Převodníky f/u, obvod NE555



Podobné dokumenty
Integrovaná střední škola, Sokolnice 496

3. D/A a A/D převodníky

Osnova: 1. Klopné obvody 2. Univerzálníobvod Oscilátory

Multimetr: METEX M386OD (použití jako voltmetr V) METEX M389OD (použití jako voltmetr V nebo ampérmetr A)

Signálové a mezisystémové převodníky

Elektronika pro informační technologie (IEL)

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Laboratorní úloha KLS 1 Vliv souhlasného rušení na výsledek měření stejnosměrného napětí

Impulsní LC oscilátor

Úloha 1 Multimetr. 9. Snižte napájecí napětí na 0V (otočením ovládacího knoflíku výstupního napětí zcela doleva).

Zkouškové otázky z A7B31ELI

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Laboratorní měření 1. Seznam použitých přístrojů. Popis měřicího přípravku

Obsah. 4.1 Astabilní klopný obvod(555) Astabilní klopný obvod(diskrétní)... 7

Návod k přípravku pro laboratorní cvičení v předmětu EO.

MĚŘĚNÍ LOGICKÝCH ČÍSLICOVÝCH OBVODŮ TTL I

Laboratorní úloha KLS 1 Vliv souhlasného rušení na výsledek měření stejnosměrného napětí

TECHNICKÝ POPIS ZDROJŮ ŘADY EZ1 T 73304

8,1 [9] [9] ± ± ± ± ± ± ± ± ±

VY_32_INOVACE_ENI_2.MA_04_Zesilovače a Oscilátory

1.5 Operační zesilovače I.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

1. Navrhněte a prakticky realizujte pomocí odporových a kapacitních dekáda derivační obvod se zadanou časovou konstantu: τ 2 = 320µs

MĚŘENÍ NAPĚTÍ A PROUDŮ VE STEJNOSMĚRNÝCH OBVODECH.

STAVEBNÍ NÁVODY 1 pro činnost v elektro a radio kroužcích a klubech

MĚŘENÍ POLOVODIČOVÉHO USMĚRŇOVAČE STABILIZACE NAPĚTÍ

Funkční měniče. A. Na předloženém aproximačním funkčním měniči s operačním zesilovačem realizujícím funkci danou tabulkou:

4. Zpracování signálu ze snímačů

Měření vlastností střídavého zesilovače

8. Operaèní zesilovaèe

Na trh byl uveden v roce 1971 firmou Signetics. Uvádí se, že označení 555 je odvozeno od tří rezistorů s hodnotou 5 kω.

Synchronní detektor, nazývaný též fázově řízený usměrňovač, je určen k měření elektrolytické střední hodnoty periodického signálu podle vztahu.

ROZD LENÍ ZESILOVA Hlavní hledisko : Další hlediska : A) Podle kmito zesilovaných signál B) Podle rozsahu zpracovávaného kmito tového pásma

L A B O R A T O R N Í C V I Č E N Í

15. ZESILOVAČE V KOMUNIKAČNÍCH ZAŘÍZENÍCH

ZDROJE MĚŘÍCÍHO SIGNÁLU MĚŘÍCÍ GENERÁTORY

Teorie úlohy: Operační zesilovač je elektronický obvod, který se využívá v měřící, výpočetní a regulační technice. Má napěťové zesílení alespoň A u

i ma Teorie: Měření budeme provádět podle obr. 1. Obr. 1

Způsoby realizace paměťových prvků

Obrázek č. 1 : Operační zesilovač v zapojení jako neinvertující zesilovač

Použití spínaných zdrojů z PC v dílenské praxi

Operační zesilovač je integrovaný obvod se dvěma vstupy (invertujícím a neinvertujícím) a jedním výstupem.

v Praze Senzorové systémy Sledování polohy slunce na obloze Ondřej Drbal 5. ročník, stud. sk. 9

1.1 Pokyny pro měření

MĚŘENÍ VLASTNOSTÍ STEJNOSMĚRNÝCH TRANZISTOROVÝCH ZESILOVAČŮ

Hlídač plamene SP 1.4 S

Kroužek elektroniky

Stopař pro začátečníky

Operační zesilovač, jeho vlastnosti a využití:

maxon motor maxon motor 4-Q-DC řídicí jednotka LSC 30/2 Objednací číslo Návod na obsluhu vydání duben 2002

