[2017] Εργαστήριο Ψηφιακών Ηλεκτρονικών

Transcript

1 [2017] Εργαστήριο Ψηφιακών Ηλεκτρονικών Τμ Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ Ασκήσεις 1-3

2 Περιεχόμενα ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ... 2 Μεγέθη-Μονάδες μέτρησης... 2 Πολλαπλάσια- Υποπολλαπλάσια... 2 Εργαστηριακός Πάγκος... 2 Breadboard... 3 Όργανα μετρήσεων- Γεννήτρια παλμών... 4 Παθητικά στοιχεία... 6 Ολοκληρωμένα κυκλώματα η Εργαστηριακή Άσκηση Ολοκληρωμένα κυκλώματα της σειράς TTL Πειραματική διαδικασία Η πύλη ΑΝD Η πύλη OR Η πύλη ΝΟΤ (Αναστροφέας (inverter)) Η πύλη XOR η Εργαστηριακή Άσκηση Πειραματική διαδικασία η Εργαστηριακή Άσκηση Ο χρονιστής Μονοσταθής λειτουργία Ασταθής λειτουργία Πειραματική διαδικασία Ο χρονιστής 555 σε μονοσταθή λειτουργία Χρονιστής 555 σε ασταθή λειτουργία

3 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Μεγέθη-Μονάδες μέτρησης Τα μεγέθη που χρησιμοποιούνται κυρίως στα ψηφιακά είναι αυτά που φαίνονται στον Πίνακα 1. Κάθε μέγεθος ακολουθείται και από τη μονάδα μέτρησής του, όπως φαίνεται από τη δεξιά στήλη στον Πίνακα 1. ΜΕΓΕΘΗ Χρόνος (t) Συχνότητα (f) ιαφορά δυναμικού (V) Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος (I) Αντίσταση (R) ΜΟΝΑ ΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ sec Hz Volt A Ω Χωρητικότητα πυκνωτή (C) Πίνακας 1: Μεγέθη και μονάδες μέτρησης F Πολλαπλάσια- Υποπολλαπλάσια Πολλές φορές στις μετρήσεις μας χρειαζόμαστε υποδιαιρέσεις ή πολλαπλάσια των παραπάνω μονάδων. Στον Πίνακα 2 φαίνονται τα προθέματα των μονάδων του συστήματος S.I. ΥΠΟΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑ ΣΥΜΒΟΛΟ ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑ ΣΥΜΒΟΛΟ 10-3 m (μιλι) 10 3 K (κιλο) 10-6 μ ή u (μικρο) 10 6 M (μεγα) 10-9 n (νανο) 10 9 G (γιγα) p (πικο) T (τερα) Πίνακας 2: Πολλαπλάσια και υποπολλαπλάσια μονάδων Για παράδειγμα 30mV = V = 0.03V, 300KΩ = Ω = Ω = 0.3ΜΩ, 2μΑ = Α = ma = 0.002μΑ ή 2μΑ = Α = Α = 2000nA. Εργαστηριακός Πάγκος Για τη σωστή διεξαγωγή των εργαστηριακών ασκήσεων ο φοιτητής πρέπει να γνωρίζει πολύ καλά τα στοιχεία και όργανα του πάγκου. Επίσης για τη δική του ασφάλεια καθώς και των ηλεκτρονικών συσκευών που υπάρχουν στον εργαστηριακό πάγκο (γεννήτρια παλμών, παλμογράφος, πολύμετρο) πρέπει να ακολουθείται η σωστή διαδικασία για τη χρήση τους. Ας γνωρίσουμε αρχικά τα τμήματα του πάγκου που θα χρησιμοποιήσουμε στα ψηφιακά ηλεκτρονικά. Ο πάγκος είναι όπως φαίνεται στο σχήμα 1. 2

4 Σχήμα 1: Εργαστηριακός πάγκος Στο κέντρο του πάγκου υπάρχει ο κεντρικός διακόπτης ο οποίος τροφοδοτεί όλον τον πάγκο αλλά και τα όργανα που υπάρχουν πάνω σε αυτόν. Είναι ο πρώτος που ανοίγει και ο τελευταίος που κλείνει. Για τη χρήση λοιπόν οποιουδήποτε τμήματος του πάγκου ή των οργάνων που τροφοδοτεί ανοίγουμε πρώτα τον κεντρικό διακόπτη και ύστερα τον διακόπτη του επιμέρους τμήματος του πάγκου που εμείς θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε ή του οργάνου αντίστοιχα. Στα αριστερά του πάγκου και στο τμήμα Regulated DC Power Supply στο κατώτερο σημείο υπάρχουν τρεις υποδοχές. Η υποδοχή 1 μας δίνει τάση -5 V, η υποδοχή 2 τάση 0 V (γείωση) και η υποδοχή 3 τάση +5 V. Έτσι λοιπόν οι δύο ακραίες (1 και 3) μας παρέχουν διαφορά δυναμικού 10 V. Στο εργαστήριο των ψηφιακών χρησιμοποιούμε τάσεις 0 V και +5 V. Με δύο καλώδια τροφοδοσίας παίρνουμε από τις υποδοχές 2 και 3 τάση για να υλοποιήσουμε το κύκλωμα μας όπως θα εξηγηθεί παρακάτω. Breadboard Για την υλοποίηση των κυκλωμάτων χρησιμοποιούμε το breadboard ή raster το οποίο φαίνεται στο σχήμα 2. Μπορούμε πολύ εύκολα και γρήγορα να φτιάξουμε μικρά ή μεγαλύτερα κυκλώματα, να τα τεστάρουμε και στο τέλος να τα διαλύσουμε. Σχήμα 2: Breadboard ή raster 3

