Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

З предмета «Електроніка, мікроелектроніка і 3 страница




Оскільки в цифрових системах утримується величезна кількість ключів (тільки в одному мікропроцесорі їх кілька мільйонів) і вони не можуть повідомляти один одному про свій стан миготінням лампочок, то для взаємного обміну інформацією використовуються електричні сигнали напруги. При цьому ключі, як правило, застосовуються в інверсному режимі.

У цифровій техніці практичні аналоги схем прийняті називати логічними елементами. При цьому залежно від виконуваних функцій кожний елемент має своя назва й відповідне графічне позначення.

Теоретичною основою проектування цифрових пристроїв є алгебра - логіки або булєва алгебра, що оперує логічними змінними.

Логічних змінні - це змінні, які приймають тільки два значення: "логічний 0" і "логічна 1".

Функції, які залежать від булєвих аргументів - булєві (двійкові).

Для логічних змінних існують 4 основні операції. Операція логічне "І" (AND) кон’юнкція або логічне множення, позначається * або /\. Операція логічне "АБО" (OR), диз'юнкція або логічне додавання, позначається + або \/. Операція логічне "НІ" (NOT), зміна значення, інверсія або заперечення, позначається рисою над логічним вираженням. Інверсія в тексті позначатися знаком " ~ ". Операція еквівалентності позначається " = ". Наступні співвідношення є аксіомами.

(1) 0 + 0 = 0   1 * 1 = 1 (1')
(2) 1 + 1 = 1 0 * 0 = 0 (2')
(3) 1 + 0 = 0 + 1 = 1 0 * 1 = 1 * 0 = 0 (3')
(4) ~1 = 0 ~0 = 1 (4')

Хід роботи

1. Зібрати схеми електромеханічного імітатора логічної “1” і логічного “0”, логічної “1” і логічного “0”в інверсному режимі за допомогою ключа й допоміжних пристроїв у вигляді батареї 5 У с внутрішнім опором 100 Ом і лампи накалювання на 6 У с потужністю 30 мВт, які дозволяють судити про стан ключа.

2. Підключити до схеми кожний логічний елемент із набору Logic Gates на рис 6.1.

Рисунок 6.1 – Схема логічних елементів з набору Logic Gates

3. Проаналізувавши схему скласти таблицю істинності, результати занести в таблицю 6.1.

Таблиця 6.1 – Таблиця дійсності

А В А*В,and A+B, or A*B, not A+B, nor A+B, xor A+B, xnor
               
               
               
               

 

4. У звіті представити схеми, таблицю і виводи.

7. Лабораторна робота №7 «Дослідження однофазних некерованих випрямлячів»

Мета роботи: вивчити схеми однофазних випрямлячів, що працюють на активну, активно – індуктивну і активно – ємкісне навантаження, визначити напругу на виході випрямляча.

Теоретичні відомості

Електроживлення радіоелектронної апаратури (РЕА) здійснюється від різних джерел постійного або змінного струму. Найпоширеніший спосіб електроживлення від мережі змінного струму припускає використання випрямлячів, згладжуючих фільтрів і стабілізаторів напруги або струму.

Випрямні пристрої використовуються для перетворення змінної напруги в постійне. Випрямний пристрій зазвичай складається з трансформатора, напівпровідникових діодів, що здійснюють випрямляння змінної напруги, і згладжуючого фільтру, що зменшує пульсацію випрямленої напруги.

Для роботи випрямлячів принципове значення має характер фільтру, включеного на виході випрямляча. Випрямлячі, навантажені на фільтр у вигляді конденсатора, використовуються в широкому діапазоні випрямленої напруги і потужностей. Трансформатори цих випрямлячів повинні мати велику потужність, чим випрямлячі з індуктивним фільтром. До недоліків випрямлячів з ємкісним фільтром відносяться велика амплітуда струму через випрямний діод у момент включення джерела.

Трансформатори цих випрямлячів повинні мати більшу потужність, ніж випрямлячі з індуктивним фільтром. К недолікам випрямлячів з ємкісним фільтром відносять велику амлитуду струму через випрямний діод під час вмикання джерела.

