Программа работы и порядок ее выполнения

Или.

Логика срабатывания операции «И-НЕ» заключается в том, что сигнал на выходе этого ЛЭ будет в том случае, если отсутствует сигнал хотя бы на одном входе. Эта операция известна также под названием «штрих Шеффера», образует сложное высказывание из простых по следующему правилу: сложное высказывание истинно, если ложно хотя бы одно из простых высказываний, и ложно, если все простые высказывания истинны (см. таблицу 10.1).

На входы ЛЭ при любой логической операции подается вполне определенное количество входных сигналов, поэтому и в символике записи это находит отражение. Например, если на входы подаются два сигнала, то получим «2И-НЕ», если три сигнала, то «3И-НЕ», или символьно:

, соответственно и так далее.

5. Отрицание логического сложения, или операция «ИЛИ-НЕ». Графическое обозначение операции — рисунок 10.2, б. Символически операция записывается выражениями:

или

Смысл этой операции состоит в том, что на выходе этого устройства сигнал будет лишь в том случае, если нет сигналов на его входах. Если появится сигнал хотя бы на одном входе ЛЭ, реализующего операцию «ИЛИ-НЕ», то на выходе сигнала не будет. Операция «ИЛИ-НЕ» называется также «стрелкой Пирса», образует сложное высказывание из простых в соответствии со следующим правилом: сложное высказывание истинно лишь в том случае, когда ложны все образующие его простые высказывания, и ложно, если истинно хотя бы одно из простых высказываний (см. таблицу 10.1).

На входы ЛЭ при любой логической операции подается вполне определенное количество входных сигналов, поэтому и в символике записи это находит отражение. Например, если на входы подаются два сигнала, то получим: «2ИЛИ-НЕ», если три сигнала, то «3ИЛИ-НЕ», или символьно

, соответственно и так далее.

а)	б)

Рисунок 10.2 — Графические обозначения составных логических элементов (операций):
а — элемент «И-НЕ»; б — элемент «ИЛИ-НЕ»

Таблица 10.1

X 1	X 2	F
«И»	«ИЛИ»	«2И-НЕ»	«2ИЛИ-НЕ»

В зависимости от вида используемых сигналов ЛЭ подразделяют на потенциальные, в которых «0» (false) или «1» (true) задаются двумя различными уровнями постоянного напряжения. Низкий уровень напряжения соответствует «0», высокий — «1». Также ЛЭ бывают импульсными, в которых «0» означает отсутствие импульса, а «1» соответствует наличию импульса. Наибольшее распространение получили потенциальные ЛЭ.

ЛЭ выполняются чаще всего на основе интегральных микросхем (ИМС) определенной серии, например К155.

В данной лабораторной работе исследуются логические элементы
«2И-НЕ» (К155ЛАЗ) и «2ИЛИ-НЕ» ( К155ЛЕI), условные обозначения которых показаны на рисунке 10.2, а и б соответственно.

На основе этих базовых ЛЭ могут быть созданы комбинационные логические устройства, выполняющие операции любой сложности. В комбинационных устройствах сигнал на выходе F определяется комбинацией входных сигналов Х ₁, Х ₂, Х ₃, ….

Пусть требуется создать комбинационную схему с тремя входами Х ₁, Х ₂, Х ₃ и одним выходом F. Высокий уровень напряжения на выходе должен появляться только при высоких уровнях на входах Х ₁ и Х ₂, т.е. F = 1 при Х ₁ = Х ₂ = 1 и Х ₃ = 0.

Любую комбинационную схему можно составить путем подбора элементов. В данном случае, если использовать ЛЭ с двумя входами, а именно «2И-НЕ» и «2ИЛИ-НЕ», то она будет содержать не менее четырех входов. Три входа необходимы для входных величин Х ₁, Х ₂, Х ₃ и один вход можно использовать для связи между ЛЭ.

