Промислові інтегральні мікросхеми того чи іншого призначення будують, в основному, на базі логічних елементів І-НЕ або АБО-НЕ. На основі таких елементів можна будувати схеми, які реалізують практично будь-які логічні функції.

Завдання

На макетній платі змонтуйте електронну схему подану на рис.9.

Виводи 7 та 14 мікросхеми підключіть відповідно до мінусової та плюсової шини джерела живлення.

Переконавшись в правильності монтажу та надійності з'єднань, подайте на схему живлення.

Виміряйте напругу на першому, другому та третьому виводах мікросхеми. Запишіть результати вимірювань.

Від'єднайте резистори R1 та R2 від виводів мікросхеми; виміряйте напругу на її входах та виході. Запишіть результати вимірювань.

До входів 1 і 2 мікросхеми знову під'єднайте резистори і, почергово вмикаючи та розмикаючи вимикачі SA1, SA2, виміряйте величину напруги на виводах мікросхеми. Запишіть результати вимірювань.

Рис. 9

Контрольні запитання

Чому в обчислювальній техніці застосовують двійкову систему числення?

Які існують логічні схеми?

В чому полягає відмінність логічних схем І, АБО, НЕ одна від одної? Поясніть їх принцип роботи.

Охарактеризуйте особливості роботи логічних елементів мікросхеми К155ЛА3.

Література

Паскалев Ж. Первые шаги в вычислительной технике. - М.: Радио и связь, 1987.

Партин А.С., Борисов В.Г. Введение в цифровую технику. - М.: Радио и связь, 1987.

Гайдучок Г.М., Ткачук Р.З. Юному радіоаматору. - К.: Радянська школа, 1980.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

Тема. Дослідження роботи RS-тригера

Мета роботи: вивчити принцип дії та дослідити характеристику RS-тригера; ознайомитись з сферою його використання; набути практичних умінь роботи з цифровими інтегральними схемами.

Обладнання: монтажна плата, радіодеталі (згідно поданої схеми), електронний вольтметр типу ВК7-9Б, паяльник, монтажні проводи.

Теоретичні відомості

Тригер - це логічний електронний пристрій, який може перебувати в одному з двох стійких станів - одиничному або нульовому. Перехід від одного стану до іншого здійснюється внаслідок подачі електричних сигналів на строго визначені входи. При відсутності цих сигналів тригер зберігає свій вихідний (початковий) стан.

У загальному вигляді, тригер можна розглядати як пристрій, що має декілька керуючих входів та два виходи. В серії тригерів RS-тригери - найпростіші. Щоправда промисловість не випускає їх в окремому інтегральному виконанні, тому, зазвичай, їх складають з логічних елементів, наприклад, 2І-НЕ. Схему такого тригера подано на рис.10а.

Він утворений двома елементами 2І-НЕ з перехресними зворотніми зв'язками між входами та виходами. У RS-тригера є два незалежних входи та стільки ж виходів. Перший вхід - вивід 1 елемента DD1.1, другий - вивід 5 елемента DD1.2; виходи - відповідно виводи 3 та 6.Щоб краще зрозуміти та засвоєти принцип роботи RS-тригера, доцільно змоделювати подану схему тригера на монтажній платі. Звіривши монтаж дослідного тригера із його схемою і переконавшись у відсутності помилок та надійності паяних з'єднань, подайте живлення. Відразу ж повинен спалахнути один з світлодіодів. Припустимо, що це буде НL1. Значить, першим одиничний стан прийняв елемент DD1.1. Про це засвідчать і покази вольтметра, підключеного до його виходу (вив.3) -- тут повинен бути рівень логічної 1; принагідно виміряйте напругу на виході другого елемента (вив.6) -- тут буде рівень логічного О.

Рис. 10

Записавши результати вимірiв, короткочасно замкніть контакти кнопки SВ1. Що змінилося? Нічого. Як і раніше горить тільки світлодіод НL1. А тепер замкніть контакти кнопки SВ2. Відразу ж світлодіод НL1 згасне, натомість спалахне світлодіод НL2. Елемент DD1.1 перейде в нульовий стан, а DD1.2 -- в одиничний. У такому стані елементи можуть знаходитися досить тривалий час (доки не вимкнуть живлення). Але варто натиснути кнопку SВ1, як елементи одразу ж переключаться в протилежний стан.

Проаналізуємо роботу досліджуваного тригера. Відомо, що непідключення вхідного виводу елемента 2І-НЕ рівнозначне подачі на нього рівня логічної 1. Цей рівень на виводі 5 був, очевидно, дещо вищим аніж на виводі 1. Тому при включенні живлення на виході елемента DD1.2 відразу ж з'явився рівень логічного О. Це спричинило встановлення елемента DD1.1 в одиничний стан. При цьому рівень, що з'явився на виході цього елемента (логічна 1), одразу ж подано на другий вхід елемента DD1.2 (вив. 4). Це утримує його в одиничному стані. Імітація подачі імпульсу негативної полярності на вхідний вивід 1 елемента DD1.1 (кнопкою SВ1) не зможе змінити його стану, оскільки в цей час на другому його вхідному виводі 2 присутній рівень логічного 0.

Коли ж натиснути кнопку SВ2, то на вхід елемента DD1.2 (вив. 5) буде подано імпульс негативної полярності. Переключаючись в одиничний стан, цей елемент рівнем логічної 1, що присутня на його виході (вив. 6), переключить елемент DD1.1 у нульовий стан. При цьому на другому вході елемента DD1.2 (вив.4) появиться рівень логічного 0, який підтримує елемент в одиничному стані.

Так, по черзі натискуючи кнопки вхідних кіл, можна переключати тригер з одного стійкого стану в інший і тим самим керувати пристроями цифрової техніки, підключеними до його виходів.

Стан RS-тригера характеризують рівні сигналу на його так званому прямому виході. Цей вихід позначають буквою Q (вив.3). Якщо на даному виході присутній рівень логічної 1, то вважають, що тригер знаходиться в одиничному стані, а якщо присутній рівень логічного 0 -- у нульовому.

При одиничному стані тригера на його другому виході (вив.6) буде рівень логічного 0 і, навпаки. Тому цей вихід позначають такою ж буквою O (риска поверх букви вказує на те що сигнал інвертований).