Випрямлячі з індуктивним фільтром застосовуються в широкому діапазоні випрямленої напруги при потужностях від десятків ватів до декількох кіловат і при струмах понад 1 А. Такі випрямлячі мають менший внутрішній опір в порівнянні з випрямлячами з ємкісним фільтром, що зменшує залежність випрямленої напруги від струму навантаження. Застосування індуктивного фільтру обмежує імпульс струму через діод. Недоліком випрямлячів з таким фільтром є перенапруження, що виникають на вихідній ємкості і на дроселі фільтру при включенні випрямляча і при стрибкоподібних змінах струму навантаження, що представляє небезпеку для елементів самого випрямляча і його навантаження. Випрямлячі з індуктивним фільтром застосовуються в широкому діапазоні випрямленої напруги при потужностях від десятків ватів до декількох кіловат і при струмах понад 1 А. Такие випрямлячі мають менший внутрішній опір в порівнянні з випрямлячами з ємкісним фільтром, що зменшує залежність випрямленої напруги від струму навантаження. Вживання індуктивного фільтру обмежує імпульс струму через діод. Недоліком випрямлячів з таким фільтром є перенапруження, що виникають на вихідній ємкості і на дроселі фільтру при включенні випрямляча і при стрибкоподібних змінах струму навантаження, що представляє небезпеку для елементів самого випрямляча і його навантаження.

Випрямлячі без згладжувального фільтру застосовуються порівняно рідко і в тих випадках, коли пульсації напруги на навантаженні не мають істотного значення. Згладжувальний фільтр також часто відсутній в багатофазних випрямлячах, що мають малу пульсацію випрямленої напруги.

Вибір схеми випрямляча залежить від ряду чинників, які повинні враховуватися залежно від вимог, що пред'являються до випрямного пристрою. До них відносяться: випрямлена напруга і потужність, частота пульсації випрямленої напруги, число діодів, зворотна напруга на діоді, коефіцієнт використання потужності трансформатора, напруга вторинної обмотки. Підвищення частоти пульсації дозволяє зменшити розміри згладжувального фільтру.

Допустимі пульсації на виході джерел живлення залежать від характеру навантаження і можуть складати від тисячних доль відсотка (перші каскади мікрофонних підсилювачів) до одиниць і десятків відсотків (виконавчі пристрої). Для зменшення пульсації використовуються додаткові фільтри.

Г-подібний індуктивно-ємкісною (LC) фільтр (рис 7.1, а) застосовується в джерелах середньої і великої потужності унаслідок того, що падіння напруги на фільтрі можна зробити порівняно малим і тим самим забезпечити вищий ККД.

Недоліки LC-фільтрів:

1) порівняно великі розміри і вага (при низькій частоті первинного джерела);

2) дросель фільтру є джерелом перешкод, що створюються магнітним полем розсіяння;

3) дросель фільтру іноді є причиною складних перехідних процесів, що приводять до спотворень в роботі пристроїв (підсилювача, передавача і тому подібне);

4) фільтр не усуває повільних змін живлячої напруги.

Твір LC (ГН-МКФ) залежить від необхідного коефіцієнта згладжування До, (відношення коефіцієнта пульсації на вході фільтру до коефіцієнта пульсації на його виході) і визначається по формулі;

(7.1)

де: где:

Fc — частота струму, що випрямляється (Гц); m — кількість фаз. Для однонапівперіодної схеми m=1, для двонапівперіодної і мостової, а також для паралельної схеми подвоєння m=2; Кс – коефіцієнт згладжування.

Для двонапівперіодної або мостової схеми при частоті мережі 50 Гц:

(7.2)

Величини L і З повинні бути вибрані так, щоб виконувалася умова:

(7.3)

Якщо твір LC більше 200...250, то фільтр слід робити двухзвенным, причому другу ланку можна виконати по схемі RС-фільтра.

a б

Рисунок 7.1 – Індуктивно–ємкістний фільтр(а), реостатно–ємкістний фільтр(б).