Так как схема должна реагировать на появление одинаковых высоких уровней (или импульсов) Х ₁ и Х ₂, то эти входы следует объединить ЛЭ «2И-НЕ». На его выходе получим низкий уровень при наличии Х ₁ = Х ₂ = 1.

Следовательно, второй ЛЭ должен давать на выходе высокий потенциал F = 1 только при поступлении на его входы двух низких уровней, т.е. при отсутствии сигналов на его двух входах. Поэтому таким вторым элементом схемы является ЛЭ «2ИЛИ-НЕ» (рисунок 10.3).

Рисунок 10.3 — Простейшее комбинационное устройство на основе логических элементов

При большом числе входов такой метод подбора трудоёмок. Более рационально составление уравнения логической функции и последующая ее декомпозиция и оптимизация по правилам булевой алгебры, или алгебры логики. Для данного случая представление операции выразится формулой:

.

Чтобы разобраться, какие ЛЭ здесь необходимо взять, надо его

преобразовать, используя тождество . Оно означает, что двойное «НЕ» может означать «ДА». Кроме того, здесь надо применить формулы Моргана:

и

Смысл первой формулы заключается в том, что если отсутствуют первый Х ₁ и второй Х ₂ сигналы (операция логического умножения отсутствующих сигналов), то операция переходит в логическое «2ИЛИ-НЕ», т.е. на выходе отсутствует сигнал, так как нет Х ₁ или Х ₂ (по сути дела, их нет обоих).

Смысл второй формулы состоит в том, что если нет сигнала Х ₁ или Х ₂ (операция логического сложения отсутствующих сигналов), то операция переходит в «2И-НЕ», т.е. на выходе нет сигнала, так как нет Х ₁ и нет Х ₂.

Исходя из этого, формулу рассматриваемой операции можно преобразовать следующим образом:

,

где — введенное обозначение.

Полученное выражение показывает, что, во-первых, нужен ЛЭ

«2ИЛИ-НЕ», чтобы выполнить операцию , во-вторых, нужен ЛЭ

«2И-НЕ», осуществляющий операцию в соответствии с .

Многие комбинационные устройства, встречающиеся в цифровой вычислительной технике (шифраторы, дешифраторы, сумматоры), представляют собой готовые ИМС. В данной работе используется четырехразрядный сумматор, выполненный на микросхеме К155ИМЗ, структурная схема которого показана на рисунке 10.4. Состоит он из четырех одноразрядных сумматоров SМ. Каждый одноразрядный сумматор имеет три входа: два входа А и В для ввода двух суммируемых чисел одного разряда и вход Р -перенос, на который поступает сигнал с выхода предыдущего разряда как результат сложения в нем чисел. На выходе S появляется сигнал, соответствующей сумме двух чисел двоичного кода, а на выходе Р — сигнал переноса, если в результате сложения получается двухзначное число. Например, необходимо сложить два двоичных четырехразрядных числа — А = 0101 (десятичное число 5) и В = 1001 (9). На входы сумматора поступят А ₀ = 1 и В ₀ = 1, в результате получится в двоичном коде 1 + 1 = 10 (в десятичном коде 2). Поэтому на выходе S ₀ =0, а Р = 1. На входы второго сумматора поступят А ₁ = 0, В ₁ = 0, Р = 1. На выходе получится единица в этом разряде S ₁ = 1 и Р = 0, т.е. в следующий разряд нуль переносится. На третьем сумматоре А ₂ = 1, В ₂ = 0 и Р = 0. В результате получится S ₂ = 1, Р = 0 (см. таблицу 10.2).

Рисунок 10.3 — Схема четырехбитного сумматора

Таблица 10.2

Числа	Двоичный код	Десятичный код
A	0 1 0 1
B	1 0 0 1
A+B	1 1 1 0

Сумматор с большим числом разрядов объединяет несколько простых.

1. Исследовать ЛЭ «2И-НЕ», для чего на входы Х ₁ и Х ₂ поочередно подать напряжения логической единицы и нуля от источников через переключатели SА ₁… SА ₈. Для индикации уровня выходного напряжения выход элемента F соединить с одним из индикаторов МL ₁… ML ₅. Составить и заполнить таблицу истинности (таблица10.3).

