Опыт 4 – Генераторы сигналов
Задание 1:
1
.1.
Соберите схему генератора сигналов
прямоугольной формы на основе триггера
Шмидта, приведенную на Рисунок 12.4, с
реальными ОУ (например, LM 741).
Рисунок 12.4.
1.2. Задайте частоту генератора равную Ni кГц (где Ni – порядковый номер студента в журнале группы), воспользовавшись следующими расчетными соотношениями:
Кос = R2 / (R1 + R2), где Кос = 0,473, (10.5)
F = 1 / 2Roc * C, (10.6)
при следующих значениях параметров элементов схемы:
R3 = 100 кОм,
R4 = 100 кОм.
1.3. Наблюдайте с помощью осциллографа выходной сигнал (Uвых) и сравните действительную частоту генератора с расчетным значением.
Задание 2:
2.1. Подсоедините к выходу полученного в задании 1 генератора прямоугольных импульсов интегратор, который был исследовался в опыте 1.
2.2. Рассчитайте значения R и C в схеме интегратора так, чтобы получаемый на выходе сигнал треугольной формы имел пиковое значение 5 В (от пика до пика 10 В).
Содержание отчета:
Отчет должен содержать результаты моделирования по всем шести опытам. Причем, каждая группа экспериментов имеет отдельный файл (файлов столько же, сколько схем). Результаты распечатать.
Контрольные вопросы:
1. Каким образом можно изменять передаточные характеристики ограничителя уровня при входных напряжениях, близких к нулю.
2. Разработайте схему неинвертирующего ограничителя уровня и поясните, чем его свойства отличаются от свойств инвертирующего ограничителя.
3.Чем схема сравнения отличается от схемы усиления?
4. Какие выходные напряжения могут формироваться на выходе схемы сравнения?
5. Что такое компараторный режим работы ОУ?
6. Чем объясняется ошибка определения уровня входного напряжения?
7. Докажите, что при включении полупроводниковых диодов в цепь ООС инвертирующего усилителя его выходное напряжение пропорционально логарифму от входного напряжения.
8. Каковы особенности применения ОУ в схемах компараторов?
9. Перечислите способы построения схем детекторов положительного уровня входного напряжения.
10. Чем определяется точность задания порогов входного напряжения в схемах детекторов уровня на основе ОУ?
11. На чем основана работа компаратора с фиксированной зоной входного напряжения?
12. Можно ли в компараторе на основе триггера Шмидта сделать уровни порогов входного напряжения разными? Если да, то, каким образом?
Приложение А
Аналоговые микросхемы
В приводимом ниже списке ОУ данные приводятся в следующем порядке: тип ОУ, фирма-разработчик, отечественный аналог и его краткая характеристика.
AD507 AD |
154УД2 |
Быстродействующий ОУ; |
AD509 AD |
154УДЗ |
Быстродействующий ОУ; |
AD513 AD |
КР574УД1 |
Быстродействующий ОУ; |
СА3140 RCA |
К1409УД1 |
ОУ с полевыми транзисторами на входе; |
САЗ 130 RCA |
КР544УД2 |
Широкополосный ОУ с полевыми транзисторами на входе; |
САЗОЗО RCA |
КР140УД5 |
Быстродействующий ОУ; |
LF157 NS |
К140УД23 |
Быстродействующий ОУ с малыми входными токами; |
LF355 NS |
КР140УД18 |
Широкополосный ОУ; |
LF356 NS |
К140УД22 |
Широкополосный ОУ; |
LM107 NS |
К153УД6 |
ОУ с частотной коррекцией; |
LM108 NCS |
К140УД14 |
Прецизионный ОУ; |
LM301 NCS |
К553УД2 |
Быстродействующий ОУ; |
LM308 NCS |
КР140УД1408 |
Прецизионный ОУ; |
LM143 NCS |
К1408УД1 |
Высоковольтный ОУ; |
LM358 NCS |
К1401УД5 |
|
ЬМ2Ц NCS |
K554CA3 |
ОУ для компараторов; |
LM392 NCS |
К1423УДЗ |
|
МС1456 МОТА |
КР140УД6 |
ОУ со встроенной коррекцией; |
ОР-07 |
К140УД17 |
Прецизионный ОУ. |
Расшифровка аббревиатур фирм-изготовителей: AD — Analog Devices, NS — National Semiconductors, МОТА — Motorola Semiconductor Products. При необходимости можно составить в EWB отдельную библиотеку из отечественных ОУ [4].