Г-подібний реостатно-ємкісний фільтр (рис 7.1, б) доцільно застосовувати при малих випрямлених струмах (менше 15... 20 мА) і невеликих значеннях коефіцієнта згладжування. Такий фільтр є достатньо дешевим, має малі розміри і вагу. Його недоліком є малий ККД із-за великого падіння випрямленої напруги на опорі фільтру.

Однонапівперіодну схему зазвичай застосовують при випрямлених струмах до декількох десятків міліампер і в тих випадках, коли не вимагається високого ступеня згладжування випрямленої напруги. Ця схема характеризується низьким коефіцієнтом використання потужності трансформатора. Коефіцієнт пульсації на виході такого випрямляча, визначається по наближеній формулі: Kn=6400/RnC.

Для однонапівперіодного випрямляча коефіцієнт пульсацій визначається по формулі:

(7.4)

де:

Um – амплітуда імпульсів випрямленої напруги;

U – середнє значення випрямленої напруги.

Для характеристики випрямляча з фільтром або стабілізатором використовується коефіцієнт згладжування Кс = Кп / Кпо, де Кп, Кпо – коефіцієнти пульсації до і після фільтру (стабілізатора).

Двонапівперіодний випрямляч з середнім виведенням вторинної обмотки трансформатора застосовують в низьковольтних пристроях. В порівнянні з однофазним мостовим випрямлячем він дозволяє зменшити удвічі число діодів і тим самим знизити втрати. Коефіцієнт пульсації визначається по наближеній формулі: Кn=1920/(RnС)

Коефіцієнт пульсації для m – фазного випрямляча визначається по формулі:

(7.5)

де m – число фаз.

Для двонапівперіодного випрямляча m = 2 і, отже .

Однофазна мостова схема характеризується високим коефіцієнтом використання потужності і тому може бути рекомендована для використання в пристроях підвищеної потужності при вихідній напрузі від десятків до сотень вольт; пульсації такі ж, як в попередній схемі.

Випрямлячі, навантажені на фільтр у вигляді конденсатора, використовуються в широкому діапазоні випрямленої напруги і потужностей. До недоліків випрямлячів з таким фільтром відносяться велика амплітуда струму через випрямний діод у момент включення джерела, а також необхідність в трансформаторах великої потужності в порівнянні з випрямлячами з індуктивним фільтром.

Коефіцієнт пульсації випрямляча з ємкісним фільтром визначається по формулі:

(3.6)

де:

m – число фаз; f – частота живлячої мережі; З – ємкість конденсатора на фільтрі; Rn – опір навантаження.m – число фаз; f – частота питающей сети;

Хід роботи

1. Зібрати однонапівперіодну схему випрямляння (рис 7.2). Замалювати осцилограми і визначити амплітудне значення напруги на вході випрямляча розрахунковим і досвідченим шляхом. Підключивши вольтметр до навантаження визначити напругу на виході випрямляча досвідченим і розрахунковим шляхом.

Рисунок 7.2 – Однонапівперіодний випрямляч

2. Зібрати схему двонапівперіодного випрямляча з середнім виведенням вторинної обмотки трансформатора (рис 7.3). Провести досліди аналогічно пункту 1.

Рисунок 7.3 – Схема двонапівперіодного випрямляча з виведенням середньої точки трансформатора

3. Зібрати однофазну мостову схему (рис 7.4). Провести досліди аналогічно пункту 1 і 2.

Рисунок 7.4 – Однофазний мостовий випрямляч

4. Визначити коефіцієнт пульсацій у всіх схемах. Описати переваги і недоліки кожної схеми.

 

8. Лабораторна робота №8 «Компенсаційні стабілізатори напруги»

Мета роботи: вивчити теоретичні відомості по компенсаційних стабілізаторах, провести орієнтовний розрахунок транзисторного стабілізатора, провести моделювання стабілізатора

Теоретичні відомості

На відміну від параметричних компенсаційні стабілізатори напруги забезпечують необхідну стабільність напруги на навантаженні за допомогою негативного зворотного зв'язку, що впливає на регулюючий елемент (РЕ). Залежно від схеми включення РЕ компенсаційні стабілізатори розділяються на послідовних і паралельних.

