Электроника и микропроцессорная техника: Методичка

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
САМАРСКИЙ ТЕХНИКУМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА им. А.А. БУЯНОВА
СТРУКТУРНОЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
(СамТЖТ – структурное подразделение СамГУПС)
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ
КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ
ОБУЧЕНИЯ
ДИСЦИПЛИНА: ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА
специальность: 220204 Автоматика и телемеханика на транспорте
(на железнодорожном транспорте)
Преподаватель
Гизатуллина Ю.А.
2011
Рабочая программа составлена в соответствии с Федеральным Государственным
образовательным стандартом среднего профессионального образования по
специальности
220204 Автоматика и телемеханика на транспорте (на железнодорожном транспорте)
Рабочая программа согласована:
Заместитель директора по учебной работе ______________Е.В.Кожуханова
Председатель предметной (цикловой) комиссии
специальности 220204
______________О.В. Ромкина
Рабочая программа одобрена предметной (цикловой) комиссией общепрофессиональных
дисциплин
протокол № 1от 31 августа 2013 года
Председатель предметной (цикловой) комиссии
общепрофессиональных дисциплин
Разработал: преподаватель Гизатуллина Ю.А.
_____________В.А.Шитик
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Дисциплина
«Электроника
и
микропроцессорная
техника»
предназначена для изучения активных полупроводниковых приборов и
основных типов схем электронных блоков систем и аппаратуры
сигнализации, централизации, блокировки (СЦБ). Одной из форм
закрепления знаний, полученных студентами заочного отделения, является
выполнение контрольной работы.
С каждым годом повышается роль электронной и микропроцессорной
техники в эксплуатации и ремонте подвижного состава, поскольку
современная электронная и микропроцессорная техника базируется на
изделиях микроэлектроники.
Охватывая широкий круг научно – технических и производственных
проблем, электроника опирается на достижения в различных областях
знания. При этом, с одной стороны, электроника ставит перед другими
науками и производством новые задачи, стимулируя их дальнейшее
развитие, а с другой – снабжает их качественно новыми техническими
средствами и методами исследований.
Результаты изучения электронных процессов и явлений, а также
исследования и разработка методов создания электронных приборов и
устройств, получают свое воплощение в многообразных средствах
электронной техники, развитие которой происходит по двум тесно
переплетающимся направлениям. Первое из них связано с созданием
электронных приборов различного назначения, второе – с созданием на их
основе задач в области вычислительной техники, информатики, связи, аудио
– видеотехники, телемеханики и многих других областях практической
деятельности человека.
Методические указания по выполнению контрольной работы помогут
студентам приобрести и закрепить практические навыки по темам
дисциплины «Электроника и микропроцессорная техника».
Перед началом выполнения контрольной работы необходимо изучить и
проанализировать теоретический материал по темам, согласно учебному
плану дисциплины.
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Введение
Общие сведения о полупроводниковых приборах и интегральных
микросхемах. Использование полупроводниковых и микроэлектронных
устройств в хозяйстве подвижного состава железных дорог. Задачи
дисциплины. Связь данной дисциплины с другими спецкурсами.
Студент должен иметь представление:
- о задачах и значении дисциплины в подготовке специалиста данной
специальности.
Тема 1. Физические основы электроники.
Физические свойства полупроводников. Электронно-дырочный переход
и его свойства.
Студент должен иметь представление:
1. Физические свойства полупроводников.
2. Распределение электронов в полупроводниках по энергетическим
уровням.
3. Виды проводимостей.
4. Электронно-дырочный переход и его свойства.
5. Прямое включение p-n-перехода.
6. Обратное включение p-n-перехода.
Тема 2. Полупроводниковые приборы.
Физические основы работы полупроводниковых приборов: диодов,
биполярных транзисторов, полевых транзисторов, тиристоров,
фотоприборов, нелинейных полупроводниковых приборов, устройств
отображения информации.
Студент должен знать:
1. Электронно-дырочный переход и его свойства.
2. Полупроводниковые диоды.
3. Устройство, назначение и классификация диодов.
4. Вольтамперная характеристика диода.
5. Силовые диоды. Маркировка диодов.
6. Биполярные транзисторы.
7.
8.
9.
10.
11.
Полевые транзисторы.
Схемы включения, параметры и характеристики транзисторов.
Тиристоры.
Нелинейные полупроводниковые приборы.
Устройства отображения информации.