В библиотеке программы EWB используется только серия SN74. Редактирование параметров отдельных ИМС, к сожалению, невозможно. Для облегчения работы с библиотекой ниже приводится список отечественных аналогов серии SN74 (для краткости некоторые повторяющиеся символы опущены).
7400 |
155ЛАЗ |
4 элемента 2И-НЕ (цифра 2 означает 2-входовой); |
7402 |
155ЛЕ1 |
4 элемента 2ИЛИ-НЕ; |
7406 |
155ЛНЗ |
6 элементов НЕ с открытым коллектором; |
7407 |
155ЛП9 |
6 буферных элементов с открытым коллектором; |
7408 |
155ЛИ1 |
4 элемента 2И; |
7409 |
155ЛИ2 |
4 элемента 2И с открытым коллектором; |
7410 |
155ЛА4 |
3 элемента ЗИ-НЕ; |
7412 |
155ЛА10 |
3 элемента ЗИ-НЕ с открытым коллектором; |
7420 |
155ЛА1 |
2 элемента 4И-НЕ; |
7422 |
155ЛА7 |
2 элемента 4И-НЕ с открытым коллектором; |
7425 |
155ЛЕЗ |
2 элемента 4И-НЕ со входом стробирования; |
7426 |
155ЛА11 |
4 элемента 2И-НЕ с открытым коллектором; |
7428 |
155ЛЕ5 |
4 элемента 2ИЛИ-НЕ; |
7430 |
155ЛА2 |
Элемент 8И-НЕ; |
7432 |
155ЛЛ1 |
4 элемента 2ИЛИ; |
7437 |
155ЛА12 |
4 элемента 2И-НЕ с открытым коллектором; |
7438 |
155ЛА13 |
4 элемента 2И-НЕ с открытым коллектором; |
7440 |
155ЛА6 |
2 элемента 4И-НЕ с повышенной нагрузочной способностью; |
7442 |
555ИД6 |
Дешифратор 4х10 (декодирование 4-разрядного двоичного числа в десятичное); |
7451 |
155ЛР11 |
Элементы 2-2И-2ИЛИ-НЕ (2 элемента 2И, выходы которых подключены на кристалле ИМС к элементу 2ИЛИ-НЕ) и 2-ЗИ-2ИЛИ-НЕ (аналогично для 2-ЗИ); |
7454 |
155ЛР13 |
Элемент 2-3-3-2И-4ИЛИ-НЕ (2 элемента 2И и 2 элемента ЗИ объединены через 4ИЛИ-НЕ); |
7455 |
155ЛР4 |
Элемент 4-4И-2ИЛИ-НЕ (2 элемента 4И объединены через 2ИЛИ-НЕ) с возможностью объединения по ИЛИ (выходной каскад элемента 2ИЛИ-НЕ имеет дополнительные входы транзистора С — Collector и Е — Emitter, что и позволяет осуществить объединение по ИЛИ); |
7472 |
155ТВ1 |
JK-триггер с элементом ЗИ на входах; |
7474 |
155ТМ2 |
2 D-триггера; |
7475 |
155ТМ7 |
4 D-триггера с прямыми и инверсными выходами; |
7476 |
155ТВ7 |
2 JK-триггера; |
7477 |
155ТМ5 |
4 D-триггера с прямыми выходами; |
7486 |
155ЛП5 |
4 элемента Исключающее ИЛИ; |
7490 |
155ИЕ2 |
4-разрядный асинхронный двоично-десятичный счетчик; |
7492 |
155ИЕ4 |
4-разрядный асинхронный счетчик-делитель на 12; |
7493 |
155ИЕ5 |
4-разрядный асинхронный двоичный счетчик; |
74107 |
155ТВ6 |
2 JK-триггера с раздельной установкой нуля; |
74109 |
155ТВ15 |
2 JK-триггера; |
74112 |
155ТВ9 |
2 JK-триггера; |
74113 |
155ТВ10 |
2 JK- триггера с предустановкой нуля или единицы; |
74114 |
155ТВ11 |
2 JK-триггера с предустановкой нуля или единицы и общим обнулением; |
74125 |
155ЛП8 |
4 буфера с тремя состояниями; |
74126 |
155ЛП14 |
4 формирователя с тремя состояниями; |
74134 |
155ЛА19 |
Элемент 12И-НЕ с тремя состояниями; |
74138 |
155ИД7 |
Дешифратор-демультиплексор 3х8; |
74139 |