На рис.8.1 приведена схема одного з найбільш поширених (до появи інтегральних стабілізаторів) транзисторних стабілізаторів напруги послідовного типу. Стабілізатор складається з регулюючого елементу (транзистори VT1, VT2, VT3), підсилювача постійного струму (VT0, R1), опорної напруги (VD,R2), дільника напруги R3-R5, резисторів R6, R7, використовуваних для вибору режиму по постійному струму транзисторів VT1, VT2, і конденсатора С1. У стабілізаторі передбачено регулювання вихідної напруги, для чого до складу дільника включений потенціометр R4.

Число транзисторів, що входять в регульований елемент, залежить від типу навантаження. При In<(0,02.0,03) А можна використовувати тільки один транзистор VT1; при (0,02.0,03) А<Іn<(0,5.0,6) А - два транзистори VT1, VT2; при (0,5.0,6) А<Іn<(4.5) А - всі три транзистори.

Стабілізатор може бути виконаний на транзисторах типу p-n-p або n-p-n. При використанні транзисторів типу p-n-p полярності напруги на вході і виході змінюються на протилежних (в порівнянні з схемою на рис.8.1). При цьому необхідно також перемкнути стабілітрон VD, щоб напруга на його аноді була позитивною щодо катода.

Стабілізатор працює таким чином. При збільшенні вхідної напруги Ui збільшується і вихідна напруга Uo, що викликає збільшення напруги на вході транзистора VT0 і його колекторного струму, внаслідок чого напруга на колекторі зменшується, а це викликає зменшення струму через транзистори РЕ і, отже, приводить до пропорційного зменшення Uo. Аналогічні процеси відбуваються і при зменшенні струму навантаження, що приводить до збільшення Uo. При зменшенні Ui або Uo (при збільшенні струму навантаження) транзистор VT0 призакривається, напруга на його колекторі і на базі транзистора РЕ збільшується, внаслідок чого Uo збільшується майже до номінального значення.

Для проведення моделювання необхідно заздалегідь провести наближений розрахунок. Початкові дані для такого розрахунку:

– номінальна вихідна напруга Uo, В;

– межі регулювання вихідної напруги , В;

– струм навантаження , А;

– мінімальна і максимальна напруга мережі , ,В.

Рисунок 8.1 – Компенсаційний стабілізатор

Хід роботи

1. Попередній розрахунок компенсаційного стабілізатора (рис 8.1):

1) Визначаємо мінімальну вхідну напругу В. Додати 4.5 В потрібний для забезпечення нормальної роботи транзисторів РЕ. Максимальне в цьому випадку задається з умови максимально можливої напруги мережі.

2) Залежно від струму навантаження визначаємо число транзисторів, що входять в схему (див. вищеперелічену рекомендацію).

3) По і вибираються типи транзисторів або редагуються параметри вибраного бібліотечного компоненту по максимально допустимій напрузі і струму колектора.

4) Вибирається тип стабілітрона VD по напрузі стабілізації з умови Ст. В цьому випадку опір резистора R2=(2.3)/ , де - мінімальний струм стабілізації стабілітрона. Так, наприклад =5 мА R2=400.600 Ом.

5) Визначається опір резистора R1 з умови, що при напрузі по ньому протікає струм 3.5 мА.

6) Визначається сумарний Rs опір резисторів дільника R3.R5 з умови протікання по ньому струму 5.10 мА при номінальній напрузі Uo. При цьому опори резисторів дільника визначаються з виразу R5=RsUs/ , R4=Rs/ , R3=Rs-R4-R5.

7) Опори резисторів R7, R6 визначаються як Uo/ , де - теплострум емітерного переходу відповідного транзистора.

2. Розглянутий стабілізатор володіє порівняно невеликим коефіцієнтом стабілізації із-за малого коефіцієнта посилення однокаскадного підсилювача постійного струму (УПТ). Вищими показниками володіють стабілізатори з УПТ на ОП, один з варіантів якого показаний на рис.8.2. На цьому стабілізаторі опорний стабілітрон VD включений у верхнє плече моста, діагональ якого приєднана до виходу стабілізатора, а друга - до входу ОП. Вихідна напруга стабілізатора рівна Uo=Us(R2+R3) /R3. Для захисту регулюючого транзистора VT1 від виходу з ладу при короткому замиканні на виході пристрою введені транзистор VT2 і резистори R4 і R5. При збільшенні вихідного струму вище за допустиму межу падіння напруги на резисторі R5 (біля 0,5В) відкриває транзистор VT2, внаслідок чого зменшується вихідна напруга стабілізатора. При цьому резистор R4 захищає вихід ОП від перевантаження при відкритому VT2.

