Lab 6 Klokkegenerator, tellerkretser og digital-analog omformer

Transkript

1 Universitetet i Oslo FYS1210 Elektronikk med prosjektoppgave Lab 6 Klokkegenerator, tellerkretser og digital-analog omformer 4. april 2016 Labdag: Tirsdag Labgruppe: 3

2 Oppgave 1: Klokkegenerator En klokkegenerator er satt sammen av en oscillator og en inverterer (74LS14), den gir ut et periodisk signal som ofte brukes til å la en krets stabilisere seg i en periode før all operasjon låses i en periode. Dette gir et sikrere behandlingssystem og er nyttig i behandling av andre signaler. Kretsen i Figur 6 ble laget med C = 1µF og R = 1kΩ. Et oscilloskop ble koblet til og spenningen som gir skifte av tilstand ble målt. Senere ble C variert i et spekter fra 2.2nF til 2.02µF hvor tilhørende frekvens ble målt. Figur 2: Graf over klokkegeneratorens tilstand opp mot inngangsspenning. R Ut C Ut Figur 1: Illustrasjon av en klokkegenerator. Figur 3: Graf over frekvens gitt kapasitet. Fra Figur 2 kan man se at spenningen for tilstandsskiftene er V on = 440mV og V off = 560mV. Hysteresen blir da V hysterese = 1000mV. Resultatene fra målingene av frekvens opp mot kapasitet ble illustrert grafisk i Figur 3. Man kan se fra Figur 3 at log[f] er lineært proporsjonal med log[c]. 1

3 Oppgave 2: Dekadeteller 74LS90 En dekadeteller er en rekke latcher i et oppsett som teller til ti for a sa bli nullstilt. En dekadeteller 74LS90 ble koblet til en trykkknapp og et syvsegment-display og sørget for at den teller korrekt. Senere ble dekadetelleren koblet til klokkegeneratoren. To kondensatorer pa 1µF ble koblet slik at C = 2µF (Figur 1). Frekvensen for utgang QB og QD ble lest av i oscilloskop opp mot frekvensen pa signalet inn fra Figur 5: Signalet til QD (nedre) opp mot klokkepulsen (øvre). klokkegeneratoren (A). Frekvensene ble ma lt til f (A) = 333Hz og f (QB ) = 84.75Hz. QD ble ma lt til f (QD ) = f (QB ) na r den ble ma lt pa CH2 med klokkefrekvensen pa CH1 men f (QD ) = 33.33Hz na r den ble ma lt med QB pa CH1. At f (QD ) var lik f (QB ) virker veldig merkelig og resultatet forkastes. Dette kan komme av at QB og QD er koblet til en NAND port som skal nullstille signalet ved verdi lik (1010 ). Ved kontroll viser det seg at f (QC ) = 33.33Hz og derfor likt den andre ma lingen av f (QD ) dette indikerer at oscillatoren sliter med a finne frekvensen pa QD. Ved a se pa oppgførselen til QD ser man at den ikke følger den gitte tabellen for komponenten, det er derfor noe feil med dette signalet. Figur 4: Signalet til QB (nedre) opp mot klokkepulsen (øvre). 2

4 Oppgave 3: Digital-analog konverterer Om det kobles motstander på utgangene til en binær teller vil telleren styre den totale motstanden og dermed spenningsfallet til en utgang. Dette kalles en digital til analog konverterer og brukes gjerne for å styre analoge komponenter med digitale signaler. Det ble brukt et ferdig kretskort med en teller og en rekke motstander koblet som i Figur??. Kretsen ble satt til å oscillere og dermed regule- Figur 7: Spenningen ut fra konvertereren gjennom en syklus. Figur 6: Kretsen for en digital-analog konverterer re motstanden stegvis. Senere ble spenningen ut målt stegvis med multimeter og sammenliknet opp mot digitale verdier. Resultatet fra en runde for digital-analog konvertereren er vist i Figur 7. Spenningen ut for forskjellige digitale verdier ligger i Figur 8 der det også er gjort en lineær regresjon. Figur 8: Spenningen ut fra konvertereren opp mot digitale verdier. Man kan se fra en syklus for konvertereren at signalet ligger i diskrete verdier, i motsetning til rene analoge signaler som er kontinuerlige. Plottet av spenninger opp mot digitale verdier er viser at stigningen i spenning stemmer svært godt med stigning i digitale verdier. 3

5 Oppgave 4: Teori Ved å bruke en operasjonsforsterker vil man gi en forsterkning avhengig av forholdet mellom en motstand på feedback (R A ) og input (R i ). Forholdet mellom motstandene R i, i = 0, 1, 2 og R 2 R A R 1 V 1 R 0 + V ut Figur 9: Illustrasjon av en inverterende opamp, der forsterkningen kan styres digitalt. R A kan velges så det lett kan kontrolleres hvilke spenninger som kommer ved V ut. En god måte er å velge R i relativt til R A slik at hver kanal er representert ved binære tall. Et eksempel på et slikt valg er R A = 800Ω og R 0 = 4kΩ,R 1 = 2kΩ,R 3 = 1kΩ om spenningskilden er V 1 = 5V. På denne måten representerer kanal i en bit 2 i. Figur 9 har derfor 3 bit. Med disse tre bit ene kan man skrive med portene, der 0 betyr åpen og 1 betyr lukket. Dette gir forsterkning R A R0 = 800Ω 4000Ω = 0.2, som videre gir en utspenning 0.2V 1 = 1V. Tilsvarende kan gjøres for = 3 10 der det blir en paralellkobling mellom R 0 og R 1 der R 0 R Ω og man får R en forsterkning på A R 0 R 1 V 1 = 3V. Antall bit kan utvides om det følger mønsteret med halvering av motstand for bit av høyere valør. 4