Circuite elementare de prelucrare a impulsurilor

CIRCUITE ELEMENTARE DE PRELUCRARE A IMPULSURILOR

1. Scopul lucrarii consta in studierea comportarii unor circuite RC de prelucrare liniara a impulsurilor precum si a functionarii unor circuite de axare si de limitare cu diode; de asemeni, se urmareste insusirea deprinderii de utilizare a osciloscopului in scopul masurarii parametrilor impulsurilor.

2. Circuitul RC serie, cu iesirea pe rezistenta, reprezentat in fig. 18.1.a, are comportari diferite in functie de raportul dintre constanta de timp a circuitului t = RC si durata impulsurilor (T₁) si a intervalului (T₂) dintre impulsurile aplicate la intrare, situatii reprezentate in fig. 18.1.b.

3. In cazul circuitului de derivare, pentru impulsuri caracterizate prin intervale de timp T₁ si T₂ relativ mici, indeplinirea conditiei t << T₁, T₂ se realizeaza mai greu. Micsorarea valorilor elementelor circuitului, R, C, are ca efect cresterea ponderii elementelor parazite (capacitatea de intrare, C_p, care apare in paralel pe rezistenta R si rezistenta interna a generatorului de semnal, R_g, ce apare in serie cu capacitatea C).

4. Circuitul RC serie, cu iesirea pe capacitate, reprezentat in fig. 18.3.a, se comporta ca un circuit de integrare, fig. 18.3.c, in cazul in care constanta de timp a circuitului, t = RC, este mare in comparatie cu durata impulsurilor de intrare (T₁) si cu intervalul de timp dintre ele (T₂), precizate in fig. 18.3.b.

a) a)

b) b)

c) c)

  d) d)

Fig. 18.3.

e)

Fig. 18.1.

b)

a)  c)

Fig. 18.2.

 

Fig. 18.4. Fig.18.5.

Marimile caracteristice tensiunii de iesire a circuitului de integrare vor fi:

(18.6)

(18.7)

In cazul in care constanta de timp t = RC este foarte mica in comparatie cu T₁ si T₂, impulsurile de la iesire, asemanatoare celor de la intrare, vor fi deformate prin aparitia fronturilor finite, ca in fig. 18.3.d; se obtin relatiile:

t_f⁺ = t_f^- = 2,3 t = 2,3 CR  (18.8)

Pentru circuitul de integrare, rezistenta generatorului de semnal nu afecteaza functionarea (este in serie cu rezistenta de integrare); in schimb, rezistenta de intrare a etajului urmator, R_p, modifica atat tensiunea continua de pe capacitate cat si constanta de timp a circuitului, conform relatiilor:

(18.9)

(18.10)

DESFASURAREA LUCRARII

1. Se identifica circuitul din fig. 18.8 pentru testarea circuitelor liniare RC si a circuitului de axare.

Fig. 18.8

2. Pentru E = 4 V, C = 10 nF, R = 12 kW se calculeaza marimile ce caracterizeaza formele de unda conform diagramelor de timp din fig. 18.1 si fig. 18.3, pentru urmatoarele valori ale intervalelor de timp T₁ si T₂:

a) T₁ = T₂ = 100 msec  T = 200 msec  n = 5 KHz;

b) T₁ = T₂ = 10 msec  T = 20 msec n = 50 KHz;

c) T₁ = T₂ = 1 msec T = 2 msec n = 500 KHz;

3. Folosind montajul din fig. 18.8 se vor efectua urmatoarele masuratori:

3.1 Circuitul RC cu R = 10 kW si C = 12 nF este comandat in serie de un generator de semnale dreptunghiulare cu rezistenta cat mai mica. Se masoara tensiunea de pe rezistenta (intre borna 3 si borna 1, de masa, cu borna 4 la masa si cu intrarea la borna 2) si tensiunea de pe capacitate (intre bornele 3 si 1, cu borna 2 la masa si cu intrarea la borna 4) pentru forme de unda de comanda cu parametrii de la punctul precedent. Parametrii masurati ai impulsurilor se compara cu valorile calculate la punctul 2.

t = R C = 12 KW 10 nF = 120 msec

a) t comparabil cu T₁ , T₂

Impulsurile de la iesire au forma din fig. 18.1.e cu valorile:

- masurate: V₁=2,80V ; V₂=1,25V ; V₃=2,60V ; V₄=1,00V

- calculate: V₁= V₃==2,78V ; V₂= V₄=V₁=1,21V

Erorile relative sunt: e_V1 e_V2 e_V3 e_V4

b) t >> T₁ , T₂

Impulsurile de la iesire au forma din fig. 18.1.d cu valorile:

