Логические элементы на интегральных микросхемах

При заданных параметрах резисторов R1 и R2 снять и построить амплитудно-частотную характеристику Ku=F(f) усилителя, изменяя частоту входного сигнала от 10 Гц до 500 кГц. Для этого на вход усилителя подать напряжение от функционального генератора, установив ключ SA1 в нижнее положение. При снятии амплитудно-частотной характеристики амплитуда входного сигнала выбирается на линейном участке амплитудной характеристики.

Результаты занести в табл.3.5.4. По данным опыта вычислить коэффициенты усиления по напряжению и построить амплитудно-частотную характеристику усилителя, откладывая частоту и коэффициент усиления в логарифмическом масштабе. Определить значения граничных частот полосы пропускания усилителя из условия, что коэффициент частотных искажений МH=МВ=1,41.

3.3. Исследование инвертирующего интегратора

Собрать схему инвертирующего интегратора. Сопротивление резистора R1 и величину емкости конденсатора С1 установить в соответствии с указанием преподавателя. Подключить ко входу усилителя функциональный генератор. Форму, амплитуду, период и частоту входного и выходного сигналов интегратора контролировать осциллографом.

Зарисовать в одном масштабе осциллограммы входного UBX и выходного Uвыx напряжений интегратора при подаче на вход сигналов прямоугольной формы от функционального генератора. Определить амплитуды UBX m и UBblx m, длительность tи, период Т и частоту f входного и выходного сигналов.

3.4. Исследование активного фильтра

Собрать схему фильтра нижних частот установкой перемычек в обратной связи. Сопротивления резисторов Rl, R2 и величину емкости конденсатора С1 установить в соответствии с указанием преподавателя.

Снять и построить амплитудно-частотную характеристику фильтра при заданных параметрах элементов фильтра. Результаты измерения занести в табл. 3.5.4.

Изменить по указанию преподавателя параметры элементов фильтра. Снять и построить амплитудно-частотную характеристику фильтра при новых параметрах элементов фильтра.

4. Содержание отчета

а) Наименование и цель работы;

б) принципиальные электрические схемы включения исследуемых усилителей;

в) результаты экспериментального исследования и проведенных по ним расчетов, помещенные в соответствующие таблицы;

г) амплитудная и амплитудно-частотная характеристика с результатами
расчетов, осциллограммы напряжений;

д) выводы о свойствах операционного усилителя.

5. Контрольные вопросы

1.  Что такое амплитудная характеристика?

2.  Что такое амплитудно-частотная характеристика?

3: Что такое инвертирующий и неинвертирующий входы ОУ?

4. Какая обратная связь используется в инвертирующем усилителе,
выполненном на ОУ?

5.  Как рассчитать коэффициент усиления инвертирующего усилителя?

6.  Как экспериментально определить коэффициент усиления усилителя?

7.  Какая обратная связь используется в инвертирующем интеграторе?

8. Как определить с помощью осциллограф амплитуду, длительность, период и частоту выходных сигналов интегратора?

9.Что такое активный фильтр?

10. Как определить по амплитудно-частотной характеристике полосу
пропускания частот фильтра?

11.От каких элементов схемы зависит полоса пропускания фильтра?

Работа № 3-6. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМАХ

1.Цель работы

Цель работы — ознакомление с основными выполняемыми функциями простейших логических элементов.

2.Описание лабораторного модуля

Работа проводится на лабораторном модуле "Логические элементы и триггеры". Внешний вид лабораторного модуля изображен на рис. 3.6.1.

Генератор серии импульсов предназначен для образования последовательности прямоугольных импульсов с частотами 10 кГц и 80 кГц.

Источник логического уровня предназначен для формирования уровня логической "1" и логического "0". Включение соответствующих сигналов осуществляется с помощью тумблеров "Уровень логический".

Генератор одиночных импульсов предназначен для формирования одиночных импульсов положительной и отрицательной полярности. При нажатии кнопки "Импульс одиночный" на выходе генератора, находящемся в состоянии "0", вырабатывается сигнал "1", а на выходе, находящемся в состоянии "1" вырабатывается сигнал "0". С помощью светодиода осуществляется индикация сигнала логической "1".

