HSD FB E I. Hochschule Düsseldorf Fachbereich Elektro- und Informationstechnik. Datum: WS/SS Gruppe: S Q. Teilnehmer Name Matr.-Nr.

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1 HSD FB E I Hochschule Düsseldorf Fachbereich Elektro- und Informationstechnik Schaltungs-Praktikum bistabiler Multivibrator Datum: WS/SS Gruppe: S Teilnehmer Name Matr.-Nr Testat R verwendete Geräte: Zur Versuchsvorbereitung ist der Aufgabenteil 4 auf der letzten Seite dieser Versuchsunterlage vor Antritt des Praktikums zu lösen! Labor für elektronische Bauelemente und Schaltungen Prof Dr. Lauffs Dipl.-Ing. Hein Raum Tel.: 0211 /

2 1. Einführung Digitalschaltungen arbeiten im Gegensatz zu linearen Schaltungen nur in zwei Betriebszuständen.Ist die Eingangs- oder Ausgangsspannung einer Stufe größer als ein Wert UH, so befindet sie sich im Zustand H (high) ; ist die Spannung kleiner als ein vorgegebener Wert UL, so befindet sich die Stufe im Zustand L (low). UL < UH. Die Höhe der Pegel hängt von der verwendeten Schaltungstechnik der Stufen ab. +Ucc RB Ue RL Ua Abb.1 Für RL = ergibt sich als kleinste Ausgangsspannung Ua im H-Zustand Ua = Ucc/2. Sicherheitshalber legt man den UH -Pegel noch unter diesen Wert UH < 1/2 Ucc.Zum Beispiel wählt man für Ucc = 20 V einen Wert von UH = 8V. Bei der Betrachtung des Pegelinverters (Abb.1) soll sich für Ua > UH die Eingangsspannung im Zustand L befinden. Als UL definieren wir die größte Eingangsspannung, bei der der Transistor gerade noch sperrt.dies ist für einen Siliziumtransistor ungefähr 0,4 V. Man kann also UL = 0,4 V festlegen. Nun soll die Schaltung dimensioniert werden, so daß sich für Ue = UH die Ausgangsspannung Ua UL ergibt.gewisse Sicherheiten und Bauteiletoleranzen sind zu berücksichtigen.rc ist entweder durch die Last selbst gegeben, oder wird im Hinblick auf einen guten Arbeitspunkt gewählt, hier z.b. 1kOhm. Nun soll RB so dimensioniert werden, daß bei einer Eingangsspannung von Ue = 8V die Ausgangsspannung sicher unter dem Wert UL = 0,4V absinkt.bei einem Kollektorstrom von ca. 20 ma, einer Stromverstärkung des Transistors von B = 250 und einem Übersteuerungsfaktor von 5 ergibt sich ein erforderlicher Basisstrom von 0,4 ma. RB wird damit UH - UBE 8 V - 0,6 V RB = = = 18,5 kω IB 0,4 ma Zur Verbesserung des L-Störabstandes wird häufig die Steuerleistung nicht über einen Widerstand RB sondern über einen Spannungsteiler zugeführt. Bei geeigneter Dimensionierung läßt sich der stromlose Zustand des Transistors schneller und sicherer erreichen, als nur mit einem Widerstand RB. 2. Bistabiler Multivibrator Zur Realisierung einer bistabilen Kippschaltung werden 2 Inverterstufen nach Abb.1 hintereinandergeschaltet (Abb.2) und der Ausgang der letzten Stufe mit dem Eingang der ersten Stufe verbunden (Abb.3). 1

3 +Ucc E R1 R1 A R2 R2 Abb.2 Geläufiger ist diese Schaltung in symmetrischer Darstellung nach Abb.3. +Ucc LED LED ' T' R1' R1 T R2' C C R2 R1 = R1' = 18 kω R2 = R2' = 22 kω C = 1nF Ucc = 20 V ET' ET Generator Abb.3 Eine bistabile Kippschaltung hat zwei stabile Zustände : 1. linker Transistor durchgesteuert und damit rechter Transistor automatisch gesperrt. 2.rechter Transistor durchgesteuert und damit linker Transistor automatisch gesperrt. Zur Umschaltung von der einen Schaltstellung in die andere wird ein kurzes auslösendes Signal benötigt. Dieses Signal kann als negativer Impuls an die Basis der Transistoren über einen Kondensator zugeführt werden ( Eingang ET ). Eine weitere Möglichkeit der Umschaltung zeigt Abb.4 +Ucc LED T' T S R Abb.4 Hier wird T' durch einen positiven Impuls am Eingang S ( Set ) leitend.ein positiver Impuls am Eingang R ( Reset ) läßt T leitend werden. T' wird dann gesperrt. 2

4 3. Versuchsdurchführung 3.1. Erstellen Sie einen Pegelinverter nach Abb. 1 und ermitteln Sie die Übertragungskennlinie für = RL für Ue = V. Ua Ua = f ( Ue ) Ue/V Ua/V 4V U e 3.2. Erweitern Sie die Schaltung auf 2 Inverterstufen nach Abbildung 2. Messen Sie UBE und UCE für beide Transistoren und beide Inverterzustände. Ue UBET UCET UBET' UCET' Eingangspegel 0 V L 8 V H 3.3. Bauen Sie die Schaltung nach Abb.3 auf. Verbinden Sie den Eingang ET mit einem geeigneten Signalgenerator. Überprüfen Sie mit einem Rechteck-Steuersignal von 1 khz das Schaltverhalten der Kippschaltung. Zeichnen Sie den zeitlichen Verlauf von U BE und U CE für beide Transistoren in das Diagrammblatt. Im Diagrammblatt ist jede Zeichnung mit Namen, Skalierung und Maßstab zu versehen Prüfen Sie das Schaltverhalten bei einer Schaltfrequenz von 50 khz. Zeichnen Sie den zeitlichen Verlauf der Steuerspannung des Generators und der Spannung am Ausgang und bestimmen Sie die Einschaltzeit t on, um die das Ausgangssignal gegenüber der ansteigenden Flanke der Generatorspannung verzögert wird. Zum Begriff der Einschaltzeit beachten Sie die Abbildung im Versuch "Optokoppler"! 3

5 Zeichenhilfe zu 3.3: Schaltverhalten bei 1kHz UBET UCET UBET' UCET' 4

6 Zeichenhilfe zu 3.4: Schaltverhalten bei 50kHz UET UCET' 4. Versuchsvorbereitung Zur Versuchsvorbereitung ist für 3 Eingangsspannungen (U e =1,0V;1,5V;2,0V ) die erwartete Ausgangsspannung Ua zu errechnen. Dazu sind die Bauteilewerte aus der Einführung zu verwenden. Hinweis:Ersetzen Sie zur Vereinfachung der Berechnung U CC, R C und R L durch eine Ersatzspannungsquelle. Formel: UCE (Ue=1,0V) = UCE (Ue=1,5V) = UCE (Ue=2,0V) = Zeichnen Sie die errechneten Werte in Ihr Diagramm für die Übertragungskennlinie ein und nähern Sie die Kennlinie durch 3 Geraden an.wiederholen Sie in diesem Zusammenhang was unter der Sättigung eines Bipolartransistors zu verstehen ist. 5