70722

Дослідження кон’юнктора ДТЛ

Лабораторная работа

Физика

Мета: ознайомлення з методикою роботи; вивчення принципу дії; перехідних процесів; вивчення впливу напруги живлення і величин компонентів; освоєння методики визначення основних характеристик; статичних параметрів кон’юктора.

Украинкский

2014-10-24

5.71 MB

0 чел.

                   ВОЛИНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

                                ІМЕНІ ЛЕСІ УКРАЇНКИ

                               ФІЗИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ЗАГАЛЬНОЇ ФІЗИКИ ТА МЕТОДИКИ ВИКЛАДАННЯ

 ОСНОВИ АВТОМАТИКИ ТА ЕЛЕКЬРОННО-ОБЧИСЛЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ

                           

                Лабораторна  робота № 8

Тема: Дослідження конюнктора ДТЛ

Мета : ознайомлення з методикою роботи; вивчення принципу дії; перехідних процесів; вивчення впливу напруги живлення і величин компонентів; освоєння методики визначення основних характеристик; статичних параметрів конюктора  

                      Короткі відомості з теми

Логіка роботи. Конюктор (елемент І) реалізується операцією “логічне множення” , тобто кон'юнкцію, являє собою двійковий логічний елемент; одиниця на виході якого буде в тому випадку, якщо є одиниці на всіх входах одночасно. На мал.1.1,а показано умовне позначення кон'юктора на функціональних схемах, де х1,х2,…,хн – входи,у- вихід. Мінімальне число входів кон'юктора рівне двом. Логіка роботи кон'юктора на три входи подана у табл.1.1, яка називається таблиця станів чи істинності .

Х1

Х2

Х3

Y

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

1

1

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

Логічне рівняння роботи кон'юктора , що складене за таблицею 1.1, записується

                               У=Х1*Х2*Х3                (1.1)

Рівняння (1.1) характеризує стан входів Х1,Х2,Х3 і виходу У елемента . Наприклад: для останнього рядка табл.1.1 рівняння читається так : “Одиниця на виході У кон'юктора буде в тому випадку, якщо є одниці на входах Х1,Х2 і Х3”. В рівнянні знак множення відповдає кон'юкції і читається як “ І ”

На мал. 1.1,б наведена часова діаграма роботи кон'юктора на три входи ( тут Uн і Uв - нижній і верхній рівні напруг, відповідаючий станам входів “0” І “1”) . Із діаграми випливає, що якщо на вхід конюктора поступають сигнали в різні моменти часу, різної довжини, з різними і нижніми рівнями, то сигнал на виході кон'юктора визначається як результат перетину вхідних сигналів, тобто

                       

                                          i= 1,…,n, 

    

де Хі=(Х1,Х2,…Хn)

(Означення застосовується для загального випадку, тобто коли на вхід конюктора поступають n сигналів).

ЗА ВИДОМ СИГНАЛІВ конюнктори бувають імпульсні, потенціальні, імпульсно-потенціальні.

                                        

  ЗА ПОЛЯРНОСТЮ ЛОГІКИ розрізняють конюнктори додатньої і від’ємної логіки.  

ЗА ТИПОМ ФІЗИЧНОЇ РЕАЛІЗАЦІЇ конюнктори бувають діодні, транзисторні, магнітні і ін.

На рис.1.1, в подана еквівалентна схема конюнктора на діодах додатної логіки, з додатнім живленням, де ЕГ1, ЕГ2, ЕГ2, ЕГ3;  г1,г2,г3 – генератори і відповідні їм внутрішні опори; СП = СМ + СН + СД – паразитна ємність (ємності СМ – монтажна, СН – навантаження, СД – діодів); іЗ , іР – точки заряду і розряду ємності СП – відповідно.

Для нормальної роботи  конюнктора необхідно виконання умов

 

                         R1>>ri+rj                                                       (1.2)

                         rобр / n ≥ R1                                                    (1.3)

де rjвнутрішній опір генератора; ri , rобр – відповідно опір діодів в відкритих і закритих умовах; n – кількість робочих діодів (діодів під'єднаних до генератора).