Устройства коммутации предназначены для подключения входных цепей исследуемых схем к соответствующим гнездам. Устройства коммутации состоят из тумблеров, кнопок, гнезд.

Органы управления и индикации объединены в функциональные группы и снабжены надписями на лицевой панели.

Логические элементы являются разновидностью цифровых электронных устройств, которые предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной, в частности двоичной функции. Они применяются для построения ЦВМ, цифровых узлов измерительных приборов, аппаратуры автоматического управления и связи.

В работе исследуются простейшие комбинационные логические схемы типа И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, Исключающее ИЛИ, выполненные на интегральных микросхемах (ИМС) К155ЛАЗ. Данная микросхема представляет сборку из четырех двухвходовых логических схем И-НЕ (элементы Шеффера), выполненную по ТТЛ логике. Условное изображение, структурная схема, иллюстрирующая последовательность операций, временная диаграмма работы и принципиальная схема одного базового элемента изображена на рис.3.6.2 (а, б, в, г, соответственно).

Логические элементы и триггеры

Основные параметры ИМС К155ЛАЗ: напряжение питания UП =5 В;

потребляемая мощность РПОТ ≤ 110 мВт; напряжение логической единицы U`ВЫХ ≥ 2,4В;

напряжение логического нуля U ≤ 0,4 В; помехоустойчивость статическая UП. СТ ≤ 0,4 В; коэффициент разветвления по выходу КРАЗ =10; входной ток логического нуля I°ВХ1 1,6 ≤ мА; входной ток логической единицы IВХ1 40 ≤ мкА; выходной ток логической единицы IВЫХ≤10мкА.

На выходе схемы И-НЕ всегда имеет сигнал логической "1", кроме случая одновременного воздействия на все входы схемы сигналов логической единицы.

На базе логического элемента И-НЕ могут быть построены структуры, выполняющие функции различных логических элементов.

Логическая схема И, условное обозначение которой показано на рис. 3.6.3а, имеет несколько входов и один выход. На выходе такой схемы сигнал, соответствующий логической "1", появляется только при наличии сигналов "1" на обоих входах. Логическая схема И осуществляет функцию логического умножения или конъюнкцию.

На рис.3.6.36 показана структура логического элемента И, построенного из двух логических схем И-НЕ.

Условное обозначение логической схемы ИЛИ и структура элемента ИЛИ, построенного из трех логических схем И-НЕ, показаны на рис.3.6.4. Такая логическая схема осуществляет функцию логического сложения или дизъюнкцию. На выходе схемы сигнал, соответствующий логической "1", будет в том случае, если он действует хотя бы на одном входе.

Логическая схема НЕ, условное обозначение и построение на базе элемента И-НЕ, которой показано на рис.3.6.5, имеет один вход и один выход.

Сигнал, соответствующий логической "1", появляется на выходе этой схемы при наличии логического "О" на входе. Сигналу "1" на входе соответствует сигнал логического "О" на выходе.

Условное обозначение логической схемы ИЛИ-НЕ и структурная схема, показывающая построение такой схемы из четырех элементов И-НЕ, представлены на рис.3.6.6.

На выходе логической схемы ИЛИ-НЕ сигнал логической "1" будет только в случае воздействия на всех входах сигнала логического "О".

3. Порядок выполнения работы

3.1.Подготовить стенд к проведению исследований. Для этого:

-включить тумблер "Питание";

-установить оба тумблера "Уровень логический" в нижнее положение.

3.2.Исследование базового логического элемента И-НЕ.

3.2.1. Проверить переключательную функцию логического элемента И-НЕ (таблицу состояний или истинности). Для этого (рис.3.6.7) подавать с помощью соединительных проводов сигналы с гнезд "Уровень логический" задавая различные комбинации входных логических сигналов. Выходной сигнал контролируется светодиодом. Результаты занести в табл. 3.6.1.