Вхід, через який тригер встановлюють в одиничний стан (вив.1), позначають буквою S (початкова буква англійського слова Sеt - встановлення). Вхід, через який тригер переключають у нульовий стан (вив.5), позначають буквою R (початкова буква англійського слова Reset - повернення).

Стан тригера, залежно від рівня сигналів на його входах, ілюструє таблиця, подана на рис.10б. Якщо на обидва входи тригера подати рівні логічного 0 (натиснувши одночасно обидві кнопки), на обох його виходах буде рівень логічної 1. Такий стан тригера суперечить логіці його дії, тому подібне поєднання сигналів слід вважати недопустимим.

Присутність на обидвох входах одночасно рівня логічної одиниці не змінює стану трігера (на це вказують хрестики в таблиці). Щоб перевірити на практиці останнє твердження, під'єднайте виводи 1 і 5 мікросхеми (через резистор опором 1 кОм) до плюсової шини джерела живлення; при цьому контакти кнопок SB1 та SB2 повинні бути розімкнутими.

RS-тригери найбільш широко використовують як комірки зберігання цифрової інформації, тобто як елемент памяті електронного приладу.

Завдання

Ознайомтесь з теоретичними відомостями.

Використовуючи макетну плату, складіть схему RS-тригера подану на рис. 10а.

Пересвідчившись в правильності монтажу та надійності з'єднань, подайте на схему живлення.

Дотримуючись послідовності (описаної в теоретичних відомостях) дослідіть роботу тригера. Запишіть результати дослідження.

Співставте результати. Зробіть висновки.

Контрольні запитання

Що означають літери R,S,Q на схематичному позначенні тригера?

Які керуючі сигнали слід подавати на входи логічних схем?

Що таке тригер? Яке його функціональне призначення?

Охарактеризуйте принцип роботи RS-тригера.

Література

1. Гончаренко С.У., Хаїмзон І.І. Учням про цифрову електроніку. - К.Радянська школа, 1991.

2. Паскалев Ж. Первые шаги в вычислительной технике. - М.: Радио и связь, 1987.

3. Партин А.С., Борисов В.Г. Введение в цифровую технику. - М.: Радио и связь, 1987.

Гайдучок Г.М., Ткачук Р.З. Юному радіоаматору. - К.: Радянська школа, 1980.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

Тема. Дослідження роботи тригерів з розширеною логікою

Мета роботи: ознайомитись з основними характеристиками D- та JK-тригерів, сферою їх використання, принципом дії; набути практичних умінь роботи з цифровими інтегральними схемами.

Обладнання: монтажна плата, радіодеталі (згідно поданої схеми), електронний вольтметр типу ВК7-9Б, паяльник, монтажні проводи, генератор прямокутних імпульсів, осцилограф.

Теоретичні відомості

Відомо, що RS-тригер переключається в протилежний стан відразу ж після зміни рівнів сигналу на його вході. Такі тригери називають асинхронними з установлювальними входами або звичайними тригерами. Однак у пристроях цифрової техніки частіше використовують синхронні тригери керовані тактовими імпульсами. Найбільш поширеними серед них є D-тригери та JK-тригери.

Рис. 11

D-тригер (в серії К155 найбільшою популярністю користуються D-тригери мікросхеми К155ТМ2) має чотири логічних входи та два виходи - прямий і інверсний (рис. 11).

Вхід D - вхід прийому цифрової інформації, С - вхід тактових імпульсів синхронізації, джерелом яких, здебільшого, є генератор прямокутних імпульсів. Входи R і S D-тригера виконують аналогічну функцію, що і відповідні входи RS-тригера: при подачі рівня логічного 0 на вхід R тригер приймає нульовий стан, на вхід S - одиничний.

По входах D і С він може функціонувати як комірка пам'яті прийнятої інформації або ж як лічильний, тобто тригер з лічильним входом.

Рис. 12

Для кращого засвоєння та осмислення логіки дії D-тригера пропонуємо провести декілька дослідів.

Виконайте монтаж мікросхеми К155ТМ2 на макетній платі, з'єднайте вивід 14 із плюсовою, а вивід 7 - з мінусовою шиною джерела живлення (рис.12а). До виводів прямого й інверсного виходів тригера (вив.5 та 6) під'єднайте світлодіодні індикатори (вони допоможуть визначити стан тригера). Аналогічний індикатор під'єднайте і до вив.3 (він буде індикувати наявність та тривалість тактових імпульсів синхронізації). На платі змонтуйте також кнопковий вимикач SВ1 та резистор R4, але до входу D цей ланцюжок поки що не під'єднуйте.

Подайте на схему живлення. Відразу ж повинен спалахнути один з вихідних індикаторів. Якщо це буде світлодіод НLЗ, то це означає, що тригер прийняв одиничний стан, а якщо НL2 - нульовий. Тепер почергово декілька разів замкніть виводи 1 і 4 (R i S) на мінусову шину джерела живлення. Ви будете мати змогу пересвідчитись, що по цих входах D-тригер працює так як і RS- тригер.

Під'єднайте до вив.2 (інформаційний вхід мікросхеми) резистор R4 та вимикач SВ1. Занотуйте початковий стан тригера, а потім декілька разів підряд натисніть кнопку. Як реагує тригер? Ніяк - продовжує горіти той же індикатор.

Короткочасним з'єднанням входу R або S з мінусовою шиною джерела живлення переключіть тригер в інший стійкий стан і знову декілька разів натисніть кнопку SВ1. І тепер, як бачите, тригер не реагує на вхідні сигнали. Чому? Тому що на вхід С не надходять синхронізуючі імпульси (вони повинні бути позитивної полярності).

Для дослідної перевірки D-тригера джерелом синхронізуючих імпульсів може бути генератор прямокутних імпульсів. Підє'днайте його вихід з виводом 3 (вхід С) тригера, та встановіть найбільшу тривалість (тобто найменшу, близько 1Гц, частоту) генерованих імпульсів і, ввімкнувши живлення, стежте за станом індикаторів. Якщо тригер знаходився в нульовому стані, а контакти кнопки SВ1 були розімкнуті, то по фронту першого ж імпульсу на вході С (вив.3) тригер повинен переключитися в одиничний стан і не реагувати на наступні тактові імпульси. Але варто замкнути контакти кнопки SB1, щоб подати на інформаційний вхід рівень логічного 0, і тригер по фронту чергового тактового імпульсу відразу переключиться в протилежний стан. Тривалість рівнів сигналів на інформаційному вході D повинна бути значно більшою за тривалість імпульсів на вході С.

