
18282. ЛОГІКА ПРЕДИКАТІВ 172.5 KB
  Лекція 9 ЛОГІКА ПРЕДИКАТІВ Поняття про зміну в математиці. Предикат висловлювальна форма та його основні характеристики. Тотожно істинні тотожно хибні і рівносильні предикати. Операції логіки висловлень над предикатами. Області істинності результат
18283. МІРКУВАННЯ ТА ПЕРЕВІРКА ЇХ ПРАВИЛЬНОСТІ 87.5 KB
  Лекція 10 МІРКУВАННЯ ТА ПЕРЕВІРКА ЇХ ПРАВИЛЬНОСТІ Поняття про міркування. Правильні і неправильні міркування. Перевірка правильності міркувань за допомогою кругів Ейлера або наведення контрприкладу. Теореми і їх будова. Твердження що повязані з даною те
18284. РІЗНІ ПІДХОДИ ДО ПОБУДОВИ МНОЖИНИ ЦІЛИХ НЕВІД’ЄМНИХ ЧИСЕЛ 70 KB
  Лекція 11 РІЗНІ ПІДХОДИ ДО ПОБУДОВИ МНОЖИНИ ЦІЛИХ НЕВІДЄМНИХ ЧИСЕЛ Короткі історичні відомості про виникнення натурального числа і нуля. Різні підходи до побудови множини цілих невідємних чисел. Скінченні множини та їх властивості: а Теоретикомн
18285. МНОЖИНА ЦІЛИХ НЕВІД’ЄМНИХ ЧИСЕЛ 53.5 KB
  Лекція 12 МНОЖИНА ЦІЛИХ НЕВІДЄМНИХ ЧИСЕЛ Натуральне число як спільна властивість класу скінченних непорожніх рівнопотужних множин. Поняття про нуль. Множина цілих невідємних чисел. Відношення рівності на множині цілих невідємних чисел та його властив
18286. ДОДАВАННЯ І ВІДНІМАННЯ ЦІЛИХ НЕВІД’ЄМНИХ ЧИСЕЛ 74 KB
  Лекція 13 ДОДАВАННЯ І ВІДНІМАННЯ ЦІЛИХ НЕВІДЄМНИХ ЧИСЕЛ Означення суми цілих невідємних чисел через обєднання множин. Існування і єдність суми. Операція додавання цілих невідємних чисел та їх властивості. Формування понять суми і додавання в початкові...
18287. МНОЖЕННЯ І ДІЛЕННЯ ЦІЛИХ НЕВІД’ЄМНИХ ЧИСЕЛ 85 KB
  Лекція 14 МНОЖЕННЯ І ДІЛЕННЯ ЦІЛИХ НЕВІДЄМНИХ ЧИСЕЛ Означення добутку цілих невідємних чисел через декартів добуток множин. Існування і єдність добутку. Означення добутку цілих невідємних чисел через суму. Операція множення цілих невідємних чисел та...