5 Το breadboard χωρίζεται με ένα αυλάκι σε δύο μέρη ανεξάρτητα μεταξύ τους. Στα άκρα του διακρίνουμε δύο οριζόντιες γραμμές, μια κόκκινη με την ένδειξή + και μια μπλε με την ένδειξη -. Οι οπές στην κόκκινη γραμμή συνδέονται όλες μεταξύ τους στην οριζόντια διεύθυνση, όπως και οι οπές στη μπλε γραμμή επίσης οριζόντια. Να διευκρινίσουμε εδώ ότι η κόκκινη και μπλε γραμμή στο κάτω μέρος του breadboard δεν συνδέονται με την κόκκινη και μπλε γραμμή που υπάρχει στο επάνω μέρος. Στο εσωτερικό του οι οπές συνδέονται κάθετα. Προσοχή χρειάζεται εδώ γιατί οι οπές του άνω τμήματος δεν συνδέονται με τις οπές του κάτω τμήματος. Αναφέραμε παραπάνω ότι στα ψηφιακά χρειαζόμαστε τάσεις 0 V και +5 V, τα οποία με καλώδια τροφοδοσίας μπορούμε να τα πάρουμε από το τμήμα του πάγκου που προαναφέρθηκε και να τα μεταφέρουμε στην πλακέτα μας. Συνηθίζουμε τη θετική τάση +5 V να την τοποθετούμε στην κόκκινη γραμμή του breadboard (π.χ. στο πάνω άκρο) και την τάση 0 V (γείωση) στη μπλε γραμμή (κάτω άκρο) και έχουμε αποκτήσει πλέον τις τάσεις που χρειαζόμαστε για να υλοποιήσουμε τα κυκλώματά μας. Όργανα μετρήσεων- Γεννήτρια παλμών Πάνω στον εργαστηριακό πάγκο υπάρχουν ηλεκτρονικές συσκευές. Η χρήση τους απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή γιατί πρόκειται για ευαίσθητα όργανα. ΠΡΟΣΟΧΗ: Για να ανοίξουμε τις συσκευές αυτές πρέπει πρώτα να έχουμε ανοίξει τον κεντρικό διακόπτη του πάγκου και ύστερα ανοίγουμε τις συσκευές πατώντας το κουμπί Power που η καθεμία έχει. Εφόσον τελειώσουμε την πειραματική διαδικασία, κλείνουμε την κάθε συσκευή ξανά πατώντας το κουμπί Power και στο τέλος κλείνουμε τον κεντρικό διακόπτη του πάγκου. Στη συνέχεια περιγράφονται συνοπτικά τα όργανα που χρησιμοποιούνται στο εργαστήριο των ψηφιακών ηλεκτρονικών. Γεννήτρια Συχνοτήτων Αποτελείται από μια οθόνη, δύο σειρές κουμπιών και ένα ροδάκι, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3. Τα κουμπιά έχουν πολλαπλές λειτουργίες. Η γεννήτρια συχνοτήτων παράγει ημιτονικό, τετραγωνικό και τριγωνικό σήμα δίνοντας τη δυνατότητα στο χρήστη να επιλέξει την τιμή της συχνότητας και του πλάτους για κάθε σήμα. Σχήμα 3 :Πρόσοψη γεννήτριας συχνοτήτων 4

6 Ανοίγουμε τη γεννήτρια πατώντας το κουμπί Power που βρίσκεται στα αριστερά. Στο κέντρο υπάρχουν τα πλήκτρα με τα οποία επιλέγουμε το είδος του σήματος που επιθυμούμε και τα χαρακτηριστικά αυτού. Στα δεξιά υπάρχουν δύο έξοδοι, η μια με την ένδειξη SYNC και η άλλη με την ένδειξη OUTPUT. Η έξοδος SYNC μας παρέχει τετραγωνικό παλμό πλάτους V 0 = 5V (V max = 5 Volt και V min = 0 Volt) και η συχνότητα καθορίζεται από το χρήστη. Ένα τέτοιο σήμα έχει τη μορφή του σχήματος 4. Σχήμα 4: Τετραγωνικός παλμός Το πλάτος ενός σήματος V 0 είναι η τάση (διαφορά δυναμικού) από τον οριζόντιο άξονα μέχρι τη μέγιστη κορυφή και η μονάδα μέτρησής του είναι το Volt. Συχνά χρησιμοποιείται και το V pp (peak-to-peak) που είναι η τάση από κορυφή σε κορυφή και έχει την ίδια μονάδα με το πλάτος. Στην περίπτωση του τετραγωνικού παλμού το πλάτος V 0 και το V pp ταυτίζονται. Η περίοδος T είναι το χρονικό διάστημα από το σημείο που ξεκινά το σήμα, μέχρι το σημείο που επαναλαμβάνεται. Μονάδα μέτρησης της περιόδου είναι το sec. Το αντίστροφο της περιόδου ονομάζεται συχνότητα ( f =1/Τ) με μονάδα μέτρησης το Hz (Hz=sec -1 ). Η έξοδος OUTPUT μας παρέχει όλες τις δυνατές κυματομορφές και ο χρήστης μπορεί να καθορίσει το πλάτος και τη συχνότητα του σήματος. Για να μεταφέρουμε το σήμα μας από τη γεννήτρια στο κύκλωμά μας χρησιμοποιούμε ένα καλώδιο με δύο απολήξεις, συνήθως δύο κροκοδειλάκια. Αυτό που μεταφέρει το σήμα είναι το εσωτερικό κροκοδειλάκι (συνήθως με κόκκινο χρώμα) ενώ το εξωτερικό είναι η γείωση της γεννήτρια και συνδέεται στη γείωση του κυκλώματος μας. Παλμογράφος Ο παλμογράφος είναι ένα όργανο μέτρησης στον οποίο μπορούμε να δούμε τη μεταβολή της τάσης ενός ηλεκτρικού σήματος συνάρτηση με το χρόνο. Όπως φαίνεται και στο σχήμα 5, μπορούμε να διακρίνουμε την οθόνη στη βάση της οποίας υπάρχουν κάποια κουμπιά, στα δεξιά επίσης κάποια κουμπιά που ρυθμίζουν τη λειτουργία του και στο κατώτερο τμήμα δύο βύσματα που αντιστοιχούν στα κανάλια του παλμογράφου. Σχήμα 5 : Πρόσοψη παλμογράφου 5

7 Σε κάθε βύσμα συνδέεται ένα καλώδιο με δύο απολήξεις: Ένα άγκιστρο και ένα κροκοδειλάκι. Το πρώτο είναι αυτό που μετρά το σήμα και γι αυτό συνδέεται πάντα ανάλογα με το κύκλωμα, ενώ το δεύτερο είναι η γείωση του παλμογράφου και συνδέεται πάντα στην γείωση του κυκλώματος. Πολύμετρο Το πολύμετρο φαίνεται στο σχήμα 6. Πρόκειται για ένα όργανο που μας δίνει τη δυνατότητα να μετρήσουμε πολύ εύκολα και γρήγορα τη διαφορά δυναμικού ανάμεσα σε δύο σημεία του κυκλώματος μας, όποτε λειτουργεί σαν βολτόμετρο. Επίσης μπορεί να μετρήσει την ωμική αντίσταση κ.α. Για να κάνουμε τη μέτρηση χρησιμοποιούμε τα δύο καλώδια στα σημεία που θέλουμε να μετρήσουμε τη διαφορά δυναμικού και η ένδειξη εμφανίζεται στην οθόνη. Σχήμα 6 :Πρόσοψη πολύμετρου Παθητικά στοιχεία Για την υλοποίηση κυκλωμάτων τις περισσότερες φορές χρησιμοποιούνται κάποια παθητικά στοιχεία όπως αντιστάσεις, πυκνωτές, δίοδοι κ.α. Η αναγνώριση της τιμής μας αντίστασης γίνεται από τα χρώματά της, όπως εξηγείται παρακάτω. Υπάρχουν τρεις τύποι χρωματικής κωδικοποίησης αντιστάσεων, που διαφέρουν ως προς τον αριθμό των χρωματικών λωρίδων. Οι τύποι αυτοί φαίνονται στον Πίνακα 3. Πίνακας 3 :Τύποι χρωματικής κωδικοποίησης Ο αναλυτικός πίνακας των χρωματικών κωδικών δίνεται στον Πίνακα 4. Στις αγκύλες δίνεται ο αριθμός της λωρίδας. Οι πυκνωτές ανάλογα με τη χωρητικότητα και την τεχνολογία κατασκευής τους διακρίνονται σε διάφορες κατηγορίες, όπως ηλεκτρολυτικοί, κεραμικοί, πολυεστερικοί. Η τιμή τους συνήθως αναγράφεται πάνω στο σώμα τους. Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στη συνδεσμολογία των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών οι οποίοι έχουν πολικότητα και πρέπει να συνδεθούν κατάλληλα στο κύκλωμα. Έτσι το θετικότερο άκρο (μακρύτερο ποδαράκι) πρέπει να συνδεθεί σε υψηλότερο δυναμικό, ενώ το άλλο άκρο (κοντό ποδαράκι) στο 6