OPERAČNÍ ZESILOVAČE. Teoretický základ

Nezávislý zdroj napětí

evodníky Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně Ústav elektrotechniky a měření Přednáška č. 14 Milan Adámek adamek@fai.utb.cz U5 A

Elektronické součástky - laboratorní cvičení 1

Návrh a realizace počítače skóre. Počítače skóre. Michal Černý. VOŠ a SŠSE Novovysočanská 48/280 Praha 9

4.2 Paměti PROM NiCr. NiCr. Obr.140 Proudy v naprogramovaném stavu buňky. Obr.141 Princip PROM. ADRESOVÝ DEKODÉR n / 1 z 2 n

Číslicový multimetr AX-572. Návod k obsluze

maxon motor maxon motor řídicí jednotka ADS 50/10 Objednací číslo Návod k obsluze vydání duben 2006

Použití programu LTspice IV pro analýzu a simulaci elektronických obvodů III.

Návod k použití digitálních multimetrů řady MY6xx

2. Změřte a nakreslete časové průběhy napětí u 1 (t) a u 2 (t). 3. Nakreslete převodní charakteristiku komparátoru

4.SCHÉMA ZAPOJENÍ. a U. kde a je zisk, U 2 je výstupní napětí zesilovače a U vst je vstupní napětí zesilovače. Zesilovač

Hlídač světel automobilu

Fyzikální praktikum 3 Operační zesilovač

200W ATX PC POWER SUPPLY

Popis obvodu U2403B. Funkce integrovaného obvodu U2403B

[Otázky Autoelektrikář + Mechanik elektronických zařízení 1.část] Na rezistoru je napětí 25 V a teče jím proud 50 ma. Rezistor má hodnotu.

Paměťové prvky. ITP Technika personálních počítačů. Zdeněk Kotásek Marcela Šimková Pavel Bartoš

1.3 Bipolární tranzistor

Prohlašuji, že jsem svou bakalářskou práci vypracoval samostatně a použil jsem pouze

(s výjimkou komparátoru v zapojení č. 5) se vyhněte saturaci výstupního napětí. Volte tedy

Přednáška 4, 5 a část 6 A4B38NVS Návrh vestavěných systémů 2014 katedra měření, ČVUT - FEL, Praha. J. Fischer

zdroji 10 V. Simulací zjistěte napětí na jednotlivých rezistorech. Porovnejte s výpočtem.

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ NAPÁJECÍ ZDROJE

Schmittův klopný obvod

Otázka č.4. Silnoproudé spínací polovodičové součástky tyristor, IGBT, GTO, triak struktury, vlastnosti, aplikace.

napájecí zdroj I 1 zesilovač Obr. 1: Zesilovač jako čtyřpól

Pokud není uvedeno jinak, uvedený materiál je z vlastních zdrojů autora

1 Zadání. 2 Teoretický úvod. 4. Generátory obdélníkového signálu a MKO

SOUČÁSTKY ELEKTROTECHNIKY

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ELEKTROENERGETIKY A EKOLOGIE DIPLOMOVÁ PRÁCE

TRANZISTORY TRANZISTORY. Bipolární tranzistory. Ing. M. Bešta

[ db ; - ] Obrázek č. 1: FPCH obecného zesilovače

A U. kde A je zesílení zesilovače, U 2 je výstupní napětí zesilovače a U 1 je vstupní napětí na zesilovači. Zisk po té můžeme vypočítat podle vztahu:


Zesilovač. Elektronický obvod zvyšující hodnotu napětí nebo proudu při zachování tvaru jeho průběhu. Princip zesilovače. Realizace zesilovačů

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

VY_32_INOVACE_06_III./2._Vodivost polovodičů


Obvodová ešení snižujícího m ni e

Zesilovač s tranzistorem MOSFET

popsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu

VLASTNOSTI POLOVODIČOVÝCH SOUČÁSTEK PRO VÝKONOVOU ELEKTRONIKU

Tranzistor polopatě. Tranzistor jako spínač

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

17 Vlastnosti ručkových měřicích přístrojů

Nalezněte pracovní bod fotodiody pracující ve fotovoltaickem režimu. Zadáno R = 100 kω, φ = 5mW/cm 2.