2. Исследовать ЛЭ «2ИЛИ-НЕ» аналогичным образом. Результаты также записать в таблицу 10.3.

Таблица 10.3

Х 1	Х 2

3. Собрать на стенде электрическую схему описанного в пособии комбинационного устройства (рисунок 10.3), обеспечивающего выходной сигнал F = 1 только при наличии двух входных сигналов Х ₁ = Х ₂ = 1, если третий сигнал входной Х ₃ = 0. Проверить ее работу, подав на входы Х ₁, Х ₂, Х ₃ входные сигналы, и включить на выход индикатор F. Перебрать все возможные комбинации входных сигналов и результаты свести в таблицу 10.4.

Таблица 10.4

X 1	X 2	X 3	F	X 1	X 2	X 3	F

4. Собрать на стенде электрическую схему четырехразрядного сумматора, собранного на одной микросхеме типа К155ИМ3, для чего на входы А ₀… А ₃ и В ₀… В ₃ подать сигнал от источника через ПК SA ₁… SA ₈, а вход CR подключить к “земле” (). С выходов сумматора S ₀, S ₁, S ₂, S ₃ и СRР подать сигналы на индикаторы МL₁ … МL ₅.

Каждому студенту бригады необходимо взять два четырехразрядных числа (см. таблицу 10.5) в двоичной системе (в десятичной системе это означает, что числа должны быть не больше 15) и осуществить их суммирование.

Таблица 10.5

Соответствие четырехразрядных двоичных чисел десятичным числам

Двоичный код	Десятичное число	Двоичный код	Десятичное число	Двоичный код	Десятичное число
0 0 0 0		0 1 1 0		1 0 1 1
0 0 0 1		0 1 1 1		1 1 0 0
0 0 1 0		1 0 0 0		1 1 0 1
0 0 1 1		1 0 0 1		1 1 1 0
0 1 0 0		1 0 1 0		1 1 1 1
0 1 0 1				1 0 0 0 0

Полученные результаты всей бригады записать в таблицу 10.6

Таблица 10.6

Числа	Десятичный код	Двоичный код	Числа	Десятичный код	Двоичный код
А			А
В			В
А+В			А+В

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Программа работы и порядок ее выполнения, включая схемы и формулы.

3. Результаты экспериментального исследования в виде таблиц.

4. Осцилограммы напряжения для исследуемых типов выпрямителей.

4. Сравнительная оценка полученных результатов и выводы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Касаткин, А.С. Электротехника / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. — Москва: Энергоатомиздат, 1983.— 427 с.

2. Посудевский, А.А. Электропитание радиоэлектронных средств / А.А. Посудевский. — Москва: Воениздат, 1980. — 248 с.

3. Кiтуновiч, Ф.Г. Электратэхнiка / Ф.Г. Кiтуновiч. — Мiнск: Вышэйшая школа, 1998. — 429 с.

4. Автомобиль. Основы конструкции / Н.Н. Вишняков [и др.]. — Москва: Машиностроение, 1986.

5. Электротехника / Б.А. Волынский, В.Н. Зейн, В.Е. Шатерников. — Москва: Энергоатомиздат, 1987.

6. Асинхронные машины / под ред. И.П. Копылова. — Москва: Высшая школа, 1977. 328 с.

7. Осин, И.Л. Электрические машины. Синхронные машины / И.Л. Осин, Ю.Г. Шакарян; под ред. И.П. Копылова. — Москва: Высшая школа, 1990. 304 с.

8. Хвостов, В.С. Электрические машины. Машины постоянного тока / В.С. Хвостов; под ред. И.П. Копылова. — Москва: Высшая школа, 1989. — 335 с.

9. Морозов, А.Г. Электротехника, электроника и импульсная техника / А.Г. Морозов. — Москва: Высшая школа, 1987.