Роботу тригера в такому режимі проілюстровано на графіку (рис.12б.).

Приймемо, що на початку досліду, коли контакти кнопки були незамкнутими, сигнал на вході D відповідав рівню логічної 1, тригер знаходився в нульовому стані (на виході Q - логічний 0, на виході O -- логічна 1). Перший же імпульс на вході C своїм фронтом переключить тригер в одиничний стан (момент t₁). На спад цього імпульсу та й на наступні тригер не реагує зберігаючи тим самим прийнятий стан.

У результаті замикання контактів кнопки SB1, третій тактовий імпульс своїм фронтом (момент t₂) переключить тригер у нульовий стан, який зберігається до приходу шостого імпульсу (до моменту коли кнопку SB1 відпустили і на вході D встановився рівень логічної 1). Дальше, при зміні рівнів вхідного сигналу, тригер переключився в нульовий стан по фронту сьомого тактового імпульсу, а по фронті восьмого -- в одиничний.

З цього дослідження можна зробити висновки, які характеризують логіку роботи D-тригера в режимі прийому інформації:

якщо на вході D - логічна 1, тригер встановлюється по фронту першого тактового імпульсу на вході С в одиничний стан, а якщо на вході D - логічний 0, то в нульовий стан;

на спади синхронізуючих імпульсів D-тригер не реагує;

кожна зміна стану тригера означає запис в його пам'ять прийнятої інформації, яка може зберігатись або ж бути передана іншим логічним пристроям цифрової техніки.

Наступний дослід - дослідження D-тригера в режимі обліку, тобто як тригера з лічильним входом. Для цього від входу D (вив.2) потрібно від'єднати резистор та вимикач і цей вхід з'єднати з інверсним виходом O (рис.13). Тепер інформаційним входом тригера буде вхід С, на який слід подати серію імпульсів.

Рис. 13

Як тепер поводиться тригер? По фронту першого ж вхідного імпульсу він приймає одиничний стан, по фронту другого імпульсу - нульовий, по фронту третього - знову одиничний і т. д. Отже, у такому режимі роботи тригер по фронту кожного вхідного імпульсу змінює свій логічний стан на протилежний. У результаті, частота імпульсів на кожному з виходів тригера виявляється вдвічі меншою від частоти вхідних імпульсів.

Висновок напрошується сам собою: у такому режимі D-тригер ділить частоту вхідного сигналу на 2, тобто виконує функцію двійкового лічильника. J K - тригер

Рис. 14

Серед мікросхем серії К155 JK-тригером є мікросхема К155ТВ1 (рис. 14). У цієї мікросхеми дев'ять входів, та два виходи - прямий й інверсний. По входах R і S цей тригер працює як RS-тригер. Входи J і K - управляючі, причому кожен з них має по три входи (виводи 3-5 та 9-11), об'єднані за схемою логічного елемента 3І ( про це свідчать знаки «&» проставлені біля цих виводів). Вхід С за своїм функціональним призначенням тотожний аналогічному входу D-тригера. У режимі прийому та зберігання інформації він служить входом тактових імпульсів; у режимі обліку - інформаційним входом.



Рис. 15

Дослідну перевірку роботи JK-тригера також доцільно проводити на макетній платі.

Послідовність виконання дій наступна:

- мікросхему підключіть до відповідних шин джерела живлення, а до входу С (вив.12) та прямого й інверсного виходу (вив.8 та 6) підключіть світлодіодні індикатори (рис.15а);

подайте живлення; зразу ж повинен спалахнути один з вихідних індикаторів (HL2 або HL3);

замкніть короткочасно, на загальну шину вивід 2, потім вивід 3, дальше знову вивід 2 і т.д.; при цьому вихідні індикатори повинні почергово засвічуватись та гаснути (таким чином можна перевірите працездатність мікросхеми взагалі і JK-тригера зокрема);

Дослідіть тригер у режимі обліку вхідних імпульсів. Для цього об'єднайте виводи усіх входів J і К і через резистор R4 з'єднайте їх із плюсовою шиною джерела живлення, щоби подати на них напругу, яка відповідає рівню логічної 1. На вхід С подайте від генератора серію імпульсів і за часом засвічування та тривалістю горіння індикаторів побудуйте графіки роботи тригера в такому режимі. Вони повинні вийти такими ж, як і на рис.15б. Неважко завважити, що ці графіки дуже нагадують графіки роботи D-тригера включеного в режимі обліку (див. попередні дослідж.), тільки зміщені вправо на тривалість одного імпульсу. Це зміщення пояснюється тим, що D-тригер змінює свій стан на протилежний по фронту, а JK-тригер по спаду вхідного імпульсу. Кінцевий же результат однаковий - тригер ділить частоту вхідних імпульсів на 2.

Завдання

Ознайомтесь з теоретичними відомостями.

Використовуючи макетну плату, складіть схему D-тригера зображену на рис.13.

Пересвідчившись в правильності монтажу та надійності з'єднань, подайте на схему живлення.

Дотримуючись послідовності (описаної в теоретичних відомостях) дослідіть роботу тригера. Запишіть результати дослідження.

Для дослідження JK-тригера (дослідна схема подана на рис.15), виконайте пункти 1 - 4. Запишіть результати дослідження.

Співставте результати. Зробіть висновки.

Контрольні запитання

В чому полягає суть процесу поділу частоти тригером?

В чому полягає відмінність тригерів RS-, D- та JK-типів?

Яке призначення інформаційного входу D-тригера? Як він позначається на схемі?

Чому тривалість імпульсів на інформаційному вході D-тригера повинна бути більшою за тривалість імпульсів на вході С?

Література

1. Гончаренко С.У., Хаїмзон І.І. Учням про цифрову електроніку. - К.Радянська школа, 1991.

2. Паскалев Ж. Первые шаги в вычислительной технике. - М.: Радио и связь, 1987.

3. Партин А.С., Борисов В.Г. Введение в цифровую технику. - М.: Радио и связь, 1987.