8 χαμηλότερο δυναμικό, όπως φαίνεται στο σχήμα 7a. Οι ίοδοι Εκπομπής Φωτός Light Emission Diodes (LED) είναι δίοδοι οι οποίες όταν διαρρέονται από ρεύμα Πίνακας 4: Χρωματική κωδικοποίηση αντιστάσεων εκπέμπουν φως. Όπως όλες οι δίοδοι, έτσι και αυτές έχουν πολικότητα και πρέπει η άνοδος να συνδέεται στο υψηλότερο δυναμικό και η κάθοδος στο χαμηλότερο δυναμικό. Η LED φαίνεται στο σχήμα 7b, όπου μπορούμε να διακρίνουμε πως το μακρύτερο ποδαράκι είναι η άνοδος και το κοντό ποδαράκι είναι η κάθοδος στο σχήμα 7c. Επίσης, αν δούμε τη LED ανάποδα (τα ποδαράκια είναι προς εμάς) υπάρχει ένα κάθετο ευθύγραμμο τμήμα δίπλα στο ποδαράκι που αντιστοιχεί στην κάθοδο, όπως παρατηρούμε στο σχήμα 7d. Σχήμα 7: Ηλεκτρολυτικός πυκνωτής και LED Ολοκληρωμένα κυκλώματα Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα ICs (integrated circuits) είναι συστατικά στοιχεία των ψηφιακών κυκλωμάτων. Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα είναι πολύ χρήσιμα για τη σχεδίαση ψηφιακών κυκλωμάτων γιατί περιέχουν σε μικρό χώρο μεγάλο αριθμό πυλών ώστε ο σχεδιαστής να επιλέγει τις κατάλληλες κάθε φορά πύλες για τη σχεδίαση που επιθυμεί. Το κάθε ολοκληρωμένο τοποθετείται στο breadboard όπως φαίνεται στο σχήμα 8. Σημαντική είναι η σωστή αρίθμηση των pins του ολοκληρωμένου. Το pin 1 βρίσκεται δίπλα 7

9 από την εγκοπή όπως φαίνεται στο σχήμα 8. Η αρίθμηση συνεχίζεται αντίθετα από την κίνηση των δεικτών του ρολογιού. Εγκοπή Pin 9 Pin 1 Σχήμα 8 : Τοποθέτηση ολοκληρωμένου στην πλακέτα Για να αποφευχθεί η βραχυκύκλωση του ολοκληρωμένου πρέπει να τοποθετηθεί στην πλακέτα όπως φαίνεται στο σχήμα 8 δηλαδή το αυλάκι της πλακέτας να χωρίζει το ολοκληρωμένο στα δύο. Τα ολοκληρωμένα για να λειτουργήσουν χρειάζονται τροφοδοσία. Ο κατασκευαστής δίνει τα pin (pin = ακροδέκτης) που πρέπει να συνδεθούν στην τάση (V CC ) και γείωση (GND) αντίστοιχα. Για παράδειγμα στα ολοκληρωμένα που θα χρησιμοποιηθούν στις πρώτες εργαστηριακές ασκήσεις δίνεται V CC στο pin 14 και GND στο pin 7, που σημαίνει ότι στο pin 14 πρέπει να συνδέσουμε τάση +5 Volt και στο pin 7 τάση 0 Volt. ΠΡΟΣΟΧΗ: Κάθε ολοκληρωμένο για να λειτουργήσει ΠΡΕΠΕΙ να τροφοδοτηθεί με τάση V CC. Για το λόγο αυτό μόλις τοποθετηθεί κάποιο ολοκληρωμένο στην πλακέτα καλό είναι να συνδεθούν αμέσως τα pins της τροφοδοσίας με τη γη και την τάση V CC αντίστοιχα. Σε αντίθετη περίπτωση φυσικά το ολοκληρωμένο δε θα λειτουργήσει. 8

10 Σχήμα 9: Μερικά SSI IC της σειράς TTL 7400, με τους κωδικούς τους, τους ακροδέκτες τους και τα σύμβολα των πυλών που περιέχουν. 9

