Circuie elemenare de prelucrare a impulsurilor P a g i n a 1 LUCRARA NR.1 CIRCUIT LMNTAR D PRLUCRAR A IMPULSURILOR Scopul lucrării: sudierea comporării unor circuie RC de prelucrare liniară a impulsurilor precum şi a funcţionării unor circuie de axare şi de limiare cu diode; de asemenea, se urmăreşe deprinderea uilizării osciloscopului în scopul măsurării paramerilor impulsurilor. 1. Circuiul RC serie, cu ieşirea pe rezisenţă, reprezena în figura 1.1.a, are comporări diferie în funcţie de raporul dinre consana de imp a circuiului τ = RC şi duraa impulsurilor (T 1 ) şi a inervalului (T 2 ) dinre impulsurile aplicae la inrare (figura 1.1.b). Fig. 1.1.a) Circuiul RC cu ieșire pe rezisență prin: Asfel, dacă τ << T 1,T 2, impulsurile de la ieşire au forma din figura 1.1.c şi sun caracerizae (1.1) (1.2) T 1 T 2 Fig. 1.1.b) Paramerii impulsurilor drepunghiulare v o V omax αv omax 1 V omax Fig. 1.1.c) Tensiunea de ieșire în cazul τ << T 1, T 2
2 P a g i n a Îndrumar laboraor lecronică Digială 1 ΔV 1-2 ΔV 2 Fig. 1.1.d) Tensiunea de ieșire în cazul τ >>T 1, T 2 V 1 V 1 V 2 V 2 -V 4 -V 3 -V 3 Fig. 1.1.e) Tensiunea de ieșire în cazul τ T 1, T 2 În aces caz, circuiul RC se comporă ca un circui de derivare (de diferenţiere) a impulsurilor. care: Dacă τ >> T 1, T 2, în regim saţionar, se obţine, la ieşire, forma de undă din figura 1.1.d, în (1.3) Se consideră că, pracic, impulsurile nu îşi schimbă forma, circuiul RC comporându-se ca un circui de recere (de cuplaj). În cazul în care consana de imp τ ese comparabilă cu T 1 şi T 2, în regim saţionar, se obţine forma de undă din figura 1.1.e, ensiunile V 1, V 2, V 3 şi V 4 fiind dependene de consana de imp τ, de inervalele de imp T 1 şi T 2 caracerisice impulsurilor de la inrare şi de ampliudinea a acesora. În aces caz, se obține: (1.4) (1.5) (1.6) (1.7) (1.8) În oae cazurile, în regim saţionar, impulsurile de la ieşire (de pe rezisenţă) au componenă nulă, componena coninuă a impulsurilor de la ieşire rămânând pe capaciae. (1.9)
Circuie elemenare de prelucrare a impulsurilor P a g i n a 3 2. În cazul circuiului de derivare, penru impulsuri caracerizae prin inervale de imp T 1 şi T 2 relaiv mici, îndeplinirea condiţiei τ << T 1, T 2 se realizează mai greu. Micşorarea valorilor elemenelor circuiului RC, are ca efec creşerea ponderii elemenelor parazie (capaciaea de inrare, C p, care apare în paralel cu rezisenţa R şi rezisenţa inernă a generaorului de semnal, R g, care apare în serie cu capaciaea C). În aces caz, penru circuiul de derivare real, reprezena în figura 1.2.a, se va consaa aâ o micşorare a ampliudinii impulsurilor câ şi a duraei lor. De asemenea, aşa cum se observă în figura 1.2.b, impulsurile derivae vor avea un fron diferi de zero, deermina, pracic, de consana de imp C p R g. V omax V omax Fig. 1.2.a) Circui de derivare real Rezulă necesiaea îndeplinirii condiţiilor: Fig. 1.2.b) Tensiunea de ieșire reală a unui derivaor R >> R g 0 şi C >> C p 0 (1.10) (adică elemenele adăugae în circui să fie mul mai mari decâ elemenele parazie, deja prezene), condiţii cu un grad de generaliae mare penru circuie elecronice de impulsuri. 3. Circuiul RC serie, cu ieşirea pe capaciae, reprezena în figura 1.3.a, se comporă ca un circui de inegrare (figura 1.3.c) în cazul în care consana de imp a circuiului, = RC, ese mare în comparaţie cu duraa impulsurilor de inrare (T 1 ) şi cu inervalul de imp dinre ele (T 2 ), precizae în figura 1.3.b (τ>>t 1, T 2 ). Mărimile caracerisice ensiunii de ieşire a circuiului de inegrare vor fi: (1.11) (1.12) În cazul în care consana de imp τ = RC ese foare mică în comparaţie cu T 1 şi T 2 (τ <<T 1, T 2 ), impulsurile de la ieşire, asemănăoare cu cele de la inrare, vor fi deformae prin apariţia fronurilor finie, ca în figura 1.3.d. Fig. 1.3.a) Circui RC cu ieșirea pe capaciae