                     Аналіз статичного режиму роботи

Принцип роботи: покладаємо, що діоди ідеальні, тобто ri = 0, rобр = ∞; вхідні сигнали поступають від джерела ЕРС, тобто rj = r1 = r2 = r3 = 0; вхідні сигнали мають однакову тривалість і рівні: Uн = “0” = 0В; Uв = “1”>< Uun.

Випадок І:

                           UвUun ,              tu > tпер ,                              (1.4) 

де tuтривалість сигналів; tпер – тривалість перехідних процесів.

На рис 1.1,г приведені епюри напруг, які пояснюють роботу конюнктора для випадку І (t0,1, t1,0час переходу відповідно із стану “0” в стан “1” і навпаки).

Із першої нерівності (1.4) слідує, що напруга Uв більша або рівна напрузіUun джерела струму. У вихідному стані при Uн = “0” діоди VD1-VD3 – відкриті. З врахуванням прийнятих допущень напруга в точці а (рис.1.1,б) Uа = 0В; ємність Сn не заряджена.

Сигнали, що надходять неодночасно на виходи x1-x2 закривають по черзі відповідні діоди, але при цьому напруга в точці а не змінюється: Uа = 0В, так як один із діодів залишається відкритим.

Сигнали, які одночасно надходять на виходи х13 закривають діоди, так як Сn не встигає змінити свій заряд. Далі Сn починає поступово заряджатися (коло заряду показано на мал.1.1,в). напруга в точці а намагається змінити своє значення від Ua = 0В до Ua = Uun. Напруга на виході конюнктора в момент заряду ємності Сn змінюється по експоненті виду

                                                                (1.5)

де з = CnR1.

Після закінчення сигналів ємність Сn розряджається (коло розрядки показано на рис.1.1,в стрілкою) в гіршому випадку через один відкритий діод. Напруга на виході в момент розрядки ємності Сn змінюється по експоненті виду

                                                                          (1.6)

де р = Сn(ri+rj).

Так як з>>p, то в вихідному сигналі спотворюється головним чином t0,1, тривалість якого визначається виразом

                     t0,1= 2,2з = 2,2CnR1                                                                              (1.7)

тривалість   t1,0 = 2,2p = 2,2Cn(ri+rj)                                            (1.8)

таким чином, t0,1>>t1,0                                                                    (1.9)

Із аналізу випадку І слідує, що ємність Cn встигає повністю зарядитися до напруги Uun за час тривалості вхідних сигналів, а діоди залишаються закритими в межах тривалості вхідних сигналів (мал. 1.1,г).

Стосовно випадку І можна сформулювати слідуюче загальне правило для визначення нижнього і верхнього рівнів вихідного сигналу.

ПРАВИЛО І .  Якщо на вхід конюнктора поступають сигнали, які мають різні верхні і нижні рівні, то для визначення нижнього рівня вихідного сигналу вибирається найменший із нижніх рівнів вхідних сигналів. Верхній рівень вихідного сигналу рівний напрузі джерела струму.  

Випадок ІІ.

Uв>Uun ,   tu>tпер,   де tuтривалість сигналів, tпер – тривалість перехідних процесів.

На рис.1.1,д наведені епюри напруг, які пояснюють роботу конюктора для випадку ІІ (t0,1, t1,0час переходу конюнктора із стану “0” в стан “1” і навпаки).

Із аналізу першої нерівності слідує, що всі верхні рівні вхідних сигналів, або хоча б один рівень має меншу напругу живлення. В початковому стані при Uн = “0” діоди VD1-VD3 проводять струм, напругу в точці а Ua = 0В і Сn не заряджена.

При співпаданні сигналів діоди запираються, так як ємність Сn починає поступово заряджатись, а напруга в точці а намагається змінити своє значення від Ua = 0В до Ua = Uun. Напруга на виході схеми в момент заряду ємності Сn змінюються по експоненті (1.5).

Із аналізу випадку ІІ слідує, що ємність Сn не встигає повністю зарядитись, тому t0,1 складає частину експоненти. Тривалість t0,1 вихідного сигналу визначається так:

                     t0,1 = t =з ln [Uun / (Uun – Uвих)] ,                                         (1.10)

де Uвих = UвUн ;   Uв = UВmin     визначається як найменший із верхніх рівнів вхідних сигналів.

Після закінчення вхідних сигналів Сn розряджається через один відкритий діод. Напруга на виході в момент розряду змінюється по експоненті виду

                                                                                   (1.11)

де U*un – UBmin; U*un< Uun.