10. Галкин, В.И. Промышленная электроника / В.И. Галкин. — Минск: Вышэйшая школа, 1989.

11. Лабораторные работы (практикум) по курсу «Электротехника и электроника» для студентов неэлектрических специальностей: Ч. 3. Электроника / Розум Т.Т. [и др.]. — Минск: БГПА, 1988.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Основные условные обозначения измерительных механизмов приборов

Наименование системы и преобразователя	Условное обозначение
Обычный измери-тельный механизм	Логометрический измери-тельный механизм
Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой   Магнитоэлектрический прибор с подвижным магнитом   Электромагнитный прибор   Электромагнитный поляризованный прибор   Электродинамический прибор   Ферродинамический прибор   Индукционный прибор   Электростатический прибор   Тепловой прибор (с нагреваемой проволокой)

Приложение 2

Условные обозначения особенностей работы
электроизмерительных приборов

Значение данного обозначения	Условное обозначение
Приборы предназначаются для работы в цепи только постоянного тока
Приборы предназначаются для работы в цепи постоянного и переменного токов
Приборы предназначаются для работы в цепи только однофазного переменного тока
Приборы предназначаются для работы в цепи трехфазного тока
Прибор нормально работает:
при вертикальном положении шкалы
при горизонтальном положении шкалы
при наклонном положении шкалы
Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением, например 2 кВ
Прибор испытанию изоляции не подлежит
Защита от внешних магнитных полей
Защита от внешних электрических полей
Внимание! См. дополнительные указания в паспорте и инструкциям по эксплуатации
Осторожно! Прочность изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу не соответствует нормам (знак выполнен красным)

Приложение 3

Буквенные обозначения и единицы основных величин в электротехнике

Величина	Обозначения	Единицы
Наименование	главные	запасные	наименование	обозначение
Время	t	—	секунда	C
Ёмкость электрическая	C	—	фарада	Ф
Заряд электрический	Q	—	кулон	Кл
Индуктивность	L	—	генри	Гн
Индуктивность взаимная	M	Lmn	генри	Гн
Индукция магнитная	B	—	тесла	Тл
Коэффициент мощности при синусоидальном напряжении и токе	сos j	—	—	—
КПД	h	—	—	—
Коэффициент трансформации	n	—	—	—
Коэффициент трансформации трансформатора напряжения	к	к U
Коэффициент трансформации трансформатора тока	к	кт
Мощность активная	P	—	ватт	Вт
Мощность реактивная	Q	Pa	вольт-ампер реактивный	ВАр
Мощность полная	S	P S	вольт-ампер	ВА
Напряжение электрическое	U	—	вольт	В
Напряженность магнитного поля	H	—	ампер на метр	А/м
Период колебаний электрической или магнитной величины	T	—	секунда	с
Постоянная магнитная	m0	—	генри на метр	Гн/м
Постоянная электрическая	e0	—	фарада на метр	Ф/м

Продолжение приложения 3

Величина	Обозначения	Единицы
Наименование	главные	запасные	наименование	обозначение
Потенциал электрический	φ	—	вольт	В
Поток магнитный	Ф	—	вебер	Вб
Потокосцепление	Y	—	вебер	Вб
Проводимость электрическая активная	G	g	сименс	См
Проводимость электрическая полная	Y	y	сименс	См
Проводимость реактивная	B	в	сименс	См
Проницаемость диэлектрическая абсолютная	e a	e	фарада на метр	Ф/м
Проницаемость диэлектрическая относительная	e r	—
Проницаемость магнитная абсолютная	m а	m	генри на метр	Гн/м
Проницаемость магнитная относительная	m r	—	—	—
Плотность тока	J	—	ампер на квадратный метр	А/м^2
Разность электрических потенциалов	U	—	вольт	В
Сдвиг фаз между напряжением и током	j	—	градус	°
Сила электродвижущая (ЭДС)	E	—	вольт	В
Скольжение	s	—	—	—