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í. výstup

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, polovodiče

7486 (4x XOR) 7408 (4x AND) Multimetr: 3x METEX M386OD (použití jako voltmetr V)

Transkript:

Převodníky f/u, obvod NE555 Na tomto cvičení byste se měli seznámit s funkcí jednoduchého převodníku kmitočet/napětí sestaveného z dvojice operačních zesilovačů. Dále byste se měli seznámit s obvodem NE555. Rozmístění vývodů v pouzdru dvojitého operačního zesilovače a obvodu NE555 je následující: Převodník f/u: Trocha teorie: Převodník kmitočet/napětí je obvod, který převádí vstupní veličinu - kmitočet na veličinu výstupní - napětí, je to vlastně kmitočtem řízený zdroj napětí. Jednou z možností realizace převodníku f/u je obvod nazývaný nábojová pumpa (viz. Schéma). První operační zesilovač slouží jako tvarovač vstupního průběhu. Je zapojený jako komparátor bez hystereze, tj. z libovolného (střídavého) vstupního průběhu vyrábí obdélníkový průběh. Na jeho výstupu je tedy po dobu části periody vstupního signálu +U SAT a po zbytek periody -U SAT. Objeví-li se na výstupu +U SAT, začne procházet proud i 1 z výstupu OZA přes R 1, C 1 a D 1 do země. C 1 se tedy postupně nabíjí až na na hodnotu +U SAT (viz. v obrázku vyznačená polarita), kdy proud i 1 zanikne. V okamžiku, kdy se výstup OZA změní na -U SAT, začne procházet proud i 2 z výstupu OZB přes C A, D 2, C 1, R 1 do záporného výstupu OZA. 22.10.2005 19:38 1 z 7 (c) Andrea Ronešová

C 1 se postupně přebíjí na opačnou polaritu až napětí na něm dosáhne -U SAT, kdy proud i 2 zanikne. Tento děj se každou periodu vstupního signálu opakuje. Každou periodu se tedy do kondenzátoru C 1 načerpá náboj: (nabíjení z -U SAT na +U SAT proudem i 1 ) a následně se tento náboj přečerpá do kondenzátoru C A (přebíjení C 1 z +U SAT na -U SAT proudem i 2 ). Zároveň je po celou dobu periody kondenzátor C A vybíjen rezistorem R A. Je-li doba periody dostatečně krátká vzhledem k rychlosti vybíjení kondenzátoru, lze uvažovat vybíjecí proud za konstantní, daný vztahem: Za dobu periody se tedy na rezistoru R A změní na teplo náboj: V rovnovážném stavu, tj. když se vstupní kmitočet nemění a u o se ustálí, musí platit rovnost nábojů Q 1 a Q 2 : Z této rovnosti lze odvodit vztah mezi vstupním kmitočtem a velikostí výstupního napětí: Schéma: Postup měření: 1. 2. 3. 4. Obvod zapojte na pracovní destičce podle schématu. Uvedené hodnoty C 1, R A a C A jsou pouze orientační, zvolte si své vlastní hodnoty součástek. C A volte minimálně 100-krát větší než C 1. Z výše uvedených vztahů vypočítejte převodní konstantu mezi f a u o. Jeden kanál osciloskopu připojte na výstup komparátoru OZA, druhý kanál na výstupní napětí u o. Na vstup převodníku přiveďte z generátoru střídavé napětí (libovolného průběhu) o takovém kmitočtu, aby nebyl výstup OZB v saturaci (závisí na Vámi zvolených hodnotách součástek). Průběh napětí na výstupu OZA by měl být čistě obdélníkový, výstupní napětí u o jen nepatrně zvlněné a jeho velikost by měla být závislá na kmitočtu vstupního napětí (zvlnění u o závisí na velikostech R A a C A ). 22.10.2005 19:38 2 z 7 (c) Andrea Ronešová