Тривалість t1,0 вихідного сигналу визначається виразом (1.8). співвідношення між t0,1 і t1,0 , буде слідуючим:

                                   t0,1 >< t1,0                                                                  (1.12)

Із аналізу випадку ІІ слідує, що ємність не встигає повністю зарядитись до напруги джерела струму Uun , а діоди виявляються закритими тільки в межах t0,1.

Стосовно до випадку ІІ можна сформулювати слідуюче правило для  визначення нижнього і верхнього рівнів вихідного сигналу:

ПРАВИЛО ІІ. Якщо на вихід конюнктора поступають сигнали, які мають різні верхні і нижні рівні, то для визначення нижнього рівня вихідного сигналу вибирається найменший із нижніх рівнів вхідних сигналів. Верхній рівень вихідного сигналу рівний найменшому із верхніх вхідних сигналів.

Методика отримання основних статичних характеристик.

До основних статистичних характеристик конюнктора відносяться характеристики вхідна, передавальна і вихідна.

Вхідна характеристика. Вхідна характеристика є залежністю вхідного струму від змін вхідної напруги, тобто Iвх = f(Uвх). На рис.1.2,а наведена схема для зняття вхідної характеристики. Вважаємо, що на діоди VD1, VD2 подано напругу Uun1. На вхід х3 подаємо напругу Uвх. Вхідний струм Івх вимірюється в колі діода VD3. За додатній приймаємо струм, що входить в елемент. На рис. 1.2,б показана вхідна характеристика конюнктора. Розглянемо методику її побудови.

Коли Uвх = 0В, діод VD3 відкритий, а діод VD1 i VD2 закриті.

Вхідний струм

                               Івх = (Uun2 – Uпр) / R1 = 2,4 mA

Коли Uвх = 2В, діод VD3 відкритий, вхідний струм

                               Івх = (Uun2 – Uвх – Uпр) / R1 = 1,5 mA                       (1.13)

Вираз (1.13) являється рівнянням прямої до такого значення Uвх , при якому VD3 закритий.

Коли напруга Uвх = 3,5В, то струм Івх = 0. При подальшому збільшенні напруги Uвх вхідний струм Івх рівний зворотньому струму діода VD3, тобто Івх = ІзвVD3.  На ділянці І опір кон’юнктора Rвх = Uвх / Івх = R1, а на ділянці ІІ струм Rвх = rзвVD3.

За вхідною характеристикою можна визначити струми І0вх, І`вх при відповідних напругах U0вх i U`вх.

Передавальна характеристика. Передавальна характеристика єзалежністю вихідної напруги від вхідної напруги, тобто Uвих = f(Uвх). Для зняття передавальної характеристики використовуємо схему, подану на мал.1.2,а. На вхід х3 подаємо напругу Uвх, а з виходу y знімаємо напругу Uвих. Рахуємо, що діоди VD1, VD2 закриті. Приведемо методику її побудови (на рис.1.2,в показана передавальна характеристика). Якщо в вхідному колі є струм (діод VD3 відкритий), то Uвих = Uвх + UVD3. Якщо напруга на катодах діодів VD1, VD2 рівна Uun1, то при дальшому збільшенні напруги на вході Uвх напруга на виході буде Uвих = Uun2.

По передавальній характеристиці можна визначити напругу U0вих i U`вих.

Вихідна характеристика. Вихідна характеристика є залежністю вихідного струму від вихідної напруги, тобто Івих = f(Uвих). Для зняття вихідної характеристики використовуємо схему показану на рис. 1.2,а. В процесі зняття вихідної характеристики подаємо напругу Uвих в точку y, вимірюючи відповідні значення струму Івих. За додатній напрям вихідного струму приймаємо такий напрям, коли цей струм входить в елемент. Характеристика знімається для двох станів елемента: коли на всіх входах напруга U`вх і тоді хоча б на одному вході або на всіх входах напруга U0вх. На рис.1.4,г наведена вихідна характеристика.

Розглянемо методику її побудови.

Якщо Uвих = 0В, а на всіх напруга U`вх, то діоди закриті і Івих max = Uun2 /R1. При збільшенні напруги Uвих струм Івих буде зменшуватися. Якщо Uвих = U`вх +Uпр, то діоди відкриваються,  при цьому

                           Івих = (Uun2 – Uвих) / R1                                              (1.14)

Якщо Uвих = Uun2,  то  Івих = 0.