11 1 η Εργαστηριακή Άσκηση Ολοκληρωμένα κυκλώματα της σειράς TTL 7400 Στα πειράματα του εργαστηρίου, θα χρησιμοποιήσουμε ολοκληρωμένα κυκλώματα (IC: Integrated Circuits) της σειράς ΤΤL 7400 μικρής (SSI: Small Scale Integration), ή μεσαίας κλίμακας ολοκλήρωσης (MSI: Medium Scale Integration). Τα SSI IC περιέχουν μεμονωμένες πύλες ή flip-flops, ενώ τα MSI εκτελούν πιο περίπλοκες λειτουργίες. Το σχήμα 9 (σελίδα 10) δείχνει τα 8 βασικά SSI IC με αντιστροφείς, πύλες ΟΧΙ-ΚΑΙ (ΝΑΝD), ΟΥΤΕ (NOR), ΚΑΙ (AND), Ή (OR) και αποκλειστικού-ή (XOR), και πύλες OXI-KAI (NAND) τριών και τεσσάρων εισόδων. Στο σχήμα φαίνονται οι ακροδέκτες που αντιστοιχούν στην κάθε πύλη. Οι ακροδέκτες των IC αριθμούνται από το 1 ως το 14. Ο ακροδέκτης 14, που σημειώνεται με V CC, και ο 7 που σημειώνεται με GND (ground-γείωση), είναι αυτοί που πρέπει να συνδεθούν στο τροφοδοτικό των 5V του πάγκου εργασίας για να λειτουργήσει το IC. Το κάθε IC έχει τον κωδικό του αριθμό για παράδειγμα το 7400 είναι αυτό που περιέχει τις πύλες NAND των δύο εισόδων. Για τα MSI IC, η λεπτομερής περιγραφή τους βρίσκεται στο βιβλίο του κατασκευαστή τους. Ο καλύτερος τρόπος για να αποκτήσει κανείς εμπειρία είναι να μελετήσει τα βιβλία των κατασκευαστών, όπου υπάρχει η πλήρης περιγραφή των εσωτερικών, εξωτερικών και ηλεκτρικών χαρακτηριστικών των IC. ΥΠΟΔΕΙΞΗ: Όλα τα ολοκληρωμένα της άσκησης έχουν 14 ακροδέκτες. Στον ακροδέκτη 7(GND) συνδέουμε τα 0 Volt (γη) και στον 14(Vcc) τα +5 Volt. ΠΡΟΣΟΧΗ αν δε συνδεθούν σωστά οι ακροδέκτες 7 και 14 στις αντίστοιχες τάσεις το ολοκληρωμένο δε θα λειτουργήσει. Αν τροφοδοτήσουμε τα ολοκληρωμένα ή συνδέσουμε τις εισόδους των πυλών με τάση μεγαλύτερη από +5 Volts ή αρνητική καταστρέφονται. Επίσης καταστρέφονται αν συνδεθεί η έξοδος μιας πύλης στη γη ή στα 5 Volts η βραχυκυκλωθούν οι έξοδοι δύο πυλών. Αν μία η περισσότερες πύλες ενός ολοκληρωμένου δε χρησιμοποιηθούν οι αντίστοιχοι ακροδέκτες μένουν ασύνδετοι. Σχετικά με την τοποθέτηση του IC στο breadboard δείτε το σχήμα 8 στην εισαγωγή. Πειραματική διαδικασία Η πύλη ΑΝD 1. Βεβαιωθείτε ότι όλα τα όργανα είναι κλειστά. 2. Χρησιμοποιήστε το IC 7408 για την επαλήθευση του πίνακα αληθείας της πύλης AND. 3. Συνδέστε το κύκλωμα του σχήματος 10. Μην ξεχάσετε να τροφοδοτήσετε με τάση το ολοκληρωμένο (pins 7 & 14). 4. Συνδέστε και τις δύο εισόδους της πύλης στο θετικό πόλο της πηγής τροφοδοσίας (+5Volts ή λογικό 1 ), παρατηρήστε την ένδειξη της LED στην έξοδο, και σημειώστε τη στον πίνακα 5. Εκτελέστε και τους τέσσερις δυνατούς συνδυασμούς στις εισόδους συνδέοντάς τες πότε με το θετικό πόλο της πηγής Vcc και πότε με τη γείωση (ground). Όταν η LED είναι αναμμένη στην έξοδό της έχουμε λογικό "1" (Υ=1) όταν δεν ανάβει η 10

12 LED έχουμε στην έξοδο της λογικό μηδέν "0" (Υ=0). Συμπληρώστε σε κάθε περίπτωση τον πίνακα 5. Σχήμα 10: Επαλήθευση πίνακα αληθείας πύλης AND Α Β Υ = Α Β Πίνακας 5 Σχήμα 11: Η πύλη AND συνδεδεμένη σε γεννήτρια συχνοτήτων. 11

13 5. Συνδέστε το κύκλωμα του σχήματος 11 συνδέοντας τη μία από τις δύο εισόδους της πύλης με πηγή συνεχούς τάσης 5 Volts και στη δεύτερη εφαρμόστε από τη γεννήτρια θετικό παλμό συχνότητας f 1 =5 Ηz. Σημειώστε τι παρατηρείτε όσον αφορά την ένδειξη της LED. ΠΡΟΣΟΧΗ από τη γεννήτρια παίρνετε το θετικό παλμό από την πάνω έξοδο με την ένδειξη SYNC. 6. Αυξήστε τη συχνότητα των παλμών στην f 2 =1ΚHz. Τι παρατηρείτε όσον αφορά την ένδειξη της LED; 7. Πάρτε μετρήσεις και συμπληρώστε τον πίνακα 6 (πλάτος και περίοδος παλμών) και καταγράψτε τις κυματομορφές που παρατηρείτε στον παλμογράφο στα εξής σημεία του κυκλώματος: a. Στην είσοδο της πύλης που είναι συνδεδεμένη με την γεννήτρια και b. Στην έξοδο της πύλης. Εξηγήστε τι παρατηρείτε. 8. Στη μια είσοδο της πύλης που είναι συνδεδεμένη με την πηγή συνεχούς τάσης 5 Volts μειώστε την τάση από τα 5 Volts στα μηδέν. Σημειώστε τι παρατηρείτε όσον αφορά στον παλμό εξόδου στον παλμογράφο. Είσοδος Έξοδος Πλάτος Περίοδος Πλάτος Περίοδος Πίνακας 6 Η πύλη OR 1. Χρησιμοποιήστε το IC 7432 για την επαλήθευση του πίνακα αληθείας της πύλης OR. 2. Συνδέστε το κύκλωμα του σχήματος 12. Μην ξεχάσετε να τροφοδοτήσετε με τάση το ολοκληρωμένο (pins 7 & 14). Σχήμα 12: Επαλήθευση πίνακα αληθείας πύλης OR 12

14 3. Συνδέστε και τις δύο εισόδους της πύλης στο θετικό πόλο της πηγής τροφοδοσίας (+5Volts ή λογικό 1 ), παρατηρήστε την ένδειξη της LED στην έξοδο, και σημειώστε τη στον πίνακα 6. Εκτελέστε και τους τέσσερις δυνατούς συνδυασμούς των εισόδων. Όταν η LED είναι αναμμένη στην έξοδό της έχουμε λογικό "1" (Υ=1) όταν δεν ανάβει η LED έχουμε στην έξοδο της λογικό μηδέν "0" (Υ=0). Συμπληρώστε σε κάθε περίπτωση τον πίνακα 6. Α Β Υ = Α+Β Πίνακας 6 4. Συνδέστε το κύκλωμα του σχήματος 13 γειώνοντας τη μία από τις δύο εισόδους της πύλης και στη δεύτερη εφαρμόστε από τη γεννήτρια θετικό παλμό συχνότητας f1=5 Ηz. Σημειώστε τι παρατηρείτε όσον αφορά την ένδειξη της LED. ΠΡΟΣΟΧΗ από τη γεννήτρια παίρνετε το θετικό παλμό από την πάνω έξοδο με την ένδειξη SYNC. Σχήμα 14: Η πύλη OR συνδεδεμένη σε γεννήτρια συχνοτήτων. 5. Αυξήστε τη συχνότητα των παλμών στην f 2 =1ΚHz. Τι παρατηρείτε όσον αφορά την ένδειξη της LED; 6. Πάρτε μετρήσεις και συμπληρώστε τον πίνακα 7 (πλάτος και περίοδος παλμών) και καταγράψτε τις κυματομορφές που παρατηρείτε στον παλμογράφο στα εξής σημεία του κυκλώματος: 13