4. Гайдучок Г.М., Ткачук Р.З. Юному радіоаматору. - К.: Радянська школа, 1980.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4

Тема. Дослідження роботи лічильників імпульсів

Мета роботи: ознайомитись з принципом роботи та схемотехнікою цифрових лічильників імпульсів, їх основними характеристиками та сферою використання; набути практичних умінь роботи з цифровими інтегральними схемами.

Обладнання: монтажна плата, радіодеталі (згідно поданої схеми), паяльник, монтажні проводи, генератор прямокутних імпульсів, осцилограф.

Теоретичні відомості

Лічильники імпульсів - невід'ємні вузли мікрокалькуляторів, електронних годинників, таймерів, частотомірів та інших пристроїв цифрової техніки. Вони призначені для підрахунку кількості імпульсів; перетворення послідовності імпульсів в паралельний двійковий код; ділення частоти вхідного імпульсного сигналу. Основу їх складають тригери з лічильним входом. За функціональним призначенням та логікою дії лічильники імпульсів поділяють на чотири основні групи: прямої лічби (підсумовуючі), зворотної лічби (віднімаючі), реверсивні (підсумовуючі та віднімаючі), подільники частоти.

Найпростішими однорозрядними лічильниками імпульсів є JK- та D-тригери, які працюють в режимі обліку. Вони рахують вхідні імпульси по модулю 2 (кожен імпульс переключає тригер у протилежний стан). Один такий тригер рахує до одного, два послідовно з'єднаних - до трьох, n тригерів - до 2ⁿ - 1 імпульсів. Результат обліку формується в заданому коді, який може зберігатися в пам'яті лічильника або ж бути переданий іншим пристроям цифрової техніки.

На рис.16 зображено схему трирозрядного двійкового лічильника імпульсів. Для кращого засвоєння принципу роботи такого лічильника змоделюйте його на макетній панелі; підключіть до прямих виходів тригерів світлодіодні індикатори (як це робили на попередніх практикумах). Від генератора, подайте на вхід лічильника серію імпульсів частотою 1...2 Гц і, за світловими сигналами індикаторів, побудуйте графіки роботи лічильника.

Рис. 16

Якщо в початковий момент усі тригери лічильника знаходилися в нульовому стані (його встановлюють вимикачем SВ1, подаючи на R-входи тригерів рівень логічного 0), то по спаду першого імпульсу (графік б на рис.16) тригер DD1 переключиться в одиничний стан -- на його прямому виході з'явиться рівень логічної 1 (графік в, рис.16). Наступний імпульс переключить тригер DD1 у нульовий стан, а тригер DD2 -- в одиничний (графік г, рис.16). По спаду третього імпульсу тригери DD1 та DD2 будуть перебувати в одиничному стані, а DD3 - ще буде знаходитись у нульовому. Четвертий імпульс переключить перші два тригери в нульовий стан, а третій в одиничний. Восьмий імпульс переключить усі тригери в нульовий стан; почнеться наступний цикл роботи лічильника імпульсів.

Вивчаючи графіки, неважко завважити, що кожен старший розряд лічильника відрізняється від молодшого подвоєним числом обліку. Так, період імпульсів на виході першого тригера у 2 рази більший періоду вхідних імпульсів, на виході другого тригера - у 4 рази, на виході третього тригера -- у 8 раз. Іншими словами, такий лічильник працює у цифровому коді 1-2-4.

У пристроях цифрової техніки найбільш поширинеми є чотирирозрядні лічильники імпульсів, що працюють у цифровому коді 1-2-4-8.

Рис. 17

Лічильники-подільники рахують вхідні імпульси до певного моменту (він заданий коефіцієнтом числення), після чого формують сигнал, який опрокидує тригери в нульовий стан - починається новий цикл лічби.

На рис. 17 зображено схему та графіки роботи дільника з коефіцієнтом числення 5. Тут, уже відомий, трирозрядний лічильник доповнено логічним елементом 2І-НЕ (DD4.1), який і визначає зазначений коефіцієнт обліку.

Суть роботи лічильника полягає в наступному. При перших чотирьох вхідних імпульсах (після установки тригерів у нульовий стан) пристрій працює як звичайний двійковий лічильник імпульсів. При цьому на одному або обидвох входах елемента DD4.1 діє рівень логічного 0, тому цей елемент перебуває в одиничному стані. По спаду п'ятого імпульсу на виходах першого і третього тригерів появляться рівні логічної одиниці (вони одночасно появляться і на входах елемента DD4.1), які спричинять появу логічного нуля на виході DD4.1. При цьому, формується короткий імпульс негативної полярності, що переключає тригери у вихідний нульовий стан. З цього моменту починається наступний цикл роботи лічильника.

Перевірте роботу такого лічильника-подільника, змоделювавши його на макетній платі.

На практиці, функції лічильників та подільників виконують спеціально розроблені мікросхеми підвищеного ступеня інтеграції. У серії К155, наприклад, це лічильники типу К155ИЕ1, К155ИЕ2, К155ИЕ4 та інші.

Завдання

Ознайомтесь з теоретичними відомостями.

Використовуючи макетну плату, зберіть схему трирозрядного лічильника імпульсів подану на рис. 16.

Пересвідчившись в правильності монтажу та надійності з'єднань, подайте на схему живлення.

Дотримуючись послідовності (описаної в теоретичних відомостях) дослідіть його роботу. Накресліть часові діаграми роботи лічильника.

Для дослідження лічильника-подільника (дослідну схему зображено на рис. 17), виконайте пункти 1 - 4. Запишіть результати дослідження.

Співставте результати. Зробіть висновки.

Контрольні запитання

В чому полягає суть процесу поділу частоти?

Охарактеризуйте принцип роботи лічильника-подільника.

Яке призначення виконує логічний елемент 2І-НЕ в лічильниках-подільниках?

Література

1. Гончаренко С.У., Хаїмзон І.І. Учням про цифрову електроніку. - К.Радянська школа, 1991.

2. Паскалев Ж. Первые шаги в вычислительной технике. - М.: Радио и связь, 1987.

3. Партин А.С., Борисов В.Г. Введение в цифровую технику. - М.: Радио и связь, 1987.