Рівняння (1.14) описує вихідну характеристику на ділянці І. При умові Uвих>Uun2 + Uпр   всі діоди відкриті і тоді

             Івих = (UвихUun1 – Uпроб / Rк – (Uun2 – Uвих) / R1               (1.15)

Рівняння описує вихідну характеристику на ділянці 2. В тому випадку, якщо хоча б на одному вході буде напруга U0вх , має місце слідуюче: коли Uвих < U0вх +Uпр, вихідна характеристика співпадає з характеристикою, розглянутою вище. Коли UвихU0вх +Uпр, вихідний струм необмежено зростає.

На ділянці І опір конюнктора Rвих = Uвих / Івих = R1, а на ділянці ІІ

                Rвих = Uвих / Івих = (Rк / кзв)R1 / (Rк / кзв + R1).

Із вихідної характеристики можна визначити вихідні струми І0вих, І`вих при напругах U0вих i U`вих відповідно.

Особливості принципіальної схеми

На рис.1.3 подана принципіальна схема конюнктора, яка підлягає дослідженню. В схемі передбачено, що напруга джерела живлення Uun змінюється плавно в межах 1-10В; опори R1і R2 змінюються дискретно: 470 Ом; 2,2; 5,1; 10кОм. Ємність С змінюється також дискретно: 51, 500, 1000, 4700 пФ; паразитна ємність Сn не входить в ємність С. Діоди VD4-VD5 – діоди зміщення, вони не виконують ніяких логічних функцій і призначені для зсуву рівня напруги в точці δ відносно рівня напруги в точці а за рахунок постійного спаду напруги на діодах VD4, VD5  Uаб = 2Uпр. Покажемо це. Нехай на вході х1 напруга U0х1 = 0,3В, а на діодах х2, х3 – напруга U`вх. При цьому діод VD1 відкритий і напруга а буде Ua = U0x1 + Uпр = 1В, а напруга в точці δ 

     Uδ = Ua – 2Uпр = 1 – 1,4В = -0,4В.

Таким чином, за рахунок діодів VD4, VD5 напруга в точці δ зміщена відносно напруги в точці а.

Якщо використовувати тільки один діод, наприклад діод VD4, то напруга в точці δ буде           Uδ = Ua – Uпр = 1-0,7 = 0,3В.

Як правило, точка δ зєднується з базою транзистора типу n-p-n слідуючого елемента. Тому схема з двома діодами забезпечує більш надійне закривання підключеного транзистора, ніж схема з одним діодом. В схемі передбачена можливість вмикати діоди VD4, VD5 окремо. За допомогою цих діодів проводиться дослідження по обмеженню перешкод.

                                   Завдання для самоперевірки

  1.  Пояснити логіку роботи конюнктора, використовуючи табл.1.1 і часову діаграму його роботи, показану на рис.1.1,б.
  2.    Пояснити принцип роботи конюнктора для випадків І і ІІ. Дати аналіз перехідних процесів, пояснити динамічні параметри.
  3.  Пояснити вплив змін напруги Uun на роботу конюнктора для випадків І і ІІ.
  4.  Пояснити сутність статичних і динамічних перешкод.
  5.  Дати аналіз роботи конюнктора в статичному  режимі при наявності навантаження. Вказати основні недоліки конюнктора.
  6.  Пояснити методику отримання основних статичних характеристик (вхідної, передавальної, вихідної).
  7.  Пояснити особливості принципіальної схеми досліджуваного конюнктора, назначення діодів VD4, VD5.
  8.  Пояснити особливості макета, назначення всіх органів керування, індикації і контролю. Пояснити порядок роботи з макетом.

Завдання для домашньої роботи (підготовки)

  1.  Вивчити матеріал розділу “Короткі відомості із теорії”.
  2.  Познайомитися з рекомендованою літературою.
  3.  Підготувати відповіді до розділу “Завдання для самоперевірки”.
  4.  Підготувати звітну документацію.

Література:

1. Анисимов Б.В., Соломатин Н.М. Основы расчета и проектирования элементов ЦВМ. – М.: Высшая школа, 1974.