15 a. Στην είσοδο της πύλης που είναι συνδεδεμένη με την γεννήτρια και b. Στην έξοδο της πύλης. Εξηγήστε τι παρατηρείτε. 7. Στη μια είσοδο της πύλης που είναι συνδεδεμένη με την γείωση συνδέστε πηγή συνεχούς τάσης 5 Volts. Σημειώστε τι παρατηρείτε όσον αφορά στον παλμό εξόδου στον παλμογράφο αλλά και στην ένδειξη LED. Είσοδος Έξοδος Πλάτος Περίοδος Πλάτος Περίοδος Πίνακας 7 Η πύλη ΝΟΤ (Αναστροφέας (inverter)) 1. Χρησιμοποιήστε το IC Συνδέστε το κύκλωμα του σχήματος 15 εφαρμόζοντας από τη γεννήτρια θετικό παλμό συχνότητας f 1 =5 Ηz. Σημειώστε τι παρατηρείτε όσον αφορά την ένδειξη της LED. ΠΡΟΣΟΧΗ από τη γεννήτρια παίρνετε το θετικό παλμό από την πάνω έξοδο. Σχήμα 15: Η πύλη NOT συνδεδεμένη σε γεννήτρια συχνοτήτων. 3. Αυξήστε τη συχνότητα των παλμών στην f 2 =1ΚHz. Τι παρατηρείτε όσον αφορά την ένδειξη της LED; 4. Πάρτε μετρήσεις και συμπληρώστε τον πίνακα 8 (πλάτος και περίοδος παλμών) και καταγράψτε τις κυματομορφές που παρατηρείτε στον παλμογράφο στα εξής σημεία του κυκλώματος: 14

16 c. Στην είσοδο της πύλης που είναι συνδεδεμένη με την γεννήτρια και d. Στην έξοδο της πύλης. Εξηγήστε τι παρατηρείτε. Είσοδος Έξοδος Πλάτος Περίοδος Πλάτος Περίοδος Πίνακας 8 Η πύλη XOR 1. Χρησιμοποιήστε το IC 7486 για την επαλήθευση του πίνακα αληθείας της πύλης XOR. 2. Συνδέστε το κύκλωμα του σχήματος 16. Μην ξεχάσετε να τροφοδοτήσετε με τάση το ολοκληρωμένο (pins 7 & 14). Σχήμα 16: Επαλήθευση πίνακα αληθείας πύλης OR 3. Συνδέστε και τις δύο εισόδους της πύλης στο θετικό πόλο της πηγής τροφοδοσίας (+5Volts ή λογικό 1 ), παρατηρήστε την ένδειξη της LED στην έξοδο, και σημειώστε τη στον πίνακα 9. Εκτελέστε και τους τέσσερις δυνατούς συνδυασμούς των εισόδων. Όταν η LED είναι αναμμένη στην έξοδό της έχουμε λογικό "1" (Υ=1) όταν δεν ανάβει η LED έχουμε στην έξοδο της λογικό μηδέν "0" (Υ=0). Συμπληρώστε σε κάθε περίπτωση τον πίνακα 9. Α Β Υ = ΑΒ Πίνακας 9 15

17 2 η Εργαστηριακή Άσκηση Πειραματική διαδικασία Κατά τη σύνδεση των κυκλωμάτων θα πρέπει να προσέξετε τα παρακάτω: Οι δίοδοι LED που χρησιμοποιείτε έχουν πολικότητα η οποία διακρίνεται από το μήκος των ακροδεκτών ("ποδαράκια") των LED. Έτσι ο ακροδέκτης μεγαλυτέρου μήκους της LED συνδέεται σε θετικό δυναμικό (π.χ. στην έξοδο μιας πύλης) και ο ακροδέκτης μικρότερου μήκους στη γείωση ή σε αντίσταση που είναι συνδεδεμένη με γείωση. Για να μπορούν οι λογικές πύλες να σας δώσουν σωστά αποτελέσματα θα πρέπει οι είσοδοί τους να είναι συνδεδεμένοι είτε σε λογικό μηδέν "0" (στη γείωση) είτε σε λογικό ένα "1" (τάση 5 Volts). Αν κάποια από τις εισόδους των πυλών σας είναι στον αέρα τότε τα αποτελέσματα που θα πάρετε θα είναι λάθος. Όπως και στο προηγούμενο εργαστήριο επισημαίνουμε ότι ποτέ δε συνδέουμε την έξοδο μιας πύλης στη γείωση ή σε τάση 5 Volts γιατί η πύλη βραχυκυκλώνεται και το ολοκληρωμένο καταστρέφεται. Επίσης ποτέ δε συνδέουμε τις εξόδους δύο πυλών γιατί πάλι προκύπτει βραχυκύκλωμα και το ολοκληρωμένο καταστρέφεται. Γενικά μπορούμε να πούμε ότι οι έξοδοι των πυλών μας οδηγούνται είτε σε LED είτε στον παλμογράφο. 1. Συνδέστε το λογικό κύκλωμα του παρακάτω σχήματος. Σχήμα 17: Κύκλωμα με πύλες NAND 2. Καταγράψτε την έξοδο του κυκλώματος (Πίνακας 10) για όλους τους δυνατούς συνδυασμούς των εισόδων. Όταν η LED είναι αναμμένη στην έξοδο έχουμε λογικό "1". Όταν η LED είναι σβηστή στην έξοδο έχουμε λογικό μηδέν. 16

18 Α Β Υ Πίνακας Συνδέστε το λογικό κύκλωμα του παρακάτω σχήματος. Σχήμα 18: Κύκλωμα με πύλες NAND και AND 4. Καταγράψτε την έξοδο του κυκλώματος (Πίνακας 10) για όλους τους δυνατούς συνδυασμούς των εισόδων. Όταν η LED είναι αναμμένη στην έξοδο έχουμε λογικό "1". Όταν η LED είναι σβηστή στην έξοδο έχουμε λογικό μηδέν. Α Β Υ = ΑΒ Πίνακας Σχεδιάστε ένα κύκλωμα που να υλοποιεί την συνάρτηση F=AB+CD και υλοποιήστε το με την χρήση ενός μόνο ολοκληρωμένου πυλών NAND. Βρείτε πειραματικά τον πίνακα αληθείας του. Υλοποιήστε και την συμπληρωματική συνάρτηση F μαζί με την F. 17