155ИД14 |
2 дешифратора-демультиплексора 2х4; |
74145 |
155ИД10 |
Двоично-десятичный дешифратор с открытым коллектором; |
74148 |
155ИВ1 |
Шифратор приоритетов 8х3; |
74150 |
155КП1 |
Селектор-мультиплексор 16х1; |
74151 |
155КП7 |
Селектор-мультиплексор 8х1; |
74152 |
155КП5 |
Селектор-мультиплексор 8х1; |
74153 |
155КП2 |
2 селектора-мультиплексора 4х2; |
74154 |
155ИДЗ |
Дешифратор-демультиплексор 4х16; |
74155 |
155ИД4 |
2 дешифратора-мультиплексора 2х4; |
74156 |
555ИД5 |
2 дешифратора-демультиплексора 2х4 с открытым коллектором; |
74157 |
533КП16 |
4-разрядный селектор-мультиплексор 2х1; |
74158 |
1533КП18 |
4-разрядный селектор-мультиплексор 2х1 с инверсией; |
74160 |
155ИЕ9 |
4-разрядный синхронный двоично-десятичный счетчик; |
74162 |
1533ИЕ11 |
4-разрядный синхронный десятичный счетчик; |
74163 |
155ИЕ18 |
4-разрядный синхронный реверсивный двоично-десятичный счетчик; |
74164 |
155ИР8 |
8-разрядный регистр сдвига с параллельными выходами; |
74169 |
155ИЕ17 |
4-разрядный двоичный синхронный реверсивный счетчик; |
74173 |
155ИР15 |
4-разрядный регистр с тремя состояниями; |
74174 |
155ТМ9 |
6 D-триггеров; » |
74175 |
155ТМ8 |
4 D-триггера; |
74181 |
155ИПЗ |
4-разрядное АЛУ; |
74191 |
155ИЕ13 |
Синхронный реверсивный двоичный счетчик; |
74194 |
155ИР11 |
4-разрядный универсальный регистр сдвига; |
74195 |
155ИР12 |
4-разрядный регистр сдвига с параллельным вводом; |
74198 |
155ИР13 |
8-разрядный универсальный регистр сдвига; |
74240 |
155АПЗ |
8 буферов с инверсией и тремя состояниями; |
74241 |
155АП4 |
8 буферов с тремя состояниями; |
74244 |
155АП5 |
2х4 буферов с тремя состояниями; |
74251 |
155КП15 |
Селектор-мультиплексор 8х1 с тремя состояниями; |
74253 |
155КП12 |
2 селектора-мультиплексора 4х1 с тремя состояниями; |
74257 |
155КП11 |
4 селектора-мультиплексора 2х1 с тремя состояниями; |
74258 |
155КП14 |
4 селектора-мультиплексора 2х1 с тремя состояниями и инверсией; |
74273 |
155ИР35 |
8-разрядный регистр с установкой нуля; |
74280 |
1533ИП5 |
9-разрядная схема контроля четности; |
74283 |
155ИМ6 |
4-разрядный полный сумматор с ускоренным переносом; |
74298 |
155КП13 |
4 2-входовых мультиплексора с запоминанием; |
74365 |
155ЛП10 |
6 повторителей с управлением по входам и тремя состояниями; |
74367 |
155ЛП11 |
6 повторителей с раздельным управлением по входам и тремя состояниями; |
74373 |
155ИР22 |
8-разрядный буферный регистр с тремя состояниями и потенциальным управлением; |
74374 |
155ИР23 |
8-разрядный буферный регистр с тремя состояниями и импульсным управлением; |
74377 |
155ИР27 |
8-разрядный регистр с разрешением записи. |
Ссылки в этом перечне на ИМС других серий вызвано их отсутствием в серии 155, однако здесь это не имеет существенного значения, поскольку речь идет только о выяснении функционального назначения выводов.