3. Для створення стабілізаторів змінної напруги можна використовувати такі ж структурні схеми, що і в стабілізаторах постійної напруги, але джерела опорної напруги і регулюючі елементи в них повинні бути, природно, пристосовані для роботи із змінною напругою.

Рисунок 8.2 – Компенсаційний стабілізатор з ОП

Що стосується джерел опорної змінної напруги, то їх зазвичай виконують на основі інерційно-нелінійних опорів: напівпровідникових або металевих терморезисторів. Регулюючі елементи, що входять до складу стабілізаторів, можна вважати підсилювачами потужності, включеними на виході ОП. Таким чином, РЕ для змінної напруги - це підсилювачі потужності змінної напруги.

Як приклад на рис.8.3 приведена схема простого стабілізатора змінної напруги. Стабілізатор складається з резистивного моста R1, R2, R3, R0, до однієї діагоналі якого приєднується джерело вхідної змінної нестабілізованої напруги Ui, а до іншої - входи диференціального підсилювача. Резистор R0 моста є малопотужною лампою розжарювання, тобто металевий терморезистор, опір якого зростає за рахунок саморазогріву. Унаслідок теплової інерційності такого резистора його опір не змінюватиметься синхронно із зміною миттєвих значень струму, а реагуватиме тільки на відносно повільні зміни його значення, що діє. На жаль, модель лампи розжарювання в програмі EWB такими властивостями не володіє - це просто світловий індикатор.

Рисунок 8.3 – Стабілізатор змінного струму

4. Зібрати моделі стабілізаторів в EWB, проаналізувати, зробити виводи.

 

9. Самостійна робота студентів

1. Самостійна робота над дисципліною «Електроніка та мікросхемотехніка» включає:

2. Опрацювання прослуханого теоретичного матеріалу, який викладено на лекції, більш глибоке вивчення окремих тем або питань – для цього студент використовує рекомендовану літературу.

3. Підготовку до лабораторних занять – для цього студент використовує рекомендовану літературу.

4. Систематизацію вивченого матеріалу та підготовка до контрольного заходу. Для цього студент використовує рекомендовану літературу та перелік типових питань і завдань до підготовки до контрольного заходу (додаються).

Перелік питань для самостійного поглибленого опрацювання

№ з/п Тема Література (із зазначенням сторінок)
1. Составні, лавинні та однопереходні транзистори [1], с. 29-35
2. Каскади підсилювачів з трансформаторним зв’язком [1], с. 69
3. Фазоінверсний підсилювач [1], с.76
4. Каскодний підсилювач [1], с.76
5. Фазочутливий підсилювач [1], с.77-78
6. Підсилювачі потужності [1], с.78-84
7. Корекція параметрів операційних підсилювачів. Захист ланцюгів живлення. [1], с.93-99
8. Збільшення вихідної потужності операційних підсилювачів. [1], с.101
9. Вибіркові та резонансні підсилювачі. [1], с.101-102
10. Вибіркові підсилювачі з частотно-залежним зворотнім зв’язком. [1], 102-104
11. Магнітно-транзисторні генератори. [2], с.131-133
12. «Фізичні» елементи пам’яті. [5], с.308-319
13. «Схемні» запам’ятовуючі елементи. [5], с.319-322
14. Електромагнітні перешкоди і наводки. [5], с.346-352
15. Цифрові ключі на МДП транзисторах. [5], с.233-254
16. Вплив вентильних перетворювачів на ланцюги живлення. [2], с.254-275
17. Автономні вентильні перетворювачі. [2], с.296-313
18. Логічні елементи на основі МДП транзисторів. [5], с.297-301

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-05-06; Просмотров: 751; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.062 сек.