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

45127. Explain to someone who doesn’t know how to work on a computer how to write a document for a university? 14.53 KB
  Soon you’ll see menu or icons on the monitor screen. If you hve printer you cn print the informtion displyed on the screen. CDROMs cn be used to produce imges on the computer screen. The user cn move round the progrmme by clicking on different prts of the screen with mouse.
45128. What do you do on the Net? What are your favorite websites? 15.06 KB
  I cfn spend lot of free time surfing the Internet nd get ll sorts of informtion from it. You cn enter the cht the Internet nd get ll sorts of informtion from it. I cn enter the cht room with other Internet users nd debte urgent problems on line.
45129. The Internet 13.99 KB
  The Internet is sves time nd money. The Internet hs both dvntges nd disdvntges. However using the Internet in the best wy is problem which depends on the ttitude of ech people I think tht in our society nowdys so mny people tke dvntge of the Internet even to do bd things.
45130. About Myself 14.65 KB
  When I ws pupil my fvorite subjects ws History nd Society becuse I hd wnted to become lwyer. My fvorite supervisors re Jmes Cmeron Gy Richy Peter Jckson nd Leonid Gidi. My fvorite footbll tems re Mnchester United nd CSK. I like reding; my fvorite writers re Jorge Orwell for his “1984†Ioghn Wolfgng Gete for “Fust†nd Plto for “Stteâ€.
45131. Barristers and Solicitors 18.78 KB
  The solicitor deals with 1)petty crimes, some 2)matrimonial matters in magistrate courts. He 3)prepares the case and the evidence, may 4)represent his client in the lower courts. He has limited rights of audience. There in civil action solicitor can speak in the county court, when the case is about divorce or recovering some depts. 5)They act as an intermediary between their clients and barristers
45132. Barristers 13.19 KB
  Baristers ct s sole trders with unlimited libility. Some brristers re employed prctice nd represent their employer for exmple inhouse lwyer or lwyer in government bodies. Mny of the brristers work in selfemployed prctice t the chmbers or t the Br. The Inns re noncdemic societies which provide collegite nd eductionl resources for brristers nd trinees.
45133. British Political System 16.82 KB
  Queen Elizbeth II is the fourth sovereign of the House of Windsor. It consists of two chmbers known s the House of Commons nd House of Lords nd the Queen s its hed but only House of Commons hve rel power. The House of Commons consist of 650 elected members nd it’s persisted over by the Speker. Only four members House of Commons hve reserved sets: Speker Prime Minister leder of the prty tht hs mjority in the House of Commons nd Leder of the Opposition nd member who hs st in the House of Commons for the longest unbroken period who clled...
45134. British Parliament 13.87 KB
  It consists of two chmbers known s the House of Commons nd House of Lords nd the Queen s its hed but only House of Commons hve rel power. The House of Commons consist of 650 elected members nd it’s persisted over by the Speker. Only four members House of Commons hve reserved sets: Speker Prime Minister leder of the prty tht hs mjority in the House of Commons nd Leder of the Opposition nd member who hs st in the House of Commons for the longest unbroken period who clled Fther of the House of Commons. The House of Lords consist of 750...
45135. Geography and Economy of Great Britain 16.75 KB
  They lie to the west of the continent of Europe. The lrger of the two big islnds is known s Gret Britin. The smller Islnd is Irelnd with Northern Irelnd nd Irish Republic.