19 3 η Εργαστηριακή Άσκηση Ο χρονιστής 555 Ο χρονιστής 555 (αν και μπροστά από τον αριθμό 555 μπορεί να υπάρχουν διάφορα γράμματα ανάλογα με την κατασκευαστική εταιρία) είναι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα (ΙC: Integrated Circuit), το οποίο λειτουργεί σε δύο καταστάσεις: τη μονοσταθή (μία σταθερή κατάσταση) και την ασταθή (καμία σταθερή κατάσταση). Στη μονοσταθή μπορεί να δημιουργήσει ένα και μοναδικό ορθογώνιο σήμα, με χρονική διάρκεια από microsecond μέχρι ώρες. Στην ασταθή δημιουργεί τετραγωνικούς παλμούς με μεταβλητό κύκλο εργασίας. Το εσωτερικό του 555 είναι ιδιαίτερα πολύπλοκο για το τρέχον επίπεδο του εργαστηρίου και δεν θα το αναπτύξουμε. Θα αρκεστούμε στην επεξήγηση των pins (ποδαράκια) του chip.το IC του 555 είναι ένα chip με 8 ποδαράκια, όπως φαίνεται στο σχήμα 19. Σχήμα 19: Ο χρονιστής 555 Το pin 1 (ground) αντιστοιχεί στην γείωση και το pin 8 (Vcc) στη τάση τροφοδοσίας. Το βασικότερο, ίσως, pin είναι το pin 2 (trigger), που είναι το ποδαράκι του σκανδαλισμού. Εάν σε αυτό εφαρμόσουμε λογικό 0 τότε η έξοδος γίνεται HIGH (στην πραγματικότητα αρκεί να εφαρμόσουμε δυναμικό ίσο ή μικρότερο του Vcc/3, άλλα είναι προτιμότερο να το γειώνουμε). Εάν δεν θέλουμε να προκαλέσουμε σκανδαλισμό, κρατάμε το pin 2 μονίμως σε λογικό 1 (δηλαδή στο Vcc), οπότε η έξοδος είναι χαμηλή. Η έξοδος είναι το pin 3 (output). Την κατάσταση της εξόδου μπορούμε να την ελέγχουμε: I. με μία LED (αν ανάβει έχουμε λογικό 1, αν είναι σβηστό έχουμε λογικό 0 ), II. με ένα βολτόμετρο (τάση από 0 έως 0,8V αντιστοιχεί σε κατάσταση LOW, ενώ τάση από 2V έως 5V αντιστοιχεί σε κατάσταση HIGH), 18

20 III. με τον παλμογράφο, εάν έχουμε μεγάλες συχνότητες. Τα υπόλοιπα ποδαράκια συνδέονται με εξωτερικά στοιχεία του κυκλώματος. Από αυτά το pin 6 (threshold) συνδέεται πάντα με έναν εξωτερικό πυκνωτή και παρακολουθεί την τάση στα άκρα του. Όταν η τάση του πυκνωτή ξεπεράσει μια κρίσιμη τιμή, αρχίζει η εκφόρτισή του μέσω του pin 7 (discharge). Το pin 5 (control voltage) καθορίζει αυτήν την κρίσιμη τιμή τάσης και για απλές διατάξεις γειώνεται μέσω ενός δεύτερου πυκνωτή. Τέλος το pin 4 (reset) είναι ανενεργό σε λογικό 1, ενώ αναστέλλει τη λειτουργία του 555 όταν βρεθεί στη γείωση. Μονοσταθής λειτουργία Το σχήμα 20 δείχνει τη συνδεσμολογία του 555 σε μονοσταθή λειτουργία. Το κύκλωμα έχει τα εξής εξωτερικά στοιχεία: τη LED και την αντίσταση προστασίας της R LED, τα οποία χρησιμεύουν για να βλέπουμε την κατάσταση της εξόδου. Τον πυκνωτή C 1, ο οποίος χρησιμοποιείται ως πυκνωτής παράκαμψης για να ελαττώνει τον παρασιτικό ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο (δεν επηρεάζει την κατάσταση της εξόδου). Την αντίσταση R 1 και τον πυκνωτή C, που αποτελούν τα στοιχεία χρονισμού των παλμών (ανάλογα με τις τιμές τους προκύπτουν παλμοί συγκεκριμένου εύρους). Ο κλάδος του κυκλώματος που βρίσκεται στα αριστερά και περιλαμβάνει την αντίσταση R X, δεν έχει να κάνει με τη λειτουργία του 555. Η χρήση του, όμως, είναι ουσιαστική και αυτό που κάνει είναι να μην επιτρέπει στο pin 2 να βρεθεί στον αέρα (Να θυμάστε ότι για να δώσει αξιόπιστα αποτελέσματα ένα IC, θα πρέπει τα pin του να βρίσκονται πάντα σε κάποιο λογικό, είτε 0 είτε 1. Ποτέ στον αέρα!). Ο διακόπτης J X του κυκλώματος δεν υπάρχει στην πραγματικότητα. Απλώς αναπαριστά ένα καλωδιάκι το οποίο, όταν είναι στον αέρα τότε το pin 2 συνδέεται απευθείας σε δυναμικό 5 Volt (επομένως με αυτόν τον τρόπο εφαρμόζουμε λογικό 1 στο pin σκανδαλισμού), ενώ όταν συνδέεται με τη γείωση τότε γειώνεται επίσης και το pin 2 (και επομένως το λογικό 0 θα προκαλέσει ένα σήμα σκανδαλισμού). Σχήμα 20: Συνδεσμολογία μονοσταθούς λειτουργίας 19

21 Αρχικά ο χρονιστής 555 έχει χαμηλή τάση εξόδου (κατάσταση LOW), στην οποία μπορεί να παραμείνει επ άπειρο. Όταν προκύψει σκανδαλισμός τότε το κύκλωμα δημιουργεί στην έξοδο ένα και μοναδικό τετραγωνικό παλμό (διάγραμμα 1), το εύρος W του οποίου καθορίζεται από τα εξωτερικά στοιχεία του κυκλώματος. Τη στιγμή που ο παλμός γίνεται HIGH, αρχίζει να φορτίζεται ο πυκνωτής χρονισμού C. Η τάση στα άκρα του αυξάνεται εκθετικά, έως ότου να φτάσει την τιμή 2V CC /3. Μόλις ξεπεράσει την τιμή αυτή, μια αλλαγή στο εσωτερικό του IC 555 αναγκάζει τον πυκνωτή C να εκφορτιστεί πολύ γρήγορα και συγχρόνως οδηγεί την έξοδο σε κατάσταση LOW. Η έξοδος θα παραμείνει σε αυτή την κατάσταση μέχρι να έρθει ένα καινούριο σήμα σκανδαλισμού. Διάγραμμα 1 Το εύρος W του ορθογώνιου παλμού εξαρτάται από το χρόνο που χρειάζεται ο πυκνωτής C να φορτιστεί μέσω της αντίστασης R 1. Όσο μεγαλύτερη είναι η σταθερά χρόνου R C, τόσο περισσότερο χρόνο χρειάζεται η τάση του πυκνωτή να φτάσει την τιμή 2V CC /3, οπότε τόσο περισσότερο χρόνο μένει ο παλμός σε κατάσταση HIGH. Μαθηματικά το εύρος του παλμού W δίνεται από τον τύπο: W = 1,1 R 1 C (sec) 20