Гайдучок Г.М., Ткачук Р.З. Юному радіоаматору. - К.: Радянська школа, 1980.

2.3 Відбір об'єктів конструювання

Творча технічна діяльність являє собою комплексну пізнавально-перетворюючу діяльність, яка складається із множини взаємозв'язаних компонентів, таких, як теоретичні дослідження, експерименти, вирішення технічних завдань, побудова технічних об'єктів, їх випробування. Завдяки цій діяльності учні набувають поглиблених знань про навколишній світ, переконуються в правильності власних міркувань, які в процесі технічної діяльності підтверджуються або ж спростовуються, набувають важливих практичних умінь та навичок.

Одним з головних чинників підвищення ефективності занять радіотехнічних гуртків є практична робота з конструювання технічних об'єктів. Тому, при їх відборі, потрібно ретельно враховувати інтереси, здібності та можливості школярів. Робота над об'єктами конструювання пов'язана з застосуванням ряду трудових операцій. Всі вони повинні бути передбачені тематикою гуртка. Окрім того, слід дотримуватись оптимального співвідношення часу, який затрачається на виконання кожної з цих операцій.

Таким чином, при відборі об'єктів конструювання, керівник гуртка опиняється перед необхідністю враховувати цілий ряд вимог.

Спробу сформувати узагальнені критерії відбору об'єктів праці зробило багато авторів методичних посібників та дослідників проблеми трудового навчання та виховання. Так Д. О. Тхоржевський виділяє наступні критерії:

вироби повинні бути суспільно корисними:

технологія виготовлення виробів повинна складатись із операцій, передбачених навчальною програмою;

робота повинна бути посильною для учнів (з огляду точності виготовлення) і вкладатись, в заплановані на виготовлення норми часу;

за признеченням та особливостями конструкції вироби повинні бути доступні розумінню учнів.

В. М. Аридін 3 вважає, що при відборі об'єктів конструювання, керівник гуртка повинен виходити з таких міркувань:

доступність розуміння учнями принципу роботи технічного пристрою;

розуміння суті фізичних процесів при виготовленні та налагодженні виробу;

можливість виготовлення за відведений час;

освітня та виховна цінність виробу;

наявність необхідних матеріалів та обладнання.

Г. Є. Левченко акцентує увагу на такі функції об'єктів праці як комплексність, технологічність, типовість трудових операцій, естетичність, трудоємкість, безпечність 14. «При відборі об'єктів конструювання важливо правильно розрахувати відносну питому вагу самостійності школяра, які творчі елементи проявляє він, які емоції і почуття збуджує у нього виготовлення даного виробу...».

На основі вказаних критеріїв нами відібрано та рекомендовано для повторення ряд електронних схем, які можуть бути предметом практичної діяльності учнів на заняттях радіотехнічного гуртка, зокрема під час вивчення розділу “Елементи цифрової техніки”.

Робота по виготовленню об'єктів конструювання створює добру основу для системного формування політехнічних знань, розвитку трудових навичок учнів, сприяє формуванню відповідальності за доручену справу, виробляє акуратність в роботі та наполегливість в досягненні мети.

Фотореле. Для дистанційного керування радіоелектронними пристроями при допомозі світлового променя використовують фотореле.

Найпростіше фотореле можна виготовити на базі мікросхеми К155ЛА3 (рис.18). Датчиком освітленості є фотодіод VI типу ФД-3, який ввімкнено до входу мікросхеми DD1. Для підвищення чутливості й надійності роботи мікросхеми, її входи 1 та 2 об'єднано. Вихід мікросхеми під'єднано до транзисторного ключа V2.

Якщо, при ввімкненому живленні, фотодіод затемнений, то на ньому винекне деякий спад потенціалу, зменшиться потенціал і на виході елемента DD1.1, транзистор V2 відкриється, реле K1 спрацює.

Рис. 18.

Якщо фотодіод освітити, то його опір зменшиться і спад напруги на вході МС DD1 зменшиться практично до нуля. Тоді потенціал на виході інвертора значно зросте, транзистор V2 закриється реле К1 буде знеструмлене.

Резистори R1 та R2 обмежують струм бази транзистора V2. Діод V3 запобігає пробою транзистора V2 (він шунтує ЕРС самоіндукції, яка виникає в обмотці реле при його знеструмленні). Резистори типу МЛТ-0,25; транзистор V2 - МП13--МП16, МП39--МП41; реле РЭС15 або будь-яке інше із струмом опрацювання до 20 мА та опором обмотки 300-- 400 Ом.



Рис. 19

Пристрої охоронної сигналізації. На рис. 19 зображено схему сигналізатора типу «сирена». В ньому передбачено затримку спрацювання сигналізації на 10 секунд. В момент розмикання контактів геркона SF1 конденсатор C5 починає заряджатися через резистор R1. Приблизно через 10 секунд на входах 2, 13 мікросхеми DD1 з'явиться логічна "1" і спрацьовує сигналізація. Резистор R8 зменшує струм розряду конденсатора C5.

На логічних елементах DD1.2, DD1,2 зібрано модульований мультивібратор. З конденсатора C2 знімають пилкоподібні імпульси, які забезпечують модулювання частоти мультивібратора з перехресними резистивно-ємнісними зворотніми зв'язками на логічних елементах DD1.3, DD1.4. Тобто відбувається перетворення напруги на конденсаторі С2 в частоту. Девіація частоти змінює тембр звучання гучномовця BA1. Підсилювач потужності виконано на транзисторах VT2, VT3.

Пристрої світлової сигналізації. Світлова сигналізація в охоронних електронних пристроях є ефективним попереджувальним засобом. На рис. 20 зображено схему такого сигналізатора.



Рис. 20

Коли віддалити магніт B1 від геркона, то мультивібратор на логічних елементах DD1.1, DD1.2 починає генерувати імпульси з частотою 1 Гц. Вільний елемент DD1.4 ввімкнуто паралельно до DD1.4 для поліпшення навантажувальних характеристик. Транзистор VT1, що працює в ключовому режимі, керує реле K1, яке своїми контактами K1.1 з частотою 1 Гц то відкриває, то закриває тринiстор VS1, який комутує живлення лампи (її потужність може сягати 200 Вт).

Детектори наближення. Принцип побудови ємнісних "детекторів наближення" ґрунтується на використанні грані зриву та виникненні генерації.

На рис.21 зображено схему "детектора наближення" на основі ємнісного реле. На елементах DD1.1, DD1.2 виконано мультивібратор. При налагодженні, значення резистора R1 та конденсатора C1 зменшують доти, доки генерація (при приєднаній антені) не зірветься. Коли наблизити руку до антени WA1 (нею може бути металевий предмет), - генерація повинна відновитись. Елементи DD1.3, DD1.4 підсилюють та формують частотний сигнал. Конденсатор C4 унеможливлює короткочасні хибні спрацювання. Провідники, що з'єднують антену з пристроєм сигналізації, потрібно робити якомога короткими.



Рис. 21

Рис. 22.

Пристрої на інфрачервоних променях. Інфрачервоне випромінювання займає невидиму для ока частину електромагнітного спектра. ІЧ промені мають такі ж властивості, як і видимі. Тобто, розміщуючи пристрої, треба враховувати, що на проходження променів будуть впливати туман, дощ, сніг та інші перешкоди, які траплятимуться на їхньому шляху.

На рис. 22 показано схему випромінювача ІЧ променів, модульованих частотою мультивібратора, виконаного на елементах DD1.1, DD1.2 мікросхеми DD1 типу К561ЛЕ5.

Резистори R1, R2 приєднані між входами та виходами елементів мікросхеми, забезпечують м'який режим збудження. Паралельно приєднані елементи DD1.3, DD1.4 зменшують вплив навантаження на режим робити мультивібратора. Транзистори VT1, VT2 утворюють підсилювач потужності. Це два емітерні повторювачі, з'єднані послідовно. Для досягнення максимального підсилення струму треба, щоб наступний транзистор був потужнішим від попереднього. Резистор R4 обмежує струм через світлодіоди HL1 - HL3.

Частота генерації визначається залежністю

? = 0,4 vU_ж / RC

де U_ж - напруга живлення, В; R=R1=R2, МОм; C=C1=C2, мкФ.

Для U_ж = 9 В частота генерації ? = 5 кГц.

Рис. 23

На рис. 23 показано схему приймача ІЧ променів. Фотодіод працює у фотодіодному режимі (є ще фотогенераторний режим). При освітленні опір фотодіода зменшується і на його виводах з'являється електрорушійна сила, пропорційна до освітлення. Конденсатор С1 усуває вплив ймовірних повільно змінних джерел на режим роботи. На збірці з двох польових транзисторів типу КПС104Г створено послідовно балансний каскад, коефіцієнт підсилення якого становить 300-400. Така схема потребує великого вхідного опору в наступному каскаді, має малу верхню частоту пропускання. На транзисторі VT3 реалізовано емітерний повторювач з великим вхідним та малим вихідним опорами. На діодах VD2, VD3 виконано амплітудний випрямляч з подвоєнням напруги. Транзистор VT4 підсилює та інвертує випрямлений сигнал. До емітера транзистора VT5 (вихід A) можна приєднати виконавчі пристрої звукової та світлової сигналізації.

Рис. 24

Така схема може працювати на відстані, яка не перевищує 4 метри від випромінювача.

Перемикач гирлянд. На мікросхемі DD1 (рис.24) зібрано симетричний мультивібратор частоту коливань якого можна змінювати в межах 195-205 Гц змінним резистором R2. Через інвертори DD1.3 і DD1.4 прямокутні імпульси мультивібратора надходять на тригери DD2.1 та DD2.2 (вони виконують роль подільника частоти). Вихідні сигнали тригерів надходять на підсилювачі струму VT1-VT4, а дальше, через конденсатори С3-С6 на управляючі електроди тиристорів VS1-VS4, в анодні кола яких включені гирлянди ламп EL1-EL4.

В залежності від співвідношення частот мультивібратора і освітлювальної мережі вони або плавно засвічуютьчся і різко гаснуть, або навпаки, різко засвічуються і плавно гаснуть. Швидкість цього процесу можна регулювати змінним резистором R2.

КОМПЛЕКСНА ПРАКТИЧНА РОБОТА

ФОТОТИР. На відміну від описаних в науково-популярній літературі пропонований фототир, на нашу думку, найбільш повно уособлює в собі якості пневматичного тиру: в момент вистрілу чути характерний звук пневматичної гвинтівки, а при попаданні в мішень - вона опрокидується. В даному фототирі, окрім цього передбачено цифровий індикатор кількості вистрілів.

Рис. 25

Будову фототиру розглянемо за його структурною схемою (рис.25). Він складається з десяти вузлів: шести однотипних фотореле (вузли А1-А6), світлового пістолету (вузол А7), блоку живлення (вузол А8), лічильника кількості вистрілів (вузол А9) та газорозрядних цифрових індикагорів (вузол А10).



Рис. 26

Чутливим елементом фотореле (рис.26) є фоторезистор R2, величина опору якого безпосередньо залежить від інтенсивності його освітлення. До моменту, коли на фоторезистор не попадає світлова "куля" опір його досить великий і струм в колі подільника, утвореного цим же резистором, є досить малий. При цьому транзистор VT1 є відкритим (цього досягають, при налагодженні, підбором величини резистора RЗ), а VT2 - закритий; реле К1 - знеструмлене.

В момент попадання променя світла на фоторезистор, його опір різко зменшується, при цьому зменшується і напруга на ньому. Іншими словами, на фоторезисторі формується імпульс, який поступає через конденсатор С1 на базу транзистора VT1. На деякий час цей транзистор закривається, натомість VT2 - відкривається: спрацьовує реле К1, яке своїми контактами подає напругу на обмотку електромагніта. Магнітне поле, утворене цим електромагнітом, "опрокидуе" фігурку мішені. Аналогічно працюють й інші фотореле (вузли А2-А6).

Світлову "кулю" формує пістолет, в корпусі якого розміщена лампа EL1, конденсатор С2, резистор R6 та перемикач B1 (рис. 27). В початковому положенні, коли контакти перемикача знаходяться у вказаному на схемі положенні, конденсатор С2 заряджається через резистор R6 до напруги яка дещо перевищує напругу блоку живлення. В момент замикання контактів кнопки В1 конденсатор швидко розряджається через лампу EL1 і паралельно підключені динамічні головки BАІ i ВА2. Лампа при цьому спалахуэ, а динамычних головок чути звук, який імітує звук пострілу.

Рис. 27

Рис. 28.

Одночасно з пострілом включається в роботу вузол А9 (рис. 29). На його вході стоїть мультивібратор, виконаний на елементах DD1.1 i DD1.2. Запускається він імпульсом, який формують динамічні головки.

Вихідний імпульс мультивібратора подається на лічильники DD2, DD4, стан яких дешифрується мікросхемами DD3 та DD5. Стан лічильників відображають цифрові індикатори HG1 та HG2 (вузол А1О). Перед початком роботи фототиру лічильники необхідно обнулити (натиснути кнопку В2).

Рис. 29

Блок живлення (див.принципову схему рис. 29) складається з трьох випрямлячів із стабілізованою вихідною напругою, випрямляч на діодному мості VD3 живить фотореле, обмотки електромагнітів, світловий пістолет. Випрямляч на діодному мості VD5 призначений для живлення лічильника. Змінна напруга величиною 180В з обмотки трансформатора Т1 подається на однопівперіодний випрямляч (діод VD6), а з нього на аноди газорозрядних індикаторів. Для повторення вказаної конструкції, необхідні наступні радіодеталі: постійні резистори МЛТ вказаної на схемі потужності, підстроювальні (RЗ у вузлах АІ-А6) - СПЗ-1а; фоторезистори ФР-1, конденсатори СЗ,С8 - МБМ або інші малогабаритні; електролітичні конденсатори типу К5О-б, К50-12 з зазначеною на схемі робочою напругою; транзистори фотореле - серії МП40-МП42 з коефіцієнтом передачі струму не менше 50. Транзистори VТЗ - будь-які з серії П213-П217, VТ4 -будь-який з серії КТ807 (його необхідно встановити на радіатор виготовлений з листового алюмінію товщиною 2 мм при габаритних розмірах 30 х 20мм). Діоди VD1 блоків фотореле - будь-які із серії Д9, Д220; діодні блоки VDЗ, VD5 - будь-які із серії КЦ402, КЦ405; діод VD6 - будь-який розрахований на зворотню напругу не менше ЗООВ. Динамічні головки потужністю 1-2 Вт (опір звукової котушки - б-1О ом). Трансформатор блоку живлення намотано на магнітопроводі Ш16х20. Первинна обмотка трансформатора містить 2355 витків проводу ПЭВ-1 (діаметр проводу - 0,12 мм.), обмотка ІІ - 2050 витків проводу ПЭВ-1- 0,1 мм; обмотка ІІІ - 129 витків ПЭВ-1 - 0,31 мм; обмотка ІV 75 витків ПЭВ-1 - 0,2б мм.

Рис. 30

Деталі вузлів А1-А6 змонтовано на одній платі. Плати з деталями та данамічні головки кріплять в середині корпусу. На боковій панелі корпусу розміщено: тумблер включення живлення, запобіжники, роз'єм для підключення шнура світлового пістолета, кнопка встановлення лічильника вистрілів у нульове положення. В стволі пістолета розміщена лампа і фокусуюча лінза, а в рукоятці - решта деталей вузла А7.

Фоторезистор (рис.30), встановлено в середині непрозорої трубки 5, яку змонтовано на передній панелі корпусу. Над фоторезистором розміщені електромагніти. Котушку електромагніта 12 намотано на пласмасовому каркасі 9. Для намотки використано провід діаметром 0,16 мм (800 витків проводу котушки намотано "внавал").

Котушку одівають на магнітопровід 13. Ним може бути болт М6, відповідної довжини. Перед монтажем шестигранну головку болта доцільно обточити (надати їй циліндричної форми) і дещо вкоротити.

При допомозі постійного магніта 1 до магнітопроводу котушки кріпиться фігурка (мішень), яка крім того, насаджена на вісь3 (рис. 31). Таке кріплення дозволяє утримувати її в вертикальному положенні.

Рис. 31

При влучному попаданні, на обмотку електромагніту подається електричний струм, внаслідок чого навколо котушки утворюється постійне магнітне поле, яке і відштовхує постійний магніт встановлений на мішені (мішень опрокидується).

Світловий промінь пістолета фокусують так, щоби при відстані 5м, на передню стінку фототиру падав яскравий світловий промінь (при цьому діаметр даного світлового пучка повинен бути мінімальним).

Слід забезпечити також можливість вільного обертання мішені навколо осі. Якщо, при влучному попаданні, мішень не опрокидується, то в такому випадку, слід змінити полярність включення виводів обмоток. У випадку необхідності, коректують чутливість світлового реле так, щоб воно надійно реагувало лише на світловий промінь пістолета і не було чутливим до інтенсивності навколишнього освітлення.

ПРАВИЛА БЕЗПЕЧНОЇ ПРАЦІ ПРИ ВИКОНАННІ ПРАКТИЧНИХ РОБІТ НА ЗАНЯТТЯХ ГУРТКА РАДІОТЕХНІЧНОГО КОНСТРУЮВАННЯ

Керівник гуртка повинен постійно тримати в полі зору питання дотримання гуртківцями правил безпечної праці. З цією метою, вже на першому занятті необхідно провести інструктаж з безпеки праці та зробити відповідний запис у журналі гурткової роботи (форма запису не є строго регламентованою, але тут повинно бути наступне: прізвище та ім'я школярів, дату проведення та зміст інструктажу, підписи гуртківців та керівника гуртка). Такий інструктаж необхідно проводити не менше двох разів на рік.

При проведенні інструктажу слід керуватись основними положеннями правил безпечної праці та "Правилами безпечної праці і виробничої санітарії для шкільних навчальних і навчально-виробничих майстерень, а також навчальних комбінатів, цехів і підприємств, в яких проходить трудова підготовка учнів".

Керівнику гуртка необхідно:

1) під час проведення гурткових занять постійно знаходитись в приміщенні гуртка;

2) створювати належні умови праці гуртківцям та вимагати дотримання ними правил безпечної праці;

3) проводити поточний інструктаж з правил безпечної праці;

4) слідкувати за технічним станом і своєчасно приймати міри по відновленню або вилученню з користування несправного електроінструменту, радіомонтажного, слюсарного і столярного інструменту, електроарматури тощо;

5) зберігати інструменти індивідуального та загального користування в спеціально відведеному для цього місці;

б) вміти правильно надати першу медичну допомогу потерпілому від опіків, порізів, електротравм;

7) знати призначення та спосіб використання медичних препаратів, що знаходяться в аптечці лабораторії;

8) своєчасно поповнювати аптечку перев'язочним матеріалом та дезинфікуючими препаратами;

Гуртківці зобов'язані:

- дотримуватись правил внутрішнього розпорядку в радіолабораторії;

- використовувати інструмент лише за призначенням;

- тримати на робочому місці тільки ті матеріали, інструменти, прилади, які необхідні для виконання поточної роботи;

- припиняти роботу за першою ж вимогою керівника гуртка;

- повідомляти керівника гуртка про виявлені дефекти інструментів, електроарматури, ізоляції електропроводу тощо;

- при появі сторонніх запахів відключити живлення електроспоживачів і негайно повідомити керівника гуртка.

Окрім загальних правил безпечної праці, специфіка роботи гуртка зобов'язує особливо ретельно дотримуватись вимог електробезпеки:

- напруга живлення електропаяльників не повинна перевищувати 42В;

- шнури електропаяльників повинні бути оснащені вилками, конструкція яких виключає можливість іх підключення до розеток з напругою 220В;

- періодично перевіряти паяльники на відсутність короткого замикання між корпусом та нагрівальним елементом;

- електроспоживачі, розраховані на напругу живлення більше 42В повинні бути надійно заземлені;

- при монтажі, налагодженні та ремонті вузлів радіоелектронної апаратури необхідно використовувати інструмент з ізольованими ручками;

- монтаж і заміну елементів в схемах слід проводити лише при відключеному живленні;

- подавати напругу на схему слід лише після ретельної перевірки відповідності електричних з'еднань принциповій схемі;

- заборонено залишати без нагляду апаратуру, яка знаходиться під напругою;

- заборонено використовувати саморобні запобіжники, а також блокувати кола аварійного відключення електроспоживачів;

- заборонено торкатись струмопровідних частин електрообладнання, а також визначати наявність напруги на дотик.

Робота з горючими та легкозаймистими рідинами вимагає ретельного дотримання правил пожежноі безпеки. Слід пам'ятати, що такі речовини, як ефіри, спирти, бензин, ацетон, дихлоретан є надзвичайно леткими і їх пари, при великій концентрації становлять більшу пожежно-вибухову небезпеку аніж самі рідини. Не слід тримати на робочому місці легкозаймисті рідини у великих кількостях.

Не можна працювати з ними поблизу відкритого вогню.

Підігрівати такі рідини, у випадку крайньої необхідності, можна лише на "водяній ванні"; категорично заборонено користуватись при цьому відкритим вогнем.

Робота з кислотами та лугами також погребує підвищеної уваги та дотримання особливих заходів безпечної праці. Кислоти та луги, при попаданні на шкіру людини, викликають опіки. Особливо небезпечним є їх попадання в очі. Вдихання випарів кислот і лугів також шкодить здоров'ю.

При роботі з кислотами та лугами необхідно:

- користуватись захисними окулярами;

- пам'ятати, що кислоту завжди вливають до води, а не навпаки; інакше, в результаті бурхливої реакції, пройде інтенсивне розбризгування кислоти;

- при приготуванні лужних розчинів, воду слід доливати до лугу;

- при хімічній обробці металів (травлення, оксидування, анодування тощо) занурювати і виймати з розчину вироби необхідно при допомозі спеціальних приспосіблень;

- приміщення, де проводяться роботи, повинно мати добру вентиляцію.

Памятайте: при хімічних опіках шкіри уражене місце слід добре промити проточною водою і остаточно нейтралізувати: кислоту - 3% розчином питтєвої соди; луг - 1% розчином оцтової кислоти.

Висновки

Розвиток творчих здібностей особистості неможливий без засвоєння творчого досвіду попередників. Оволодіння цим досвідом, на відміну від засвоєння інших елементів культури, передбачає обов'язкове залучення учнів до практичної діяльності; ця діяльність, особливо в початках, повинна носити, здебільшого, відтворювальний, репродуктивний характер.

Навчальний характер творчої технічної діяльності дітей висуває на перший план не результати , а лише підготовку школярів до цієї діяльності в майбутньому. Виходячи з цього, основною метою творчої діяльності учнів слід вважати набуття досвіду практичної роботи з конструювання технічних об'єктів.

3. Головною метою позакласної та позашкільної роботи в усіх її формах є залучення учнів до активної участі у суспільно-корисній діяльності, стимулювання їх самостійності, ініціативи, розвиток індивідуальних інтересів, нахилів, здібностей.

4. Ознайомлення з основами роботи цифрових електронних пристроїв, з фізичною суттю процесів, що проходять при цьому, слід проводити в школі на уроках математики, фізики, інформатики, трудового навчання. Особливої уваги, в реалізації цього завдання, заслуговують шкільні технічні гуртки і, насамперед, гуртки радіоелектронного напрямку.

5. Підвищити ефективність навчального процесу, надати йому більшої динамічності та колоритності можна за умови добре продуманої та організованої дослідно-експериментальної роботи гуртківців.

6. Залучення учнів до виконання лабораторних робіт на заняттях шкільного радіотехнічного гуртка в ході вивчення розділу “Елементи цифрової техніки”, переслідує такі основні цілі:

закріплення теоретичних знань з основ математичної логіки;

вироблення вміння застосовувати їх у практичній діяльності (синтез електронних схем на логічних елементах);

закріплення практичних умінь з радіотехнічного експерименту;

розвиток творчих конструкторських здібностей;

виховання культури праці.

При відборі об'єктів конструювання слід враховувати наступне:

можливість їх практичного застосування;

відповідність завданням реалізації програми гуртка;

доступність та посильність у виготовленні;

8. Практичні заняття, в ході яких гуртківці працюють над виготовленням об'єктів конструювання, створюють добру основу для системного формування політехнічних знань, розвитку трудових умінь учнів, сприяють формуванню відповідальності за доручену справу, виробляють акуратність в роботі та наполегливість в досягненні мети.