Студент должен уметь:
- снимать характеристики полупроводниковых приборов и определять их
параметры.
Тема 3. Электронные выпрямители.
Назначение и элементы выпрямителей, классификация схем. Основные
параметры выпрямителей.
Выпрямители однофазного и трехфазного тока: схемы, принцип действия.
Расчет основных параметров выпрямителя.
Сглаживающие фильтры: назначение, схемы, коэффициент сглаживания.
Студент должен знать:
- назначение, принцип работы выпрямителей;
- назначение сглаживающих фильтров.
Студент должен уметь:
- исследовать формы напряжения и тока с помощью осциллографа;
- рассчитывать основные параметры выпрямителей.
Тема 4. Преобразователи и инверторы.
Назначение и классификация преобразователей, основные их параметры.
Принцип действия преобразователей. Назначение инверторов. Принцип
действия инверторов.
Студент должен знать:
1. Назначение и классификация преобразователей.
2. Принцип действия преобразователей.
3. Назначение инверторов.
4. Принцип действия инверторов.
Тема 5. Электронные усилители.
Усилители: классификация, основные параметры и характеристики.
Принцип усиления сигналов. Режим усиления. Обратная связь в
усилителях.
Предварительные усилительные каскады на биполярных и полевых
транзисторах.
Усилители мощности однотактные и двухтактные.
Фазочувствиетельные усилители.
Усилители постоянного тока.
Операционные усилители.
Резонансные усилители.
Студент должен знать:
- разновидности усилителей, их сходство и различие.
Тема 6. Электронные генераторы.
Генераторы синусоидальных колебаний и пилообразного напряжения на
полупроводниковых приборах: назначение, принцип работы, область
применения и схемы. Сопоставление различных типов электронных
генераторов.
Студент должен знать:
- назначение, принцип работы, область применения электронных
генераторов.
Студент должен уметь:
- исследовать работу электронных генераторов.
Тема 7. Защита электронных устройств.
Защита электронных устройств. Режимы работы
полупроводниковых приборов. Защита от перенапряжений.
и
защиты
Студент должен иметь представление:
- о защите электронных устройств, режимах работы и защиты
полупроводниковых приборов, защиты от перенапряжений.
Тема 8. Основы микроэлектроники.
Общие сведения о технологии изготовления микросхем, особенностях
изготовления полупроводниковой микросхемы и изготовление транзисторов,
диодов, резисторов, конденсаторов. Методы изоляции элементов.
Общие сведения о гибридных интегральных микросхемах.
Студент должен иметь представление:
- о технологии изготовления пленочных,
полупроводниковых ИС.
Студент должен знать:
- классификацию интегральных микросхем.
гибридных
и
Тема 9. Импульсная техника
Электрические импульсы и их параметры.
Формирователи импульсов.
Импульсные усилители. Ключи на биполярных и полевых транзисторах.
Триггеры: назначение, виды, условное обозначение.
Триггеры на транзисторах: схемы, принцип действия, параметры,
способы запуска.
Генераторы прямоугольных импульсов (мультивибраторы) на
транзисторах: схемы, принцип действия, параметры.
Одновибратор: назначение, схема, работа схемы.
Блокинг – генератор: назначение, схемы, работа в автоколебательном и
ждущем режимах.
Формирователи задержанных импульсов.
Студент должен знать:
- назначение, принцип работы формирователей импульсов, импульсных
усилителей, триггеров, мультивибраторов;
-условные графические изображения элементов импульсной техники.
Тема 10. Логические элементы.
Основные виды схемных элементов и логических операций, условно
графическое обозначение логических элементов. Логические операции И,
ИЛИ, НЕ. Таблицы истинности. Запоминающие элементы. Базовые элементы
логических интегральных схем И-НЕ, ИЛИ-НЕ: диодно – транзисторные
(ДТЛ), транзисторно – транзисторные элементы (ТТЛ), элементы на МДП –
транзисторах (металл – диэлектрик - проводник).
Запоминающие устройства.
Триггеры на основе логических элементов: ИЛИ – НЕ, И – НЕ:
асинхронные RS и синхронные RSC – триггеры, Т – триггер, Д – триггер, JK
– триггер.
Мультивибраторы на основе логических интегральных микросхем
(ИМС).
Микропроцессор, его основные узлы.
Студент должен знать:
- виды логических операций;
- принцип выполнения схем логических элементов, символическую
запись.
Тема 11. Элементы устройства автоматики и вычислительной техники.
Электромеханические датчики: реостатные, угольные, индуктивные,
емкостные,
термосопротивления.
Датчики
давления:
сильфонные,
магнитоупругие, пьезоэлектрические. Сельнины.
Примеры применения датчиков на подвижном составе.
Двоичная системы счисления. Операции над двоичными числами.
Блок-схема электронно-вычислительной машины.
Студент должен знать:
- основные разновидности электромеханических датчиков;
- основные операции над двоичными числами;
- блок-схему электронно-вычислительной машины.
ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ
Задание на контрольную работу составлено в 50 вариантах. Номер
варианта определяется последними цифрами шифра студента по табл. 1.
Таблица 1
Таблица вариантов контрольной работы
Две последние
цифры шифра
01
51
02
52
03
53
04
54
05
55
06
56
07
57
08
58
09
59
10
60
11
61
12
62
13
63
14
64
15
65
16
66
17
67
18
68
19
69
20
70
21
71
22
72
23
73
24
74
25
75
Номер
варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Номер вопросов и
задач
1, 11,21,31,41
2,12,22,32,42
3,13,23,33,43
4,14,24,34,44
5,15,25,35,45
6,16,26,36,46
7,17,27,37,47
8,18,28,38,48
9,19,29,39,49
10,20,30,40,50
1,12,23,34,45
2,13,24,35,46
3,14,25,36,47
4,15,26,37,48
5,16,27,38,49
6,17,28,39,50
7,18,29,40,41
8,19,30,31,42
9,20,21,32,43
10,11,22,33,44
1,13,25,37,49
2,14,26,38,50
3,15,27,39,41
4,16,28,40,42
5,17,29,31,41
Две последние
цифры шифра
26
76
27
77
28
78
29
79
30
80
31
81
32
82
33
83
34
84
35
85
36
86
37
87
38
88
39
89
40
90
41
91
42
92
43
93
44
94
45
95
46
96
47
97
48
98
49
99
50
00
Номер
варианта
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
Номер вопросов и
задач
6,18,30,32,44
7,19,21,33,45
8,20,22,34,46
9,11,23,35,47
10,12,24,36,48
1,14,27,40,43
2,15,28,31,44
3,16,29,32,45
4,17,30,33,46
5,18,21,34,47
6,19,22,35,48
7,20,23,36,49
8,11,24,37,50
9,12,25,38,41
10,13,26,39,42
1,15,29,33,47
2,16,30,34,48
3,17,21,35,49
4,18,22,36,50
5,19,23,37,41
6,20,24,38,42
7,11,25,39,43
8,12,26,40,44
9,13,27,31,45
10,14,28,34,46
Задачи №№1-10
Пользуясь вольтамперной характеристикой полупроводникового диода
(рис.1 или рис.2), определите сопротивление постоянному току при прямом
UПР и обратном UОБР напряжениях для двух значений температуры Тl и Т2.
Поясните влияние температуры на параметры диода. Поясните систему
обозначений полупроводниковых диодов.
Расшифруйте обозначение диода, указанного в табл. 2. Начертите
структуру устройства сплавного плоскостного диода..
Числовые значение исходных данных приведены в табл.2.
Наименование
исходных данных
Номер рисvнка
Uпр,В
Uобр, В
T1,° С
Т2, °С
Тип диода
Рис.1
Рис.2.
Номера задач
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
0,7 0,55 0,85 0,45 0,75 0,6 0,8 0,5 0,75 0,4
25 250 75 150 50 300 80 100 60 200
+70 +25 25 +25 70 +25 25 +80 25 25
+125 -60 70 +80 125 -60 70 +25 70 80
КЛ103А 2Д220Е КЛ299Д КД109Б КД202А
Задачи №№11-20
Рассчитайте необходимое количество последовательно соединенных
диодов, если максимально допустимое постоянное обратное напряжение
диода составляет Uобр.max, максимальное значение обратного напряжения
в схеме выпрямления на ветви с последовательно включенными диодами
U΄обр. max.
Определите величину обратного напряжения на каждом диоде, если
сопротивления диодов равны RОБР1, RОБР2, RОБР3. Сделайте выводы по
результатам расчетов. Поясните причину неравномерного распределения и
способы выравнивания обратного напряжения на диодах.
Рассчитайте необходимое количество параллельно соединенных диодов,
если максимально допустимый прямой ток одного диода составляет lпр.max,
а ток нагрузки IH. Сделайте выводы по результатам расчетов. Поясните
причину неравномерного распределения и способы выравнивания токов
параллельно включенных диодов. Числовые значения исходных величин
приведены в табл.3.
Таблица 3
Параметры
Uобр,mах, В
U΄обр,mах, В
Rобр1, МОм
Rобр2, МОм
Rобр1, МОм
Iпр.mах, мА
IН, мА
11
100
280
20
23
17
30
80
12
150
430
150
130
140
50
125
13
500
1400
0,7
0,75
0,8
5000
8000
Номера задач
14
15
16
17 18 19 20
120 50 420 300 200 400 30
330 140 1200 850 550 1200 85
0,05 0,5 0,4
6
4
8 6
0,045 0,6 0,37 5,5 4,5 7,5 5
0,052 0,45 0,43 6,3 3,8 7 6,5
3*103 300 10*103 4000 100 300 20
8*103 1000 32*103 1000 250 750 75
Задачи №№21-30
Даны семейства входных и выходных характеристик транзистора,
включенного по схеме с ОЭ(рис.3 или рис.4).
1 . В семействе выходных характеристик постройте рабочую
характеристику по заданному напряжению источника питания коллекторной
цепи ЕК и сопротивлению нагрузки RH.
2. На выходной рабочей характеристике отметьте рабочую точку по
заданной величине входного тока Iσо. Определите режим покоя: ток покоя
IKО, напряжение покоя UКЭО, мощность, рассеиваемую на коллекторе РКО,
Расчетную величину мощности РКО сравните с допустимой на коллекторе
РКMAX.
3. В семействе выходных характеристик постройте график изменения
входного сигнала, заданного амплитудой Iσm, и графики изменения тока и
напряжения в цепи коллектора. Определите амплитудное значение тока Iкm
и напряжения Uкэm В коллекторной цепи.
4. В семействе входных характеристик постройте график изменения
входного тока. Пользуясь статической входной характеристикой при Uкэ≠О,
постройте график изменения входного напряжения. Определите амплитуду
напряжения Uбэm В цепи базы.
5. Определите коэффициенты усиления по току КТ, напряжению КН и
мощности КМ, входное сопротивление RВХ и выходное сопротивление
транзистора RВЫХ.
6. Начертите схему включения транзистора с ОЭ в усилительный каскад.
Числовые значения исходных величин приведены в табл.4.
Таблица 4.
Параметры
Номер
рисvнка
Ек, В
RH, кОм
Iσо, мА
Iσm, мА
Р кmах, мВт
Рис.3.
Рис.4
21
4
22
3
23
4
24
3
30
16 25 18
1,5
1 1,6 1,1
0,6 0,25 0,3 0,3
0,3 0,1 0,3 0,15
150 150 150 150
Номера задач
25
26
4
3
27
1,2
0,6
0,6
150
14
0,9
0,2
0,1
150
27
4
28
3
29
4
30
3
20
1
0,9
0,3
150
15
0,9
0,30
0,15
150
32 20
2,0 1,3
0,6 0,2
0,3 0,15
150 150
Задачи №№ 31-40
1. Начертите схему выпрямителя (нулевую или мостовую в зависимости от
варианта).
2. По заданным значениям выпрямленного напряжения Ud и тока Id
определите:
- среднее значение за период тока вентиля Ia;
- действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора I2;
- действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора U2;
- максимальное обратное напряжение на вентиле Uобрmaх;
- мощность вторичной (вентильной обмотки) трансформатора S2;
- расчетную мощность трансформатора Sтр.
3.Начертите диаграммы напряжений вторичной обмотки трансформатора,
выпрямленного напряжения и тока. На диаграмме укажите величину
максимального обратного напряжения на вентиле.
4. Рассчитайте частоту пульсации выпрямленного напряжения.
5. Кратко поясните принцип работы выпрямителя.
6. Покажите цепь тока на схеме выпрямителя и укажите работающие вентили
для момента времени, соответствующего заданному значению ωt. На
диаграмме напряжений время t следует отсчитывать от начала координат.
7.Укажите величину коэффициента пульсации.
8. Числовые значения исходных величин приведены в табл.5.
Таблица5.
Номера задач
Схема выпрямления
Ud,B
Id, А
ωt
31
32
Однофазная мостовая
50
2
1/3 π
Однофазная мостовая
110
1
π/2
33
34
Однофазная мостовая
40
0,5
3/2 π
Трехфазная нулевая
100
3
2/3 π
35
Трехфазная нулевая
200
6
4/3 π
36
Трехфазная нулевая
300
10
2π
37
Трехфазная мостовая
50
15
π
38
Трехфазная мостовая
240
50
5/3 π
39
Трехфазная мостовая
1500
2000
2π
40
Трехфазная мостовая
500
24
2/3 π
Вопросы №№ 41-50
41. Поясните физические процессы в электронно-дырочном (n-р)
переходе при отсутствии внешнего напряжения и при подключении
источника внешнего напряжения в прямом и обратном направлениях.
Укажите значение прямых и обратных напряжений выпрямительных диодов.
Поясните наличие емкости n-р перехода.
42. Поясните назначение и устройство кремниевого стабилитрона.
Используя вольтамперную характеристику стабилитрона, поясните его
принцип действия. Начертите схему включения стабилитрона, поясните
назначение элементов и работу схемы. Укажите параметры стабилитрона.
43. Поясните устройство и принцип действия биполярного транзистора.
Поясните классификацию транзисторов.
44. Начертите схемы включения транзистора типа n-р-n с ОБ, ОЭ, ОК.
Покажите на схемах направление токов в цепях транзистора. Поясните
особенности каждой схемы, ее достоинства и недостатки.
45. Поясните систему h-параметров транзистора. Опишите графический
способ определения h-параметров.
46. Поясните принцип действия полевого транзистора с управляющим
n-p переходом. Поясните физические процессы, происходящие в полевом
транзисторе. Начертите схему включения с общим истоком, выходные
характеристики.
47. Поясните устройство МДП-транзистора с собственным каналом
n-типа. Начертите схему включения с общим истоком. Поясните принцип
действия.
Начертите
характеристики
управления
и
выходные
характеристики.
48. Поясните устройство триодного тиристора (тринистора). Поясните
физические процессы в триодном тиристоре. Начертите его структуру,
вольтамперные характеристики, схему включения. Укажите область
применения.
49. Поясните устройство, принцип действия фотодиода и светодиода.
Начертите схемы включения фотодиода и светодиода. Укажите область
применения.
50. Поясните назначение сглаживающих фильтров. Начертите схемы С,
LC, RC фильтров. Поясните роль каждого элемента фильтра. Укажите
достоинства и недостатки каждой схемы фильтра. Дайте определение
коэффициента сглаживания. Определите индуктивность дросселя для
Г-образного однозвенного LC фильтра двухполупериодного выпрямителя,
если коэффициент сглаживания Кc=45, емкость фильтра 100 мкФ, частота
переменного напряжения сети fc=50 Гц.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению вопросов и задач контрольной работы
Каждая работа выполняется в отдельной тетради по своему варианту.
Текст пишется шрифтом 3 или 4, грамотно, разборчиво, расстояние
между строчками 10 мм. Переписывается условие вопроса, задачи, исходные
данные.
Кратко поясняется порядок вычислений. При вычислениях необходимо
предварительно записать формулы в буквенном виде, пояснить значение
букв и только после этого подставлять в них цифровые значения; следует
обращать внимание на единицы измерения электрических величин.
Ответ на вопрос не должен дословно повторять учебник. Схемы
вычерчиваются с помощью чертежных инструментов с соблюдением
ГОСТов на условные графические и буквенные обозначения элементов
схемы.
Прежде чем приступать к выполнению задач №№ 1-10 следует изучить
устройство, принцип действия выпрямительных диодов, их характеристики и
параметры. Из характеристик видно, что значение прямо го и обратного
токов отличаются на несколько порядков, а прямое падение напряжения не
превышает единиц вольт; обратное напряжение составляет десятки, сотни
вольт и более. Поэтому диоды обладают односторонней проводимостью и
используются В качестве выпрямительных элементов. О свойстве
односторонней пpoводимости свидетельствуют различные величины прямого
и обратного сопротивлений. Пользуясь вольтамперной характеристикой,
можно определить сопротивление постоянному току (задачи №№ 1-10).
Пример 1.
Задана вольтамперная характеристика полупроводникового диода
(рис.5). Определить сопротивление постоянному току при прямом
напряжении Uпр=0,6В и обратном напряжении Uобр=15В при двух значениях
температуры Т1=298°К и Т2=333°К.
Рис.5
Решение.
На вольтамперной характеристике, соответствующей температуре
T1=298°K отмечаются рабочие точки при прямом напряжении Uпр=0,6В
(точка А), при обратном напряжении Uобр= 15В (точка В). По характеристике
определяется величина прямого тока в точке А Iпр=3,1мА и обратного тока в
точке В Iобр=50мкА. Сопротивление постоянному току определяется по
закону Ома:
Rпро =
0,6
 194 Ом;
3,1*10 3
Rобро =
15
 0,3 *10 6 Ом = 300 кОм;
50 *10 6
Аналогично определяется сопротивление диода при другом значении
температуры.
При расчетах сопротивлений необходимо обращать внимание на
единицы измерения токов и напряжений.
Вольтамперные характеристики, снятые при различной температуре
(рис.5), наглядно показывают, что свойства полупроводниковых диодов
сильно зависят от температуры. При повышении температуры прямой и
обратный токи растут. Очень сильно увеличивается обратный ток. Следует
разобраться и объяснить, почему это происходит.
Кроме того, при повышении температуры снижается напряжение, при
котором начинается электрический пробой, несколько возрастает барьерная
емкость диода.
В полупроводниковых преобразовательных агрегатах, установленных
на тяговых подстанциях постоянного тока, в качестве выпрямительных
элементов применены лавинные диоды, которые более устойчиво работают
в условиях коммутационных перенапряжений. Система условных
бозначений
силовых
диодов
отличается
от
принятой
для
полупроводниковых диодов.
В соответствии с ГОСТ 20859-79 в обозначении типа приборов:
Первый элемент - буква, обозначающая подкласс (вид) прибора:
Д - выпрямительный диод;
Л - лавинный диод.
Второй элемент обозначения - буква, определяющая функциональное
назначение (свойство) приборов:
Ч - высокочастотный диод; для низкочастотных приборов
дополнительное буквенное обозначение не применяется;
И - импульсный диод.
Третий элемент обозначения - цифра от 1 до 9, определяющая порядковый
номер модификации прибора.
Четвертый элемент обозначения - цифра, указывающая основной
размер корпуса в зависимости от конструктивного исполнения. Например,
цифра 4 - для таблеточных диодов означает диаметр корпуса 58 мм.
Пятый элемент обозначения - цифра от 1 до 5 - конструктивное
исполнение корпуса:
1 - штыревое с гибким выводов;
2 - штыревое с жестким выводом;
3 - таблеточное;
4 - под запрессовку;
5 - фланцевое.
Шестой элемент обозначения - цифры, указывающие значение
максимально допустимого среднего или импульсного тока в амперах. Перед
обозначением тока ставится дефис.
Для обозначения приборов с обратной проводимостью (катодом
является основание) после шестого элемента вводится буква Х.
Дополнительным обозначением для диодов является класс по
напряжению - число, соответствующее сотням вольт обратного допустимого
напряжения.
Пример условного обозначения ДЛ-133-500-14 - диод лавинный первой
модификации, размер диаметра корпуса 52 мм, таблеточной конструкции,
максимально допустимый средний ток 500 А, повторяющееся обратное
напряжение 1400 В.
В мощных полупроводниковых выпрямителях, установленных на
тяговых подстанциях постоянного тока, диоды соединены последовательно и
параллельно.
При выпрямлении более высоких напряжений диоды соединяются
последовательно для того, чтобы обратное напряжение на каждом диоде не
превышало допустимого значения, указанного в справочнике.
Вследствие разброса обратных сопротивлений диодо одного и того же
типа на отдельных диодах обратное напряжение может оказаться выше
допустимого, что повлечет за собой пробой диодов.
Количество последовательно соединенных диодов зависит от величины
максимального обратного напряжения, поступающего на диоды от
трансформатора выпрямителя, и от величины допустимого обратного
напряжения диода.
При выполнении задач №№ 11-20 следует воспользоваться примером 2.
Пример 2.
I
Амплитуда обратного напряжения в схеме выпрямителя составляет
U΄обр.mах = 800 В. Применяются диоды с Uобр.max=300 В. Расчет количества
последовательно соединенных диодов:
U´обр.max
S=

U обр. max
800
 2,66.
300
Принимается 3 диода.
Если обратные сопротивления диодов соответственно равны
Roбрl=2 МОм, Rобр2= Rобр3= 1 МОм, то обратные напряжения распределяются
прямо пропорционально обратным сопротивлениям, поэтому получится:
Uобр.mах1 =
 . max * Rобр1
U обр
Rобр1  Rобр2  Rобр3
Uобр2 = Uобр3 =
 . max * R 2
U обр
R
обр


800 * 2
 400 В ,
2 11
800 *1
 200 В ,
4
На первом диоде обратное напряжение оказалось выше допустимого и он
может быть пробит. Далее произойдет последовательный пробой всех
диодов.
Для
равномерного
распределения
обратного
напряжения
последовательно соединенные диоды шунтируют резисторами Rш,
сопротивления которых должны быть одинаковы и значительно меньше
наименьшего из обратных сопротивлений диодов (рис.6а), но вместе с тем
сопротивление Rш не должно быть слишком малым, чтобы чрезмерно не
возрос ток при обратном напряжении и не ухудшилось выпрямление.
Параллельное соединение диодов (рис.6б) применяют когда необходимо
получить прямой ток больше допустимого тока одного диода. Число диодов
определяется из выражения:
α=
Iн
I пр. max
.
Вследствие неодинаковости вольтамперных характеристик однотипных
диодов, они окажутся различно нагруженными, и в некоторых диодах ток
окажется больше допустимого прямого тока. Для равномерного
распределения тока между диодами, последовательно с ними включают
резисторы R0, сопротивление которых составляет десятые доли Ом или
единицы Ом.
Рис.6.
В задачах №№ 21 - 30 рассматривается графоаналитический расчет
рабочего режима транзисторов.
Рабочим режимом транзисторов является режим с нагрузкой RH в
выходной цепи. Во входную цепь включается источник постоянного
напряжения смещения, определяющий положение рабочей точки, и источник
переменного напряжения усиливаемого сигнала.
Работа транзистора в рабочем режиме может быть проанализирована с
помощью рабочих характеристик.
Рассмотрим пример графоаналитического расчета рабочего режима
транзистора.
Пример 3.
Для расчета рабочего режима задаются статические входные и выходные
характеристики транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером
(рис.7, 8). Напряжение источника питания коллекторной (выходной) цепи
EK=12 В, сопротивление нагрузки RH=0,4 кОм.
Рабочая точка задается током покоя во входной цепи Iσ0=800 мкА. При
включении источника переменного сигнала во входную цепь ток входной
цепи (базы) изменяется с амплитудой Iσm=400 мкА. Допустимая мощность,
рассеиваемая на коллекторе,
P΄кmax=150 мВт.
Рис.7
Рис.8
Решение.
Анализ начи77нают с построения рабочей выходной характеристики,
называемой линией нагрузки, используя которую, далее рассчитывают
коэффициенты усиления.
1. Построение рабочей выходной характеристики.
Рабочая выходная характеристика описывается уравнением:
IК =
ЕК U КЭ

,
RН RН
(1)
которое геометрически изображается прямой линией. Для построения
линии нагрузки находят точки пересечения ее с осями координат:
- для точки А на оси абсцисс ток коллектора IК=0; из уравнения (1)
следует найти соответствующее ему напряжение коллектора UКЭ=ЕК=12 В.
- для точки В на оси ординат напряжение коллектора UКЭ=0; из
уравнения (1) следует найти соответствующее значение тока коллектора:
IК =
ЕК U КЭ
12

 30 мА.
=
RН RН
0,4
Отмечаются точки А и В в семействе выходных характеристик (рис.8).
Соединив отмеченные точки, получают линию нагрузки, т.е. рабочую
выходную характеристику.
2. Обозначается рабочая точка О, положение которой задается током
покоя 1σ0=800 мкА.
Это есть точка пересечения линии нагрузки со статической выходной
характеристикой, снятой при токе базы 1σ=800 мкА.
Мощность, выделяющаяся на коллекторе в рабочей точке, определяется
по формуле:
РКО=IКО* UКЭО ,
где IКО=14,9 мА, UКЭО=6,1 В - координаты точки О;
РКО=14,9 * 6,1 (мА*В)=91мВт<Ркmax=150 мВт, т.е. меньше допустимой
мощности, рассеиваемой на коллекторе. Следовательно, выбранная точка
может быть рабочей.
3. Построение графика входного сигнала, заданного
амплитудой тока Iσm=400 мкА.