22 Εάν κατά τη διάρκεια που η έξοδος είναι σε λογικό 1, γειώσουμε το pin 4 (reset), τότε η έξοδος θα επιστρέψει σε λογικό 0, ακόμη και αν δεν ξεπέρασε η τάση στα άκρα του πυκνωτή την τιμή 2V CC /3 (αναστολή λειτουργίας). Ασταθής λειτουργία Το σχήμα 21 δείχνει τη συνδεσμολογία του IC 555 σε ασταθή λειτουργία. Η κύρια διαφορά του με το σχήμα 20 είναι ότι έχει προστεθεί ακόμη μία αντίσταση, η R 2. Ακόμη το ποδαράκι σκανδαλισμού (pin 2) είναι μόνιμα συνδεδεμένο στο πάνω άκρο του πυκνωτή, οπότε δεν μένει ποτέ στον αέρα. Άρα ο δεξιότερος κλάδος του σχήματος 20 δεν χρειάζεται. Με αυτή τη συνδεσμολογία (δεν θα αναπτύξουμε τη λειτουργία στο εσωτερικό του 555) ο πυκνωτής C φορτίζεται και εκφορτίζεται συνεχώς, με αποτέλεσμα να έχουμε ένα περιοδικό σήμα σκανδαλισμού. Επομένως η έξοδος συνεχώς μεταβαίνει από λογικό 0 σε λογικό 1 και αντίστροφα. Έτσι το κύκλωμα ταλαντώνεται και δημιουργεί ορθογώνιους παλμούς (διάγραμμα 2). Σχήμα 21: Συνδεσμολογία ασταθούς λειτουργίας Η τάση στα άκρα του πυκνωτή μεταβάλλεται εκθετικά από V CC /3 έως 2V CC /3. Ο πυκνωτής φορτίζεται μέσω και των δύο αντιστάσεων [οπότε η σταθερά φόρτισης είναι (R 1 +R 2 ) C], ενώ εκφορτίζεται μόνο μέσω της R 2 (οπότε η σταθερά εκφόρτισης είναι R 2 C). Αφού η σταθερά φόρτισης είναι μεγαλύτερη από τη σταθερά εκφόρτισης, οι παλμοί δεν είναι συμμετρικοί. Ανάλογα με την τιμή των R1 και R2 μεταβάλλεται ο κύκλος εργασίας (δηλαδή το ποσοστό 21

23 της περιόδου που ο παλμός παραμένει σε κατάσταση HIGH) από 50% έως 100%. Το εύρους W και η περίοδος T του παλμού δίνονται από τις σχέσεις: Η συχνότητα f είναι: Διάγραμμα 2 W = 0,693(R 1 + R 2 ) C Τ = 0,693(R 1 + 2R 2 ) C F = 1/T = 1,44 /[ (R 1 + 2R 2 ) C] και ο κύκλος εργασίας D προκύπτει από το πηλίκο του εύρους του παλμού με την περίοδο: D = W/T = (R 1 + R 2 )/ /[ (R 1 + 2R 2 ) C] Εάν R 1 << R 2 τότε D 50%, ενώ R 1 >> R 2 τότε D 100%. Παρατηρήστε ότι ο κύκλος εργασίας είναι ανεξάρτητος από τον πυκνωτή χρονισμού! Πειραματική διαδικασία Ο χρονιστής 555 σε μονοσταθή λειτουργία 1. Κατασκευάστε στο breadboard το κύκλωμα της μονοσταθούς λειτουργίας του χρονιστή 555, όπως φαίνεται στο σχήμα 20. Να θυμάστε ότι οι LED έχουν πολικότητα! Το μακρύτερο pin συνδέεται σε υψηλό δυναμικό (στην έξοδο του ολοκληρωμένου), ενώ το πιο κοντό συνδέεται σε χαμηλό δυναμικό (στη γείωση του κυκλώματος μέσω της αντίστασης προστασίας). Πολικότητα μπορεί να διαθέτουν ακόμη και κάποιοι πυκνωτές (οι λεγόμενοι ηλεκτρολυτικοί), οι οποίοι είναι κυλινδρικοί και με επίσης άνισα ποδαράκια. Και για αυτούς ισχύουν οι παραπάνω κανόνες συνδεσμολογίας. Αντιθέτως οι αντιστάσεις δεν έχουν πολικότητα και μπορούμε να τις συνδέουμε όπως θέλουμε. 2. Αφού κατασκευάσετε το κύκλωμα, εφαρμόστε ηλεκτρική τάση σε αυτό. Να θυμάστε ότι το τροφοδοτικό που χρησιμοποιούμε είναι αυτό των 5 Volt συνεχούς τάσεως (DC Power Supply). Ο κόκκινος πόλος (5V) δίνει την τάση, ενώ ο λευκός (0V) τη γείωση! 22

24 Αφού ανοίξετε το τροφοδοτικό, παρατηρείστε την κατάσταση της εξόδου. Δηλαδή, σημειώστε σε τι κατάσταση βρίσκεται αρχικά η LED. Να θυμάστε ότι εάν η LED ανάβει τότε διαρρέεται από ρεύμα και επομένως η έξοδος έχει τάση ή λογικό 1. Το αντίθετο συμβαίνει εάν η LED είναι σβηστή: η έξοδος έχει λογικό 0! Κατάσταση LED 3. Σκανδαλίστε το κύκλωμα. Για να το πετύχουμε αυτό θα πρέπει να εφαρμόσουμε λογικό 0 στο pin σκανδαλισμού του IC. Για το σκοπό αυτό αρκεί να γειώσουμε το pin 2 χρησιμοποιώντας ένα καλωδιάκι. ΠΡΟΣΟΧΗ: ο σκανδαλισμός πρέπει να γίνεται ακαριαία. Απλά ακουμπήστε το καλωδιάκι, που αντιστοιχεί στον J X (στο σχήμα 20), στην γείωση του breadboard και τραβήξτε το αμέσως (μετά αφήστε το στον αέρα). Αμέσως μετά το σήμα σκανδαλισμού παρατηρείστε και πάλι την συμπεριφορά της εξόδου και την κατάσταση της LED. Κατάσταση LED 4. Συνεχίστε να παρατηρείτε την έξοδο για κάποια δευτερόλεπτα μετά τον σκανδαλισμό και σημειώστε τυχόν μεταβολές. Ποια είναι η κατάσταση της LED μετά από κάποιο χρονικό διάστημα; (Επαναλάβετε τα βήματα 3 και 4, εάν χρειαστεί) Κατάσταση LED 5. Όταν σκανδαλίσετε τον 555, μετρήστε το χρόνο που διαρκεί ο παλμός στην έξοδο του κυκλώματος. Για το σκοπό αυτό αρκεί να μετρήσουμε πόσο χρόνο μένει αναμμένη η LED. Χρησιμοποιήστε ένα χρονόμετρο (ή απλά το ρολόι σας) και ξεκινήστε να μετράτε αμέσως μόλις ακουμπήσετε το καλωδιάκι στην γείωση. Για πιο ακριβή αποτελέσματα, επαναλάβετε την ίδια μέτρηση πέντε φορές και θεωρήστε το μέσο όρο αυτών των τιμών ως τη διάρκεια του παλμού εξόδου. A/A M.O. 23 Χρόνος διάρκειας παλμού 6. Σκανδαλίστε ξανά τον 555. Αμέσως μετά τον σκανδαλισμό εφαρμόστε λογικό 0 στο pin reset του chip. Αυτό γίνετε εάν πάρουμε το καλωδιάκι, που είναι συνδεδεμένο με το ποδαράκι 4 του ολοκληρωμένου, από τη VCC και το ακουμπήσουμε στη γείωση. Και πάλι η επαφή πρέπει να γίνει στιγμιαία (κατόπιν αφήνουμε το καλωδιάκι στον αέρα). Σημειώστε την κατάσταση της εξόδου μετά το reset. Κατάσταση LED 7. Μετρήστε, με ένα DC βολτόμετρο, την τάση εξόδου (στο pin 3) κατά τη μονοσταθή λειτουργία του χρονιστή 555. Πόσα Volt είναι η έξοδος όταν η LED είναι σβηστή και πόσα όταν είναι αναμμένη; Να θυμάστε ότι για να μετρήσω μια διαφορά δυναμικού,

25 αρκεί να συνδέσω τους ακροδέκτες του βολτόμετρου στα άκρα του στοιχείου, του οποίου θέλω να μετρήσω την τάση! Ένα από τα δύο άκρα του συγκεκριμένου στοιχείου θα βρίσκεται σε χαμηλότερο δυναμικό, απ ότι το άλλο. Για παράδειγμα, μπορεί να συνδέεται στη γείωση. Σ αυτό το άκρο θα πρέπει να συνδέσω τον μαύρο ακροδέκτη του βολτόμετρου, ενώ ο κόκκινος πρέπει να συνδεθεί με το θετικότερο άκρο του στοιχείου. Κατάσταση LED OFF Τάση εξόδου ON 8. Αντικαταστήστε την αντίσταση του 1kΩ με μία των 470kΩ και επαναλάβετε τα βήματα 5 και 7. Καταγράψτε τη χρονική διάρκεια του νέου παλμού. ΠΡΟΣΟΧΗ: Κλείνουμε πάντα την τροφοδοσία πριν από οποιαδήποτε αλλαγή στο κύκλωμα. Καταγράψτε τις νέες σας μετρήσεις στους παρακάτω πίνακες και σχολιάστε τα αποτελέσματα. A/A M.O. Χρόνος διάρκειας παλμού Κατάσταση LED Τάση εξόδου OFF ON Χρονιστής 555 σε ασταθή λειτουργία 1. Κλείστε το τροφοδοτικό. Τροποποιήστε το κύκλωμα που ήδη κατασκευάσατε, έτσι ώστε να προκύψει το κύκλωμα του σχήματος Εφαρμόστε τάση στο κύκλωμα και παρατηρήστε την κατάσταση της εξόδου. Καταγράψτε τι παρατηρείτε. Υπολογίστε πειραματικά τη συχνότητα των παλμών. Για να γίνει αυτό μετρήστε πόσος χρόνος Δt χρειάζεται για να αναβοσβήσει η LED 10 φορές. Έτσι η συχνότητα θα είναι F = 10/Δt Hz Για πιο ακριβή αποτελέσματα, επαναλάβετε την ίδια μέτρηση τρεις φορές και θεωρήστε το μέσο όρο αυτών των τιμών ως τη διάρκεια των παλμών εξόδου. Προσοχή: για να μετρήσουμε το χρόνο 10 παλμών, ξεκινάμε να μετράμε μόλις η LED ανάψει κάποια στιγμή για πρώτη φορά και σταματάμε μόλις η LED ανάψει για ενδέκατη φορά! 24

26 A/A M.O. Χρόνος διάρκειας 10 παλμών 3. Εφαρμόστε λογικό μηδέν στο pin reset του IC. Αυτό γίνετε εάν γειώσουμε με ένα καλωδιάκι το ποδαράκι 4 του ολοκληρωμένου. Κρατήστε γειωμένο το pin 4 για αρκετό χρόνο. Στη συνέχεια αφήστε το. Επαναλάβετε αν χρειαστεί. Καταγράψτε τι παρατηρείτε. 4. Αντικαταστήστε την αντίσταση R 1 των 470kΩ με μία του 22kΩ (οπότε θα έχουμε δυο ίδιες αντιστάσεις, R 1 =R 2 ). Παρατηρήστε και πάλι την συμπεριφορά της εξόδου. Είναι η συχνότητα των παλμών μεγαλύτερη ή μικρότερη από πριν; 5. Στη συνέχεια αντικαταστήστε τον πυκνωτή C (όχι τον C 1 ) των 10μF με έναν των 100nF. Αφού εφαρμόσετε τάση στο κύκλωμα, καταγράψτε τη συμπεριφορά της LED. Συμπεριφορά LED Χρησιμοποιήστε τον παλμογράφο για να δείτε τις κυματομορφές της εξόδου και της τάσης στα άκρα του πυκνωτή χρονισμού. Για αυτό το σκοπό συνδέετε ένα από τα δύο κανάλια του παλμογράφου στο pin 3 (ή σε οποιαδήποτε αγώγιμη επιφάνεια που συνδέεται με το pin 3), και το άλλο κανάλι με το ποδαράκι του πυκνωτή που δεν συνδέεται στη γείωση. ΠΡΟΣΟΧΗ: Ο μαύρος ακροδέκτης (κροκοδειλάκι) των καναλιών του παλμογράφου πρέπει να συνδέεται με τη γείωση του κυκλώματος. Ο άλλος ακροδέκτης (άγκιστρο) τοποθετείται στο σημείο που θέλω να μελετήσω την μεταβολή της τάσης. Καταγράψτε από τον παλμογράφο τις τιμές που σας χρειάζονται, ώστε να κάνετε τις γραφικές παραστάσεις των κυματομορφών που βλέπετε. Να θυμάστε ότι για να κάνουμε τη γραφική παράσταση ενός περιοδικού σήματος χρειαζόμαστε τις χαρακτηριστικές τιμές χρόνου (π.χ. την περίοδο κτλ.) και τις χαρακτηριστικές τιμές τάσης (π.χ. V max, V p-p κτλ.), έτσι ώστε να ξέρουμε πού αρχίζει και πού καταλήγει πάνω στο διάγραμμα! Κανάλι 1 Τ = W = V 0 = Κανάλι 2 t 1 = t 2 = V max = V min = όπου t 1 είναι ο χρόνος που διαρκεί η φόρτιση του πυκνωτή και t 2 είναι ο χρόνος που διαρκεί η εκφόρτισή του. 25