- masurate: E₁=2,3V ; E₂=1,8V ; DV₁= DV₂= 0.8V

- calculate: E₁= E₂==2 V ; DV₁= DV₂==1.6V

Erorile relative sunt: e_E1 e_E2 e_DV

c) t << T₁ , T₂

Impulsurile de la iesire au forma din fig. 18.1.c cu valorile:

- masurate: V_0max=4V ; t₁=300msec

- calculate: V_0max= E = 4 V ; t₁=2.3 t msec ;

Erorile relative sunt: e_V0max e_t

3.2 Pentru circuitul de derivare din fig. 18.2.a, se introduce o capacitate C_p = 1 nF in paralel cu rezistenta R (borna 6 se cupleaza cu borna 3) si se masoara impulsurile obtinute la iesire (amplitudine, durata, front);

La introducerea capacitatii C_p in circuit se observa urmatoarele fenomene:

- fronturile de tensiune scad dupa formula: ;

- constanta de timp a circuitului creste :;

In particular, apar urmatoarele variatii pentru fiecare caz in parte:

a) DV₁=0.4V ; DV₂=0.05V ; DV₃=0.3V ; DV₄=0.05V;

b) DE₁=0.3V ; DE₂=0.2V;

c) DV₀=0.4V;

variatii ce corespund micsorarii frontului cu 0.4V calculati teoretic.

3.3 In aceleasi conditii, se aplica impulsurile de comanda la borna 5 (introducand R_g = 1.2 kW) si se repeta masuratorile. Rezultatele de la punctele 3.2 si 3.3 se compara cu rezultatele teoretice ce se vor calcula pentru circuitele respective cu valorile numerice date in lucrare;

Introducand rezistenta R_g in circuit se observa urmatoarele fenomene:

- fronturile de tensiune scad dupa formula: ;

- constanta de timp a circuitului creste :;

In particular, apar urmatoarele variatii pentru fiecare caz in parte:

a) DV₁= - 0.4V ; DV₂= - 0.1V ; DV₃= - 0.3V ; DV₄= - 0.1V;

b) DE₁= - 0.3V ; DE₂= - 0.3V;

c) DV₀= - 0.4V;

variatii ce corespund micsorarii frontului cu 0.4V calculati teoretic.

Se observa ca , pentru valorile alese, introducerea rezistentei de generator R_g produce aceleasi variatii in modul ca si capacitatea parazita C_p, dar de semn contrar.

3.4 Pentru circuitul de integrare din fig. 18.3.a, se introduce o rezistenta de sarcina R_p = 39 kW (borna 7 la borna 3) si se masoara tensiunile V₀' si DV₀', comparandu-le cu valorile calculate cu relatiile (18.9) si (18.10).

Rezistenta de intrare a etajului urmator modifica atat tensiunea continua de pe capacitate cat si constanta de timp a circuitului.

Valoarea calculata V₀'=1.52 V , iar cea masurata V₀'=2.8 V.

DV₀' = 0.17 V

t t msec.

4. Se experimenteaza divizorul de impulsuri din fig. 18.4. Se calculeaza valorile initiala () si finala () ale tensiunii de iesire pentru E = 4 V, R₂ = 1.2 kW, C₂ = 1 nF; C_1min = 50 pF; C_1max = 200 pF si C_1opt = 100 pF.

Se vizualizeaza formele de unda obtinute la iesire atunci cind la intrare se aplica impulsuri de amplitudine E = 4 V si cu durata si perioada suficient de mari; se vor realiza cele patru situatii din fig. 18.5 si se compara rezultatele cu cele teoretice.

Se regleaza divizorul compensat al unei sonde de osciloscop cu raport de divizare a impulsurilor de 10:1.

Valoarea finala

a) divizor subcompensat

Salt initial masurat de 0.16V si calculat de 0.19V ( e

b) divizor supracompensat

Salt initial masurat de 0.52V si calculat de 0.66V ( e

c) divizor compensat

Salt initial masurat de 0.36V si calculat de 0.36V ( e

d) C₁ = 0 divizor necompensat

Crestere exponentiala de la 0 V la valoarea finala de 0.36 V.

5. Se realizeaza circuitul de axare din fig. 18.6 cu E = 0 (bornele 8 si 3 impreuna, borna 4 la masa si intrarea la borna 2); se aplica impulsuri de amplitudine 4 V si se deseneaza formele de unda de la iesire pentru fiecare caz in parte, punand in evidenta si componenta continua a impulsurilor.

Pentru o frecventa de 50 KHz se obtine forma de unda de tipul celei din figura 18.6.c), remarcandu-se o scadere a componentei continue cu aproximativ 1.4V, adica o translatare in jos a graficului cu 1.4 V.

|inand seama ca semnalul de intrare nu are componenta continua , rezulta: