Bipolartransistoren Digitale Kippschaltungen FACHHOCHSCHULE LAUSITZ UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES. Fachbereich Elektrotechnik

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1 FACHHOCHSCHULE LAUSITZ UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Fachbereich Elektrotechnik Versuchsanleitung zum Laborpraktikum Elektronische Bauelemente und Grundschaltungen Versuch EB03 Bipolartransistoren Digitale Kippschaltungen Astabiler Multivibrator monostabiler Multivibrator Bistabiler Multivibrator Stand:11/2000 EB03 - Seite 1

2 Versuch EB03: Digitale Kippstufen 1. Zielstellung Kippstufen, gleichbedeutend mit Multivibratoren sind elementare Grundschaltungen und werden sowohl mit Bipolar- als auch mit Unipolartransistoren realisiert. Exemplarisch kommen im Versuch bipolare Schaltungen zur Anwendung. Der Versuch behandelt in drei Abschnitten die astabile, monostabile und bistabile Kippstufe. 2. Grundlagen 2.1.Theorie Zur Durchführung und zum Verständnis des Versuchs ist besonders das Schaltverhalten von Uni- und Bipolartransistoren von Bedeutung. Aufbauend auf den Vorlesungsstoff [1] wird dazu das Studium weiterer Literatur vorausgesetzt [5-10]. 2.2.Versuchsvorbereitung, schriftlich Beschreibung der astabilen Kippstufe Beschreibung der monostabilen Kippstufe Beschreibung der bistabilen Kippstufe Wie unterscheiden sich die einzelnen kippstufen untereinander? Hinweis: Vorgegebenes Deckblatt für die Versuchsdurchführung benutzen 3.Versuchsplatz, Schaltungen, Geräte und Material Die drei Versuchsschaltungen sind auf einem Grundgerät als Leiterkarten-Module Astabile Kippstufe [2], Monostabile Kippstufe [3] und Bistabile Kippstufe [4] angeordnet. Geräte und Material: Grundgerät mit 3 Leiterkarten-Modulen Astabile, Monostabile und Bistabile Kippstufe Kabelsatz Brückenstecker Vielfachmeßgeräte (1 x M3860M + Anleitung, 2 x VC 404) Elektronenstrahl-Oszilloskop (ESO), Typ OS 5020G mit BNC- Kabel + Anleitung Netzteil Gleichspannung, Funktionsgenerator / Experimentiertisch; Pulsgenerator (TR-0353/c) Vordrucke mit ESO-Raster EB03 - Seite 2

3 4.Modul Astabile Kippstufe 4.1.Versuchsschaltung Das Modul besteht aus einer diskret aufgebauten Leiterkarte, auf der durch Umstecken von Brücken B1 - B4 die Basisvorwiderstände und damit das Schaltverhalten der Kippstufe beeinflußt wird. Abb.1: Grundschaltung Astabile Kippstufe zu Versuch EB 03 [2], (File: EB03SCH1.cdr) EB03 - Seite 3

4 4.2.Versuchsdurchführung Vergleichen Sie den Schaltungsaufbau mit der Schaltung vor Inbetriebnahme sorgfältig. Stecken Sie die Brücken B1 und B4. Oszilloskopieren Sie die Spannungsverläufe U e1, U a1, U e2 und U a2. Übertragen Sie die Spannungsverläufe in das ESO-Raster 1 und 2. Raster 1: Darstellung U a1, U a2 (B1, B4): Einstellung ESO: a X : 0,5 ms/div.; a YA : 5 V/Div.; a YB : 5 V/Div.;U a1,e1 = 15 V SS ; U a2,e2 = 15 V SS, T: 2 ms, Kopplung: DC. Raster 2: Darstellung U e1, U e2 (B1, B4): ESO-Einstellung wie Raster 1. Bestimmen Sie das Tastverhältnis t H : t L Stecken Sie die Brücken B2 und B3. Oszilloskopieren Sie die Spannungsverläufe U e1, U a1, U e2 und U a2. Übertragen Sie die Spannungsverläufe in das ESO-Raster 3 und 4. Raster 3: Darstellung U a1, U a2 (B2, B3): Einstellung ESO: a X : 0,5 ms/div.; a YA : 5 V/Div.; a YB : 5 V/Div.;U a1; e1 = 15 V SS ; U a2, e2 = 15 V SS, T: 1,5 ms, Kopplung: DC. Raster 4: Darstellung U e1, U e2 (B2, B3): ESO-Einstellung wie Raster 3. Bestimmen Sie das Tastverhältnis t H : t L Stecken Sie die Brücken B1, B2 und B4. Oszilloskopieren Sie die Spannungsverläufe U e1, U a1, U e2 und U a2. Übertragen Sie die Spannungsverläufe in das ESO-Raster 5 und 5. Raster 5: Darstellung U a1, U a2 (B2, B3): Einstellung ESO: a X : 0,5 ms/div.; a YA : 5 V/Div.; a YB : 5 V/Div.;U a1; e1 = 15 V SS ; U a2, e2 = 15 V SS, T: 1,4 ms, Kopplung: DC. Raster 6: Darstellung U e1, U e2 (B2, B3): ESO-Einstellung wie Raster 5. Bestimmen Sie das Tastverhältnis t H : t L 4.3.Auswertung Bearbeitung der Pkt Beschreiben Sie die Funktion der astabile Kippstufe. EB03 - Seite 4