4 P a g i n a Îndrumar laboraor lecronică Digială T 1 T 2 Fig. 1.3.b) Paramerii impulsurilor de inrare ΔV Fig. 1.3.c) Tensiunea de ieșire în cazul τ>>t 1, T 2 0.9 0.1 f + f - Fig. 1.3.d) Tensiunea de ieșire în cazul τ<<t 1, T 2 Se obţin relaţiile: (1.13) Penru circuiul de inegrare, rezisenţa generaorului de semnal nu afecează funcţionarea (ese în serie cu rezisenţa de inegrare). În schimb, rezisenţa de inrare a eajului urmăor, R p, modifică aâ ensiunea coninuă de pe capaciae, câ şi consana de imp a circuiului, conform relaţiilor: (1.14) (1.15) 4. Penru reducerea ampliudinii impulsurilor vizualizae pe osciloscop, se foloseşe un divizor compensa, a cărui schemă ese reprezenaă în figura 1.4, unde R 2 şi C 2 reprezină, de obicei, rezisenţa de inrare (de ordinul a 1 MΩ) respeciv capaciaea de inrare (de circa 10 30 pf) ale osciloscopului. La aplicarea unui sal reapă de ensiune, de valoare, ensiunea de ieşire va avea expresia: cu (1.16)
Circuie elemenare de prelucrare a impulsurilor P a g i n a 5 În funcţie de raporul (care dă salul iniţial al ensiunii de ieşire) şi de raporul (care dă valoarea finală a ensiunii de ieşire) se obţin urmăoarele cazuri, reprezenae în figura 1.5: c d b a Fig. 1.4 Divizorul compensa Fig. 1.5 Forme de fron crescăor ale ensiunii de ieșire a divizorului - : divizor necompensa (figura 1.5.a); - : divizor subcompensa (figura 1.5.b); - : divizor supracompensa (figura 1.5.c); - : divizor compensa (figura 1.5.d). Uilizarea divizorului compensa de impulsuri prezină şi avanajul unei capaciăţi echivalene de valoare redusă, ceea ce ese imporan la vizualizarea unor fenomene rapid variabile în imp. 5. Penru modificarea componenei coninue a impulsurilor de la ieşire, se poae folosi un circui de axare, de ipul celui din figura 1.6.a, în care, dacă se îndeplineşe condiţia:, la impulsurile de comandă din figura 1.6.b, aplicae la inrare, se obţine răspunsul din figura 1.6.c (s-a presupus că dioda ese ideală, alfel apare o ranslaare suplimenară a componenei coninue cu V D ). Fig. 1.6.a) Circuiul de axare V i V o T 1 T 2 C Fig. 1.6.b) Paramerii semnalului de comandă Fig. 1.6.c) Semnalul axa
6 P a g i n a Îndrumar laboraor lecronică Digială 6. Circuiele de limiare cu diode po realiza limiare superioară, inferioară sau bilaerală, aşa cum reiese din caracerisicile de ransfer, v 0 ( ), reprezenae în figura 1.7, a, b şi c. v o v o v o V o V o2 V p V p V o V p1 V p2 V o1 Fig. 1.7.a) Semnal limia superior Fig. 1.7.b) Semnal limia inferior Fig. 1.7.c) Semnal limia bilaeral Din punc de vedere pracic, circuiele de limiare cu diode se po realiza în variane serie sau în variane paralel (fiind posibile, penru limiaoarele bilaerale, şi variane combinae), aşa cum se observă în figura 1.8. Fig. 1.8 Circuie de limiare cu diode Paramerii cei mai imporanţi ai unui limiaor cu diode sun: ensiunea (sau ensiunile) de prag, pana caracerisicii de ransfer în zona de limiare (care rebuie să fie câ mai aproape de zero), pana caracerisicii de ransfer în zona liniară (care rebuie să fie câ mai aproape de 1) precum şi vieza de comuare în cazul aplicării unor semnale rapid variabile. Circuiele de limiare care se esează în cadrul lucrării sun desenae în figura 1.8.