5. Změřte převodní charakteristiku převodníku změřením výstupního napětí pro alespoň 10 hodnot vstupního kmitočtu. Hodnoty vyneste do grafu. Obvod NE555: Trocha teorie: Obvod NE555 uvedla na trh v roce 1972 firma Signetics. Jedná se o poměrně jednoduchý, ale velice účelně navržený časovací obvod s analogovou i číslicovou částí integrovanou na jednom čipu. O zdařilosti této konstrukce svědčí celá řada aplikací, ve kterých obvod nalezl uplatnění, od řízení stěračů a směrových světel v automobilu, přes plašidlo na myši a jiné "hudební nástroje" až po automatické zalévání květin. Na následujícím obrázku je zjednodušené blokové schéma vnitřní struktury obvodu NE555: Vstupní analogovou část obvodu tvoří dvojice komparátorů K1, K2 a dále odporový dělič tvořený trojicí stejných rezistorů R. Dělič rozděluje napájecí napětí na třetiny. 1 / 3 napájecího napětí je přivedena na neinvertující vstup komparátoru K2. Na výstupu K2 je tedy kladné napětí, pokud je na jeho invertujícím vstupu (vývod 2 - Trigger) napětí menší než 1 / 3 Vcc. V opačném případě je výstup K2 v nule. Na invertující vstup komparátoru K1 jsou přivedeny 2 / 3 napájecího napětí. Na výstupu K1 je tedy kladné napětí, pokud je na jeho neinvertujícím vstupu (vývod 6 - Threshold) napětí větší než 2 / 3 Vcc. V opačném případě je výstup K1 v nule. Rozhodovací úrovně komparátorů lze modifikovat pomocí vývodu 5 - Control Voltage. Výstupy komparátorů jsou přes trojici hradel H1, H2 a H3 přivedeny na vstupy R-S klopného obvodu. Nevíte-li jak fungují logické členy je zde pro Vás nápověda o log. členech AND, OR a klopném obvodu R-S. Výstup klopného obvodu ovládá vybíjecí tranzistor T 1, který je zapojen emitorem na zem a kolektorem na výstupu 7 - Discharge. Dále je výstup klopného obvodu přiveden na výstupní výkonový stupeň, schopný dodat (source) do zátěže nebo odebrat (sink) ze zátěže až 200mA. Výstup koncového stupně je na vývodu 3 - Output. Dále ještě obvod obsahuje pomocný tranzistor T 2, jehož báze je na vývodu 4 - Reset a který slouží k vnějšímu resetování klopného obvodu. Obvod pracuje při napájecím napětí Vcc v rozsahu od +4,5V do +15V. Při napájení +5V je výstup obvodu kompatibilní s logikou TTL. Funkce obvodu je blíže vysvětlena v následující části věnované astabilnímu multivibrátoru s NE555. 22.10.2005 19:38 3 z 7 (c) Andrea Ronešová

Astabilní multivibrátor s NE555: Trocha teorie: Astabilní multivibrátor (astabilní klopný obvod) je vlastně jiný název pro relaxační generátor, blíže proto viz. Relaxační generátory a převodníky U/f Jedním ze základních zapojení obvodu NE555 je astabilní multivibrátor. Zapojení viz. Schéma. Kromě samotného obvodu NE555 potřebujeme k realizaci pouze čtyři pasivní součástky, kondenzátor C 1 sloužící jako akumulační prvek, dvojici rezistorů R 1 a R 2, které určují rychlost nabíjení resp. vybíjení C 1 a kondenzátor C 51 jehož funkcí je blokování interního odporového děliče obvodu NE555. Jak je ze schématu zřejmé, vstupy 6 - Threshold a 2 - Trigger jsou spojené a komparátory K1 a K2 tak tvoří okénkový komparátor. Okénko je nastaveno interním děličem mezi 1 / 3 a 2 / 3 napájecího napětí. Vstupním napětím komparátoru je napětí na akumulačním kondenzátoru C 1. Stav výstupů komparátorů, hradel H1 až H3, R-S klopného obvodu a tranzistoru T 1 v závislosti na velikosti napětí na C 1 je přehledně zachycen v následující tabulce: Napětí na C 1 Výstupy Tranzistor T 1 KO1 KO2 H1 H2 H3 Q R-S Q R-S u C1 < 1 / 3 Vcc L H L L H H L rozepnutý 1 /3 Vcc < u C1 < 2 / 3 Vcc L L L L L nemění stav nemění stav nemění stav 2 /3 Vcc < u C1 H L H H L L H sepnutý Pozn.: Úroveň H (high) je vysoká úroveň - kladné napětí, úroveň L (low) je nízká úroveň - nulové napětí Graf průběhu napětí na kondenzátoru C 1 je následující: Pozn.: Údaje na časové ose grafu odpovídají hodnotám C 1 = 50nF, R 1 = 100kΩ, R 2 = 100kΩ Činnost obvodu lze rozdělit do dvou fází, které se periodicky opakují: První fáze - nabíjení kondenzátoru C 1. Po zapnutí napájecího napětí je napětí na kondenzátoru C 1 nulové. Výstup Q R-S klopného obvodu je ve stavu H, negovaný výstup ve stavu L (viz. první řádek tabulky). Tranzistor T 1 je tedy rozepnutý a kondenzátor C 1 se začne nabíjet přes rezistory R 1 a R 2. 22.10.2005 19:38 4 z 7 (c) Andrea Ronešová