5 5.Modul Monostabile Kippstufe 5.1.Versuchsschaltung Das Modul besteht aus einer diskret aufgebauten Leiterkarte, auf der durch Umstecken von Brücken B1 und B2 der Basisvorwiderstand von Transistor V2 sowie durch einen Rückstelltaster S1 das Schaltverhalten der Kippstufe beeinflußt wird. Abb.2: Grundschaltung Monostabile Kippstufe zu Versuch EB 03 [3], (File: EB03SCH2.cdr) EB03 - Seite 5

6 5.2.Versuchsdurchführung Vergleichen Sie den Schaltungsaufbau mit der Schaltung vor Inbetriebnahme sorgfältig. Stecken Sie die Brücke B1 und legen Sie an den Steuereingang MP6 die in den vorgegebennen Rastern 1 (mittels Funktionsgenerator-Experimentiertisch) und 4 (mittels Pulsgenerator) vorgegebenen Signale. Oszilloskopieren Sie die bei den Rastern 1 bis 5 geforderten Spannungsverläufe. Übertragen Sie die Spannungsverläufe in das ESO-Raster 1 bis 5. Raster 1: Darstellung U e, U e* (B1): Einstellung ESO: a X : 10 ms/div.; a YA : 2 V/Div.; a YB : 1 V/Div.; U e = 4,4 V SS ; U e* = 2,6 V SS, f e = 62,5 Hz, Kopplung: DC. Bestimmen Sie das Tastverhältnis t H : t L (U e ). Raster 2: Darstellung U BE1, U a1 (B1): Einstellung ESO: a X : 10 ms/div.; a YA : 0,5 V/Div.; a YB : 5 V/Div.; U BE1 = 1,1 V SS ; U a1 = 15 V SS, Kopplung: DC. Bestimmen Sie das Tastverhältnis t H : t L (U BE1 und U a1 ). Raster 3: Darstellung U BE2, U a2 (B1): Einstellung ESO: a X : 10 ms/div.; a YA : 5 V/Div.; a YB : 5 V/Div.; U BE2 = 10 V SS ; U a2 = 15 V SS, Kopplung: DC. Bestimmen Sie das Tastverhältnis t H : t L (U BE2 und U a2 ). Raster 4: Darstellung U e, U a1 (B1): Einstellung ESO: a X : 10 ms/div.; a YA : 2 V/Div.; a YB : 5 V/Div.; U e = 4,4 V SS ; U a1 = 15 V SS, Kopplung: DC. Bestimmen Sie das Tastverhältnis t H : t L (U e und U a1 ). Hinweise: U e :MP6 - MP8, U e* : MP7 - MP8, U BE1 : MP3 - MP8, U a1 : MP2 - MP8, U BE2 : MP4 - MP8, U a2 : MP5 - MP8. (Vorgabe des Tastverhältnisses durch Bauelemente R,C bzw. Generator) Entfernen Sie Brücke B1, stecken Sie B2 und legen Sie nacheinander an den Steuereingang MP6 die in den vorgegebennen Rastern 6 (mittels Funktionsgenerator-Experimentiertisch) und 8 (mittels Pulsgenerator) vorgegebenen Signale. Oszilloskopieren Sie die bei den Rastern 1 bis 5 geforderten Spannungsverläufe. Übertragen Sie die Spannungsverläufe in das ESO-Raster 6 bis 9. Raster 6: Darstellung U e, U a1 (B2): Einstellung ESO: a X : 5 ms/div.; a YA : 2 V/Div.; a YB : 5 V/Div.; U e = 4,4 V SS ; U a1 = 15 V SS, f e = 62,5 Hz, Kopplung: DC, Bestimmen Sie das Tastverhältnis t H : t L (U e, U a1 ). Raster 7: Darstellung U BE2, U a2 (B2): Einstellung ESO: a X : 5 ms/div.; a YA : 5 V/Div.; a YB : 5 V/Div.; U BE2 = 10 V SS ; U a2 = 15 V SS, Kopplung: DC, Bestimmen Sie das Tastverhältnis t H : t L (U BE2 und U a2 ) Raster 8: Darstellung U e, U a1 (B2): Einstellung ESO: a X : 5 ms/div.; a YA : 2 V/Div.; a YB : 5 V/Div.; U BE2 = 4,4 V SS ; U a1 = 15 V SS, Kopplung: DC, Bestimmen Sie das Tastverhältnis t H : t L (U e und U a1 ) Raster 9: Darstellung U BE2, U a2 (B2): Einstellung ESO: a X : 5 ms/div.; a YA : 5 V/Div.; a YB : 5 V/Div.; U BE2 = 10 V SS ; U a2 = 15 V SS, Kopplung: DC, Bestimmen Sie das Tastverhältnis t H : t L (U BE2 und U a2 ) 5.3.Auswertung Bearbeitung der Pkt Beschreiben Sie die Funktion der monostabile Kippstufe Nennen Sie Anwendungen für monostabile Kippstufen. EB03 - Seite 6