Circuie elemenare de prelucrare a impulsurilor P a g i n a 7 DSFĂŞURARA LUCRĂRII axare. Se idenifică circuiul din figura 1.9 penru esarea circuielor liniare RC şi a circuiului de C 1max 220pF C 1op 100pF C 1min 47pF 1. Penru = 5 V, C = 10 nf, R = 10 kω se calculează mărimile ce caracerizează formele de undă conform diagramelor de imp din figura 1.1 şi figura 1.3, penru urmăoarele valori ale inervalelor de imp T 1 şi T 2 : a) T 1 = 100 μs; T 2 = 200 μs; b) T 1 = 10 μs; T 2 = 20 μs; c) T 1 = 1 ms; T 2 = 2 ms; Fig. 1.9 Monajul de laboraor 2. Folosind monajul din figura 1.9 se vor efecua urmăoarele măsurăori: 2.1 Circuiul RC cu R = 10 kω şi C = 10 nf ese comanda în serie de un generaor de semnale drepunghiulare cu rezisenţă câ mai mică. Se măsoară ensiunea de pe rezisenţă (înre borna 3 şi borna 1, de masă, cu borna 4 la masă şi cu inrarea la borna 2); se măsoară ensiunea de pe capaciae (înre bornele 3 şi 1, cu borna 2 la masă şi cu inrarea la borna 4) penru forme de undă de comandă cu paramerii de la puncul preceden. Paramerii măsuraţi ai impulsurilor se compară cu valorile calculae la puncul 1. 2.2 Penru circuiul de derivare din figura 1.2.a, se inroduce o capaciae C p = 1 nf în paralel cu rezisenţa R (borna 6 se cuplează cu borna 3) şi se măsoară impulsurile obţinue la ieşire (ampliudine, duraă, fron);
8 P a g i n a Îndrumar laboraor lecronică Digială 2.3 În aceleaşi condiţii, se aplică impulsurile de comandă la borna 5 (inroducând R g =1 kω) şi se repeă măsurăorile. Rezulaele de la puncele 2.2 şi 2.3 se compară cu rezulaele eoreice care se vor obține penru circuiele respecive cu valorile numerice furnizae în lucrare; 2.4 Penru circuiul de inegrare din figura 1.3.a, se inroduce o rezisenţă de sarcină R p =30 kω (borna 7 la borna 3) şi se măsoară ensiunile şi τ, comparându-le cu valorile calculae cu relaţiile (14) şi (15). 3. Se experimenează divizorul de impulsuri din figura 1.4. Se calculează valoarea iniţială și cea finală a ensiunii de ieşire penru = 5 V, R 1 = 10 kω, R 2 = 1 kω, C 2 = 1 nf; C 1min = 47 pf; C 1max = 220 pf şi C 1op = 100 pf. Se vizualizează formele de undă obţinue la ieşire aunci cînd la inrare se aplică impulsuri de ampliudine = 5 V şi cu duraa şi perioada suficien de mari; se vor realiza cele paru siuaţii din figura 1.5 şi se vor compara rezulaele cu cele eoreice. Se reglează divizorul compensa al unei sonde de osciloscop cu rapor de divizare a impulsurilor de 10:1. 4. Se realizează circuiul de axare din figura 1.6 cu = 0 (bornele 8 şi 3 împreună, borna 4 la masă şi inrarea la borna 2); se aplică impulsuri cu paramerii de la puncul 1, de ampliudine 5 V şi se desenează formele de undă de la ieşire penru fiecare caz în pare, punând în evidenţă şi componena coninuă a impulsurilor. 5. Se foloseșe osciloscopul penru a rasa caracerisicile de ransfer ale circuielor de limiare din figura 1.9. Penru aceasa, se conecează la inrare un generaor de semnal sinusoidal de frecvenţă 1 khz şi cu ampliudine mai mare decâ = 3 V; semnalul de la inrare se aplică pe inrarea A a osciloscopului iar semnalul de la ieşire pe inrarea B a osciloscopului. Se va considera R = 10 kω. 6. Unuia dinre limiaoarele bilaerale i se aplică semnal sinusoidal de frecvenţă 1 khz şi se vizualizează forma de undă de la ieşirea circuiului; se măsoară fronurile impulsurilor obţinue şi se sudiază influenţa ampliudinii semnalului de la inrare asupra acesora. Se măreşe frecvenţa semnalelor de comandă şi se consaă influenţa aceseia asupra formelor de undă de la ieşire. Se aplică circuiului de limiare superioară cu diodă serie impulsuri caracerizae prin = 5V, T 1 = T 2 = 5 μsec şi se măsoară fronurile impulsurilor obţinue la ieşire. Să se compare limiaoarele de ip serie cu cele de ip paralel din punc de vedere al performanţelor pe care rebuie să le realizeze, performanţe precizae la puncul 6.
Circuie elemenare de prelucrare a impulsurilor P a g i n a 9 Cerințe Referaul va conține: - Scopul lucrării (1p); - Schema circuiului pus la dispoziție în laboraor (1p); - Schema elecronică aferenă fiecărui punc, cu menționarea conexiunilor făcue penru a face funcțională fiecare schemă (5x0,2=1p); - Rezulaele măsurăorilor aferene fiecărui punc (2p); - Rezulaele calculelor eoreice aferene fiecărui punc (1p); - Rezulaele simulărilor aferene fiecărui punc (1p); - Comparații înre cele rei ipuri de rezulae; observații; (1p) - Comparație înre limiaoarele de ip serie și cele de ip paralel (figura 1.8) (1p); - Concluzii (1p).