Схемотехническая практика

1. Задания по аналоговой электронике (от Н.Б. Догадина)

2. Задания по цифровой электронике (от Б.Г. Маркова)

1) Исследование схемы базового элемента И-НЕ транзисторно-транзисторной логики.
a) Найти схему базового элемента и воспроизвести её на экране монитора компьютера в программном пакете «Electronics Workbench» с подключением максимально возможного количества электроизмерительных приборов для измерения токов коллекторов, базы многоэмиттерного транзистора и напряжений в цепях всех электродов транзисторов. (Для реализации многоэмиттерного транзистора использовать два транзистора с параллельно соединенными базами и коллекторами).
b) Подавая на входы элемента все возможные комбинации уровней, по показаниям приборов выяснить логику работы элемента и построить таблицу истинности.
c) Подавая на входы базового элемента напряжение уровня логического нуля (от 0 до 0,4 В через 0,2 В), снять показания всех приборов.
d) Подавая на все входы базового элемента напряжение уровня логической единицы (от 2,5 до 4 В через 0,5 В), снять показания всех приборов.
e) Проанализировать эти показания, выяснив, соблюдается ли логика логического элемента при всех поданных на входы напряжениях.
f) Подключить к одному из входов элемента переменный резистор сопротивлением 3 кОм, снять показания всех приборов при изменении сопротивления резистора от 0 до 3 кОм через 10% от номинала, а в области быстрого спада напряжения через 1%. Построить график зависимости выходного напряжения от сопротивления на входе.
g) Убрать из схемы все электроизмерительные приборы.
h) Подключить к одному из входов источник напряжения прямоугольной формы со скважностью 4, к этому же входу и к выходу подключить два канала осциллографа. Наблюдать форму сигнала и объяснить её исходя из логики логического элемента.
i) Подключить к одному из входов источник напряжения синусоидальной формы. Подключение осциллографа оставить без изменений. Наблюдать форму сигнала на входе и выходе и объяснить форму выходного сигнала.
j) Подключить к одному входу источник напряжения с формой «Меандр», а к другому источник прямоугольных импульсов той же частоты со скважностью 4. Подключить ко входам и к выходу цифровой анализатор уровней и наблюдать форму сигналов на входах и выходе. Объяснить полученные осциллограммы.
k) Все полученные результаты зафиксировать в тетради в виде схем, таблиц, графиков. Здесь же дать объяснения всем результатам.

2) Генераторы и формирователи импульсов на логических элементах.
a) Найти схемы генератора и формирователя импульсов по фронту входного сигнала.
b) Воспроизвести схему генератора импульсов на двух элементах И_НЕ на экране монитора компьютера в программном пакете «Electronics Workbench». Предусмотреть вход управления работой генератора, на который поочередно могут подаваться уровни логической единицы и логического нуля. Подключить осциллограф первым входом к точке соединения конденсатора и входа логического элемента, а вторым входом – к выходу генератора. Ко входам и выходам всех элементов подключить индикаторы логического состояния.
c) Добиться, чтобы генератор начал генерировать колебания. Для активизации генератора полезно на короткое время вход второго логического элемента закоротить на общий провод.
d) Подавая на вход управления уровни «0» и «1», зафиксировать состояния индикаторов логических уровней. Объяснить полученные результаты.
e) В режиме “Zoom” детально исследовать осциллограмму на первом входе осциллографа (измерить все параметры импульса). Сравнить с теоретическими построениями.
f) Изменяя величину емкости конденсатора, измерить период колебаний (режим “Zoom”). Вывести формулу для периода колебаний в зависимости от R и C.
g) Воспроизвести на экране монитора схему формирователя импульсов по фронту входного сигнала на четырех элементах И-НЕ. Подключить вход первого и выходы всех логических элементов к анализатору уровней. Убедиться, что длительность выходного сигнала равна 3 временам задержки прохождения сигнала через логический элемент. Аккуратно перенести осциллограммы в тетрадь.
h) Заменить четвертый (выходной) элемент И-НЕ на элемент ИЛИ-НЕ. Осциллограммы перечертить в тетрадь. Объяснить полученный результат.
i) Проделать предыдущий пункт с элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.
j) Все полученные результаты зафиксировать в тетради в виде схем, таблиц, графиков. Здесь же дать объяснения всем результатам.

3) Схемы одновибраторов на логических элементах.
a) Найти в литературе схему одновибратора на логических элементах с RC цепью формирования временного интервала.
b) Воспроизвести схему одновибратора на элементах И_НЕ на экране монитора компьютера в программном пакете «Electronics Workbench».
c) Подключить осциллограф одним входом к выходу генератора запуска одновибратора; второй вход осциллографа подключать последовательно к входам и выходам всех логических элементов.
d) Изменяя величину емкости конденсатора и сопротивления резистора, в режиме «ZOOM» измерить длительность выходных импульсов.
e) Изменяя длительность входных (запускающих) импульсов, измерить в режиме «ZOOM» длительность выходных импульсов при постоянных R и C. (в качестве генератора запуска использовать функциональный генератор).
f) Подключить ко входу одновибратора кнопочный генератор и измерить длительность выходных импульсов при постоянных R и C. Осциллограф установить в режим внешней синхронизации и подать сигнал синхронизации с выхода кнопочного генератора.
g) Подключить ко входу одновибратора синусоидальный сигнал. Наблюдать осциллограммы на всех входах и выходах логических элементов одновибратора.
k) Все полученные результаты зафиксировать в тетради в виде схем, таблиц, графиков. Здесь же дать объяснения всем результатам.