Цифровые ИМС КМОП-серии получили название от своего базового элемента, в котором используется так называемая комплементарная пара из двух МОП-транзисторов различной проводимости. Такие ИМС характеризуются малым потреблением мощности в статическом режиме (0,02...! мкВт на вентиль), большим диапазоном питающих напряжений (3.18 В), высоким входным сопротивлением (до десятков ТОм), большой нагрузочной способностью, незначительной зависимостью характеристик от температуры, малыми размерами транзисторов в интегральном исполнении и, как следствие, более высокой степенью интеграции по сравнению с ТТЛ-микросхемами.
Первые ИМС по КМОП-технологии разработаны фирмой RCA в 1968 г. Эта серия имела название CD4000 (отечественные аналоги — серии 164 и 176), затем последовали серии CD4000A, CD4000B (отечественные аналоги — 564, 561 и 1561, а также МС14000А и МС14000В фирмы Motorola) и 54НС фирмы National Semiconductor в 1981 г. (отечественный аналог — серия 1564).
В программе EWB в качестве библиотечных используюся ИМС фирмы RCA, большинство которых приведено в следующем перечне:
сериz CD4000 |
отечественные аналоги |
назначение, характеристики |
4001 |
561ЛЕ5 |
4 элемента 2ИЛИ-НЕ; |
4002 |
561ЛЕ6 |
2 элемента 4ИЛИ-НЕ; |
4011 |
561ЛА7 |
4 элемента 2И-НЕ; |
4012 |
561ЛА8 |
2 элемента 4И-НЕ; |
4013 |
561ТМ2 |
2 D-триггера; |
4015 |
561ИР2 2 |
4-разрядных сдвиговых регистра; |
4023 |
561ЛА9 |
3 элемента ЗИ-НЕ; |
4025 |
1561ЛЕ10 |
3 элемента ЗИЛИ-НЕ; |
4028 |
561ИД1 |
двоично-десятичный дешифратор; |
4030 |
561ЛП2 |
4 элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; |
4040 |
1561ИЕ20 |
12-разрядный двоичный счетчик; |
4066 |
561КТЗ |
4 переключателя (цифрового или аналогового сигнала); |
4070 |
1561ЛП14 |
4 элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; |
4081 |
1561ЛИ2 |
4 элемента 2И. |
Приведем систему обозначений входов и выходов простейших логических элементов, используемых в программе EWB. Обозначения для ТТЛ-серии приводятся в первых круглых скобках, для КМОП — во вторых, при одинаковых обозначениях — без скобок:
Вывод для питания — (Ucc), (Udd);
Общий вывод — (GND), (Uss);
Вывод не подключен — NC;
Входы—(А, В, С...),(!);
Выходы — (Y), (О);
Вход стробирования — (G).
Приведем пример обозначения последовательности выводов для 2-входовых логических элементов:
(1А 1В 1Y, 2А 2В 2Y, ЗА 3В 3Y, 4А 4В 4Y), (II 12 01,13 14 02,15 16 03,17 18 04).
Для более сложных ИМС определение функционального назначения их выводов целесообразно проводить путем сопоставления с отечественными аналогами [4—10].