Окончание приложения 3

Величина	Обозначения	Единицы
Наименование	главные	запасные	наименование	обозначение
Сопротивление электрическое постоянному току	R	r	ом	Ом
Сопротивление электрическое активное	R	r	ом	Ом
Сопротивление электрическое полное	Z	—	ом	Ом
Сопротивление электрическое реактивное	X	x	ом	Ом
Ток	I	—	ампер	А

Приложение 4

Обозначения условные графические и буквенные в электрических схемах

Наименование	Графическое обозначение	Буквенное обозначение
Постоянный ток	—
Полярность постоянного тока положительная	+
Полярность постоянного тока отрицательная	—
Переменный ток	~
Переменный ток частотой 50 Гц	~50 Гц
Трехфазный ток частотой 50 Гц, напряжением 220 В	3 N ~50Гц 220В
Трехфазный ток, четырехпроводная линия (три провода, нейтраль) частотой 50 Гц, напряжением 220/380 В	3 N ~50Гц 220/380 В
Резистор постоянный		R
Резистор постоянный с дополнительными отводами		R
Шунт измерительный		R
Резистор переменный		R
Терморезистор		RK
Варистор		RU
Потенциометр		R
Конденсатор постоянной ёмкости		C
Конденсатор постоянной ёмкости электролитический		C
Конденсатор переменной ёмкости		C

Продолжение приложения 4

Наименование	Графическое обозначение	Буквенное обозначение
Вариконд		C
Катушка индуктивности		L
Дроссель с ферромагнитным магнитопроводом		L
Трансформатор однофазный двухобмоточный с ферромагнитным сердечником		TV
Автотрансформатор с ферромагнитным сердечником		TV
Измерительный трансформатор тока		TA
Трансформатор трехфазный с ферромагнитным магнитопроводом двухобмоточный с соединением обмоток «звезда»–«звезда» с выведенной нейтральной точкой		TV
Генератор постоянного тока со смешанным возбуждением		G
Синхронный генератор трехфазный с обмотками, соединенными в звезду, с невыведенной нейтралью		G
Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением		M
Асинхронный двигатель трехфазный, соединенный в треугольник, с короткозамкнутым ротором		M
Амперметр		PA
Вольтметр		PV

Окончание приложения 4

Наименование	Графическое обозначение	Буквенное обозначение
Ваттметр		PW
Счетчик активной энергии		PI
Частотомер		PF
Фазометр
Омметр		PR
Гальванометр
Осциллограф
Контакт замыкающий коммутационного устройства		QS
Контакт размыкающий коммутационного устройства		QS
Контакт переключающий с нейтральным центральным положением		SA
Разъединитель трехполюсный		QS
Контакт выключателя замыкающий трехполюсный с автоматическим срабатыванием максимального тока		QF
Переключатель однополюсный шестипозиционный		SA
Предохранитель плавкий		FU

Приложение 5

Основные формулы и уравнения электротехники

Мощность	p = ui
Энергия	W =
Энергия магнитного поля катушки	W маг =
Энергия электрического поля конденсатора	W эл =

Связи электрических величин (причины и следствия)

Закон Ома	i =
Закон Джоуля–Ленца
Закон электромагнитной индукции	e =
Закон Ампера
Закон полного тока

Соотношения между током и напряжением на элементах электрической цепи

Элемент цепи	Вид тока
Переменный ток, мгновенное значение	Синусоидальный ток, комплексное значение	Синусоидальный ток, действующее значение	Постоянный ток
R	u = iR i =	= R =	U = IR I =	U = IR I =
L	uL= L i=	= j w L =	U = w LI I =	Индуктивность не оказывает сопротивления постоянному току
C	uC = i = С	= = j ω C	U = I = w CU	Ёмкость представляет собой разрыв цепи для постоянного тока
Закон Ома в комплексной форме для цепи синусоидального тока: = ; = .

Учебное издание

Редактор Н.Ф. Крицкая

Компьютерная верстка Н.Ф. Крицкая

Дата добавления: 2015-05-06