4) Триггеры на логических элементах.
а) Воспроизвести последовательно схемы RS-триггера, синхронного RS-триггера, D-триггера, T-триггера на логических элементах И-НЕ на экране монитора компьютера в программном пакете «Electronics Workbench».
b) Сигналы управления триггерами подавать от кнопочных генераторов импульсов, а для Т-триггера и от генератора импульсов.
c) Для анализа состояний входов и выходов триггеров подключить к ним световые индикаторы.
d) Для всех типов триггеров составить таблицы истинности, а для Т-триггера и осциллограммы входного и выходного сигналов.
е) Провести аналогичный анализ триггеров, построенных на элементах ИЛИ-НЕ.
f) Сравнить триггеры, построенные на различных логических элементах.
g) Все полученные результаты зафиксировать в тетради в виде схем, таблиц, графиков. Здесь же дать объяснения всем результатам.

5) Элементы И, ИЛИ, НЕ на переключателях. Схемы коридорного и лестничного освещения на переключателях и логических элементах.
а) Смоделировать схемы элементов И, ИЛИ, НЕ на переключателях на экране монитора компьютера в программном пакете «Electronics Workbench».
b) Построить на переключателях на экране монитора компьютера в программном пакете «Electronics Workbench» схемы элементов ИЛИ–НЕ, И–НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, РАВНОЗНАЧНОСТЬ. Подключить ко входу источник постоянного напряжения, а к выходу индикатор или вольтметр и снять зависимости выходного напряжения от состояния переключателей для каждой схемы.
с) Смоделировать на экране монитора схему коридорного и лестничного освещения. Для лестничного освещения количество этажей взять равным 3, 4 и d). Построить таблицы истинности для каждого случая. По таблицам истинности записать уравнения в первой стандартной форме и преобразовать их к структурам ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.
e) Все полученные результаты зафиксировать в тетради в виде схем, таблиц, графиков. Здесь же дать объяснения всем результатам.

6) Счетчики импульсов на Т–триггерах.
а) Построить на экране монитора компьютера в программном пакете «Electronics Workbench» четырехразрядный суммирующий счетчик импульсов. Т–триггеры реализовать на D–триггерах. Подать на вход счетчика прямоугольные импульсы, а к четырем выходам и входу подключить логический анализатор и пробники логического уровня (red probe). Снять диаграммы напряжений во всех точках.
b) Проделать все задания пункта «а» для вычитающего счетчика. с) Построить на экране монитора 8 разрядный последовательный регистр. Подавая последовательно на D вход первого триггера уровни нулей и единиц с помощью переключателя, наблюдать на выходах уровни напряжений. Для входа и всех выходов построить диаграммы напряжений.
d) Все полученные результаты зафиксировать в тетради в виде схем, таблиц, графиков. Здесь же дать объяснения всем результатам.

7) Схема устройства «Перемигивающиеся глаза».
а) Найти в литературе схему устройства поочередного включения двух светодиодов на микросхемах ТТЛ.
b) Построить на экране монитора найденную схему и добиться ее работоспособности.
с) С помощью цифрового анализатора наблюдать осциллограммы в точках схемы с цифровыми сигналами.
d) Подавая один из цифровых сигналов на осциллограф, измерить период колебаний.
e) Изменяя параметры схемы, составить зависимость периода колебаний от изменяемых параметров схемы.
f) Все полученные результаты зафиксировать в тетради в виде схем, таблиц, графиков. Здесь же дать объяснения всем результатам.

8. Схема генератора прерывистых сигналов.
а) Найти в литературе схему устройства генератора прерывистых сигналов на микросхемах ТТЛ.
b) Построить на экране монитора найденную схему и добиться ее работоспособности.
с) С помощью цифрового анализатора наблюдать осциллограммы в точках схемы с цифровыми сигналами.
d) Подавая цифровые сигналы на осциллограф, измерить период колебаний двух генераторов.
e) Изменяя параметры схемы, составить зависимость периода колебаний обоих генераторов от изменяемых параметров схемы.
f) Составить полный отчет о проделанной работе со схемой устройства, графиками всех напряжений и измеренными величинами.

9) Автомат световых эффектов.
а) Найти в литературе схему автомата световых эффектов на микросхемах ТТЛ.
b) Построить на экране монитора найденную схему и добиться ее работоспособности.
с) С помощью цифрового анализатора наблюдать осциллограммы в точках схемы с цифровыми сигналами.
d) Подавая сигнал генератора на вход осциллографа, измерить период его колебаний.
е) Измерить период колебаний на выходах двухразрядного счетчика и сделать вывод о логике работы Т-триггера.
f) Составить полный отчет о проделанной работе со схемой устройства, графиками всех напряжений и измеренными величинами.

10) Схема игрового автомата «Кто быстрее».
а) Найти в литературе схему автомата «Кто быстрее» на микросхемах ТТЛ.
b) Построить на экране монитора найденную схему и добиться ее работоспособности.
с) Убедиться, что логика логических элементов «Фальстарт» работает правильно.
d) Построить схему логики «Фальстарт» на элементах ИЛИ–НЕ. Сравните полученную схему, со схемой на элементах И–НЕ.
е) Все полученные результаты зафиксировать в тетради в виде схем, таблиц, графиков. Здесь же дать объяснения всем результатам.