7 6.Modul Bistabile Kippstufe (RS-FF) 6.1.Versuchsschaltung Das Modul besteht aus einer diskret aufgebauten Leiterkarte mit zwei dynamisch angesteuerten Transistorschaltstufen. Der notwendige Impuls wird mit einem Differenzierglied erzeugt und über eine Diode auf die Basis gegeben. Mit den Rückstelltastern wird der Schaltimpuls aus der Betriebsspannung gewonnen, wenn die Brücken B1 und B2 gesteckt sind. Von einem externen Pulsgenerator wird das Eingangssignal direkt auf die Meßpunkte MP9 bzw. MP10 gegeben. Abb.3: Grundschaltung Bistabile Kippstufe zu Versuch EB 03 [4], (File: EB03SCH3.cdr) EB03 - Seite 7

8 6.3.Versuchsdurchführung Vergleichen Sie den Schaltungsaufbau mit der Schaltung vor Inbetriebnahme sorgfältig. Stecken Sie die Brücke B1 und B2 und ermitteln Sie die in der Tabelle geforderten Werte. Hinweise: U B : MP1 liegt über internen Bus an, U 1 : MP2, U 2 : MP3, U 3 : MP4, U 4 : MP5, U B = 14,95 V. S1 kurz aktiv S2 kurz aktiv U 1 [V] U 2 [V] U 3 [V] U 4 [V] 6.3.Auswertung Bearbeitung der Pkt Beschreiben Sie die Funktion der bistabile Kippstufe Welcher Transistor leitet und welcher sperrt, wenn S1 bzw. S 2 betätigt wird? Vergleichen Sie U 1 und U 4 und stellen Sie eine Gesetzmäßigkeit her. 7. Arbeits- und Gesundheitsschutz Der Versuch findet im Labor Elektronische Bauelemente - ein Teilbereich des Reinraumes - statt. Es gilt die Reinraumordnung. Die Versuchsplätze und der Reinraum sind mit elektrischen Nottastern ausgestattet, welche den gesamten Raum vom Netz trennen. Evakuierungswege und Rettungsmittel sind vor Ort ausgewiesen und werden in der Allgemeinen Belehrung vor Beginn des Praktikums erklärt. EB03 - Seite 8

9 8.Literaturverzeichnis [1] Glück, B.K.; Ch. Hahn: Elektronische Bauelemente und Grundschaltungen, Vorlesungsreihe FHL ET [2] Lucas-Nülle GmbH: Elektronik-Universaltainer, Versuchsanleitung Astabile Kippstufe, Modul SO L, [3] Lucas-Nülle GmbH: Elektronik-Universaltainer, Versuchsanleitung Monostabile Kippstufe, Modul SO N, [4] Lucas-Nülle GmbH: Elektronik-Universaltainer, Versuchsanleitung Bistabile Kippstufe, Modul SO M, [5]* Paul, R.: Elektronische Halbleiterbauelemente, B. G. Teubner, Stuttgart 1992 ISBN [6]* Meyer, H.: Transistoren ihre Anwendung, Verlag Pflaum München, ISBN Leipzig im C.-Hanser-Verlag 1998, ISBN [7] Kories, R. & H. Schmidt-Walter: Taschenbuch der Elektrotechnik, Verlag Harri Deutsch, Frankfurt a.m. 1998, ISBN [8]* Müseler, Schneider: Elektronik - Bauelemente und Schaltungen, Hanser Verlag, München 1989, ISBN [9]* Goerth, J.: Bauelemente und Grundschaltungen, Teubner Verlag 1999, ISBN [10]*Reisch, M.: Elektronische Bauelemente, Springer 1998, ISBN *) Literatur ist in der FHL-Bibliothek vorhanden 9. Anlagen Deckblatt Versuchsprotokoll Elektronische Bauelemente und Grundschaltungen Betriebsbeschreibung der Oszilloskope liegt aus EB03 - Seite 9