   

                                            

                                    

EMBED PBrush  

EMBED PBrush  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75602. ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ 345.5 KB
  Целью обработки может являться также улучшение качества изображения для лучшего визуального восприятия геометрические преобразования масштабирование поворот в общем нормализация изображений по яркости контрастности резкости выделение границ изображений автоматическая классификация и подсчет однотипных объектов на изображении сжатие информации об изображении. К основным видам искажений изображений затрудняющих идентификацию можно отнести: Недостаточную контрастность и яркость связанную с недостаточной освещенностью объекта;...
75603. МЕТОДЫ УЛУЧШЕНИЕ ВИЗУАЛЬНОГО КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЙ 1.67 MB
  MTLB предоставляет средства интерактивной работы с изображениями в различных графических форматах включая: Изменение масштаба изображения; Изменение яркости и контрастности; Поворот изображения; Многие виды фильтрации; Конвертирование графического формата...
75604. СРЕДСТВА ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ НА ИЗОБРАЖЕНИЯХ 1.07 MB
  Hассмотрен классический подход к решению задачи обнаружения сигнала приведенный ниже. либо сумму детерминированного сигнала Vt и шума. Будем считать что факт наличия сигнала Vt тоже случаен. Для решения вопроса о наличии сигнала в данный момент можно принять правило: сигнал присутствует если...
75605. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ЦОС. ВЫБОР АЦП 231.5 KB
  В системе ЦОС содержащей АЦП производится переход от непрерывного сигнала к числовому массиву с учетом шага квантования по уровню DX и шага дискретности по времени Dt. Выбор шага квантования по уровню Выбор шага квантования по уровню производится из условия достижения необходимой точности восстановления значений непрерывного измеряемого сигнала в ЭВМ по дискретным отсчетам. Количество уровней квантования N АЦП в диапазоне изменения входного сигнала Xmin – Xmx равно а количество разрядов выходного кода n=log2N Расчет интервала дискретности по...
75606. ОС. Реализация на ПЛИС и ЦСП 524 KB
  Реализация на ПЛИС и ЦСП Современные алгоритмы ЦОС: пути реализации и перспективы применения http: www. Последние годы характеризуются резким ростом плотности упаковки элементов на кристалле многие ведущие производители либо начали серийное производство либо анонсировали ПЛИС с эквивалентной емкостью более 1 миллиона логических вентилей. Цены на ПЛИС к сожалению только лишь в долларовом эквиваленте неуклонно падают...
75607. Сигналы. Электрический сигнал в радиотехнике 390 KB
  Сигнал это информационная функция несущая сообщение о физических свойствах состоянии или поведении какойлибо физической системы объекта или среды а цель обработки сигналов извлечение сведений которые отображены в этих сигналах и преобразование этой информации в форму удобную для восприятия и использования. Для выявления общих свойств сигналов их классифицируют по ряду признаков рис. По возможности предсказания мгновенных значений сигналов в любые моменты времени различают сигналы детерминированные и случайные. Информативным...
75608. РАЗЛОЖЕНИЕ ФУНКЦИЙ В РЯДЫ 259.5 KB
  Ортонормированный базис Для представления одномерных величин достаточно одного параметра. Возникает вопрос нельзя ли ввести ортонормированную систему в пространство функций так же как она вводится для векторного пространства Иначе говоря нельзя ли ввести множество взаимно перпендикулярных единичных функций Если это возможно то рассматриваемую функцию можно выразить в виде линейной комбинации таких функций. Рассмотрим некоторое множество функций семейство функций. Если число этих функций невелико можно...
75609. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ СИГНАЛА. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОДОБИЯ СИГНАЛОВ. КОРРЕЛЯЦИЯ 136 KB
  Элемент из этого числового набора называется компонентом вектора. Это означает что анализ вектора f аналогичен анализу функции непрерывного сигнала ft если она не имеет точек разрыва. Для этого необходимо определить понятия: расстояния между векторами скалярное расстояние норма вектора...
75610. РАЗЛОЖЕНИЕ ФУНКЦИЙ В ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЙ РЯД ФУРЬЕ 282.5 KB
  В последнем соотношении колебание самого большого периода, представленное суммой cost и sint, называют колебанием основной частоты или первой гармоникой. Колебание с периодом, равным половине основного периода, называют второй гармоникой