Obvod lze překreslit asi takto: Napětí na kondenzátoru C 1 exponenciálně narůstá (nabíjení C přes R z konstantního U) až překročí hodnotu 1 / 3 Vcc, stav komparátoru K2 se změní, ale výstup R-S KO a tudíž i stav tranzistoru T 1 se nemění (viz. druhý řádek tabulky) a kondenzátor C 1 se tedy dále nabíjí. Jakmile napětí na C 1 dosáhne hodnoty 2 / 3 Vcc, dojde ke změně stavu komparátoru K1 a zároveň i R-S KO (viz. třetí řádek tabulky). Tranzistor T 1 se sepne a obvod přejde do druhé fáze. Druhá fáze - vybíjení kondenzátoru C 1. V této fázi lze obvod překreslit následovně: Proud z napájecího zdroje, který v první fázi nabíjel kondenzátor C 1 je nyní sveden přes tranzistor T 1 do země, taktéž kondenzátor C 1 je přes rezistor R 2 a tranzistor T 1 uzemněn. C 1 se tedy začne vybíjet. Průběh vybíjení je stejně jako u nabíjení exponenciální (vybíjení C přes R). Napětí na C 1 začne klesat, téměř okamžitě klesne pod hodnotu 2 / 3 Vcc, stav komparátoru K1 se změní, ale výstup R-S KO a tudíž i stav tranzistoru T 1 se nezmění (viz. druhý řádek tabulky), kondenzátor C 1 se tedy dále vybíjí. Jakmile napětí na C 1 klesne pod hodnotu 1 / 3 Vcc, dojde ke změně stavu komparátoru K2 a zároveň i R-S KO (viz. první řádek tabulky). Tranzistor T 1 se rozepne a obvod přejde opět do první fáze. V první fázi dochází k nabíjení kondenzátoru C 1 z hodnoty 1 / 3 Vcc na hodnotu 2 / 3 Vcc (s výjimkou prvního cyklu po zapnutí napájení), ve výše uvedeném grafu této fázi odpovídá doba T 1. Chování obvodu lze popsat diferenciální rovnicí: Řešení této diferenciální rovnice má následující tvar: Za čas t dosadíme dobu T 1, za kterou napětí u C1 dosáhne hodnoty 2 / 3 Vcc: 22.10.2005 19:38 5 z 7 (c) Andrea Ronešová

Nyní již můžeme dobu T 1 vyjádřit ve tvaru: Podobně lze postupovat i při vyjadřování doby T 2, za kterou se kondenzátor C 1 vybije z hodnoty 2 / 3 Vcc na hodnotu 1 / 3 Vcc. Obvod lze v tomto případě popsat diferenciální rovnicí: Její řešení má tvar: Dosazením T 2 za čas t získáme rovnici: z níž lze již vyjádřit dobu T 2 ve tvaru: Celková doba periody je rovna součtu dob T 1 a T 2 : Kmitočet oscilací multivibrátoru je tedy: Schéma: 22.10.2005 19:38 6 z 7 (c) Andrea Ronešová

Postup měření: 1. 2. 3. Obvod zapojte na pracovní destičce podle schématu. Uvedené hodnoty C 1, R 1 a R 2 jsou pouze orientační, zvolte si své vlastní hodnoty součástek. Pro zvolené součástky vypočítejte doby T 1 a T 2 a kmitočet f. Jeden kanál osciloskopu připojte na výstup obvodu (vývod 3), druhým kanálem sledujte napětí na kondenzátoru C 1. Průběh napětí na C 1 by se měl shodovat s průběhem uvedeným v teoretickém úvodu, doby T 1 a T 2 a kmitočet f by měly odpovídat vypočítaným hodnotám. Výstupní napětí by mělo být obdélníkové, s vysokou úrovní odpovídající nabíjení kondenzátoru C 1 a nízkou úrovní odpovídající jeho vybíjení. 22.10.2005 19:38 7 z 7 (c) Andrea Ronešová