Untitled Circuit (7)

Popis měřeného předmětu: Integrovaný obvod NE555 se nejčastěji využívá jako časovač nebo generátor různých pravoúhlých signálů. Jednou z jeho konfigurací je astabilní klopný obvod, který slouží jako impulzní generátor. Na jeho výstupu se nepřetržitě střídají úrovně napětí, konkrétně logická nula a jedna. Tento obvod pracuje s analogovým napětím na kondenzátoru, který periodicky nabíjí a vybíjí. Co je zajímavé, astabilní klopný obvod nemá žádný stabilní stav. To znamená, že výstupní stav obvodu nezůstává konstantní ani na logické nule, ani na jedničce. Obě tyto logické stavy se pravidelně a periodicky střídají. Po počátečním vybití kondenzátoru C, kdy na něm není žádné napětí, je výstup obvodu OUT v logické jedničce. Poté začne kondenzátor C nabíjet a jakmile dosáhne hodnoty 2/3 napájecího napětí (VCC), vstup číslo 6 (THR) způsobí, že výstup komparátoru K1 resetuje KO RS kladným napětím. V důsledku toho se na výstupu číslo 3 (OUT) objeví logická nula. Monostabilní klopný obvod disponuje jedním stabilním stavem. Jakmile detekuje sestupnou hranu vstupního impulzu, obvod se překlopí do svého nestabilního stavu a zůstane v něm po určenou dobu, která je předem stanovena. Poté se autonomně vrátí zpět do svého stabilního stavu. Důležité je, že trvání spouštěcího impulzu je vždy kratší než trvání výstupního impulzu. Jinými slovy, výstupní impulz má stejnou nebo delší délku než impulz spouštěcí. Tím se tento obvod často využívá pro prodloužení nebo obnovení impulzů. Teoretický rozbor: C= 860nF, tmon 2ms, f=1,4kHz Výpočty Astabilní k.o.: T=1/F T=1/1,4 T=0,0007143s T=tn+tv T=2/3T+1/3T T=0,0004762+0,0002381 T=0,0007143 s Tn=2/3T Tn=2/3*0,0007143 Tn=0,0004762 s Tv=1/3T Tv=1/3*0,0007143 Tv=0,0002381 s Tv=0,693*(R2*C1) 0,0002381=0,693*(R2*C1) R2= 400 Ω Tn=0,693*(R1+R2)*C1 R1+R2=800Ω Výpočty monostabilní k.o.: Tmon=1,1*R3*C1 0,002=1,1*R3*860nF R3=2114 Ω Popis měření: Nejprve jsme provedli výpočet hodnot v teoretickém rozboru. Poté jsme vložili hodnoty R1, R2, a C1 do schématu 1 a spustili simulaci. Na grafu jsme následně nastavili sondy - nejprve C1 na náběžnou hranu a C2 na sestupnou hranu, což byl nabíjecí stav. Pro vybíjecí stav jsme postupovali opačně, když jsme C1 nastavili na sestupnou hranu a C2 na náběžnou hranu. V obou případech jsme sledovali časový rozdíl Δt s vypočítaným časem tn nebo tv, a zaznamenali jsme hodnoty napětí obou sond. Poté jsme provedli výpočet Tmon pro monostabilní klopný obvod. V schématu číslo 2 jsme znovu nastavili všechny vypočítané hodnoty z předchozího schématu a přidali jsme hodnotu R3. Po spuštění simulace jsme opět nastavili sondy do nabíjecího stavu a porovnali výsledek s požadovanou hodnotou. Vyhodnocení: Astabilní klopný obvod- funkce Při prvním spuštění je kondenzátor C1 vybitý, což znamená, že na něm není žádné napětí. Integrovaný obvod 555 je nastaven do režimu nabíjení kondenzátoru. Toho dosáhneme tak, že výstup OUT je na logické úrovni 1 a tím se deaktivuje vstup DIS. Kondenzátor se nyní začne nabíjet prostřednictvím odporů R1 a R2, což způsobuje postupné zvyšování napětí na kondenzátoru až na úroveň 2/3 napájecího napětí. Jakmile napětí na kondenzátoru dosáhne této úrovně, dojde k přechodu výstupu OUT z logické úrovně 1 na logickou úroveň 0. Současně se aktivuje vstup DIS, který obsahuje tranzistor s otevřeným kolektorem, a ten připojí tento vstup k zemi (GND). Kondenzátor se nyní začne vybíjet přes odpor R2, což způsobuje postupné snižování napětí na kondenzátoru až na úroveň 1/3 napájecího napětí. V tom okamžiku dochází k opětovné změně logické úrovně na výstupu OUT a deaktivaci vstupu DIS. Vývod TRI sleduje rozhodovací úroveň 1/3 napájecího napětí, zatímco THR sleduje úroveň 2/3 napájení. Tato napěťová nastavení těchto vstupů sledují napětí na kondenzátoru a určují výstupní hodnotu OUT. Protože se jedná o nestabilní klopný obvod, tento proces se neustále opakuje. Monostabilní klopný obvod Perioda spuštění impulsu má být volena tak, aby ke spuštění nedošlo dříve, než se kondenzátor nabije a vybije.