В семействе выходных характеристик (рис.8) из точки О
восстанавливается перпендикуляр к линии нагрузки, который принимается за
ось времени t. На этой оси строится график изменения входного сигнала.
Следует иметь в виду, что при подаче переменного сигнала с амплитудой Iσm
ток базы будет изменяться в пределах Iσm ± Iσm. При положительной
полуволне сигнала - ток базы увеличивается до
Iб1 = Iб0 + Iбm = 800 + 400 = 1200 мкА (точка 1);
при отрицательной полуволне сигнала - ток уменьшается до
Iб2 = Iб0 - Iбm = 800 - 400 = 400 мкА (точка 2).
Следовательно, участок линии нагрузки между точками 1 и 2 будет
рабочим. Из точек 1, 2 опускаются перпендикуляры на оси координат и
строятся графики изменения тока и напряжения коллекторной цепи.
4. Определение амплитуды изменения тока коллектора.
IКM =
I к1  I к 2 19  8

 5,5 мА,
2
2
где IКl, IК2 - значение тока коллектора в точках 1 и 2.
5. Определение амплитуды напряжения коллектора.
UКЭm =
U КЭ 2  U КЭ1 8,6  4,4

 2,1 мВ,
2
2
где UКЭ1, UКЭ2 - значение напряжения коллектора в точках 1 и 2.
6. Для определения изменения входного напряжения следует
воспользоваться статической характеристикой
при UКЭ≠0.
В данном примере построения будут выполняться на статической
входной характеристике при UКЭ =5 В (рйс.7). Отмечается положение
рабочей точки при Iоб=800 мкА (точка О', рис.7). Находим напряжение
смещения во входной цепи, опустив из точки О' перпендикуляр на ось
абсцисс Uбэо=О,285 В. Строится график изменения входного тока.
При положительной амплитуде сигнала ток базы
увеличивается до
Iб1 = 800 + 400 = 1200 мкА (точка 1').
При отрицательной полуволне сигнала ток уменьшается до
Iб2 = 800 - 400 = 400 мкА (точка 2').
Из точек 1΄ и 2΄ опускаются перпендикуляры на ось абсцисс и строится
график изменения входного напряжения.
7. Определение амплитуды изменения напряжения базы.
Uбэm =
Uбб1  Uбб2
 0,32-0,24 = 0,04В,
2
где Uбэ1΄, Uбэ2΄ - значение напряжения базы в точках 1΄ и 2΄.
8. Определение коэффициента усиления по напряжению:
Кн =
Uккэ
2,1

 52,5;
Uббэ 0,04
по току:
Кт =
Iкк
5,5

=13,75;
Iбб
400 *100 3
по мощности:
Км = Кн*Кт = 52,5*13,75 = 722.
9. Входное сопротивление:
Rвх =
Uббэ
0,04
= 100 Ом.

Iбб
400 *10 6
10. Выходное сопротивление:
Rвых =
Uккэ
2,1

 318 Ом.
Iкк
5,5 *10 3
При расчетах коэффициентов усиления Кн, Кт, входного и выходного
сопротивлений следует обращать внимание на единицы измерений токов и
напряжений.
Для выполнения расчетов основных параметров выпрямителей,
работающих на активную нагрузку (задачи №№31-40), можно
воспользоваться табл.6.
Таблица 6.
Наименование
схемы
Число фаз Число
выпрями- плеч выпрямителя
теля
Параметры выпрямителей и
трансформатора
К1
К2
К3
К4
К5
Однофазная
мостовая
Трехфазная
мостовая
Трехфазная мостовая
(для вентильной
обмотки)
2
2
1,11
1,11
1,57
0,813
0,813
3
3
0,58
0,855
2,09
0,676
0,74
6
3
0,816
0,427
1,05
0,956
0,956
Трехфазная мостовая (для.вентильной обмотки )
6
3
0,47
0,74
1,05
0,958
0,958
Значение коэффициентов:
К1 =
U
P
I2
U
P
; К2 = 2 ; К3 = обр ; К4 = d ; К5 = d ;
S тр
Ud
Id
Ud
S2
где Рd - мощность на выходе выпрямителя
Pd = Id * Ud
Sтp - расчетная мощность трансформатора.
Если мощности первичной S1, и вторичной S2 обмоток не равны, то
расчетная (типовая) мощность трансформатора
Sтр =
S1  S 2
.
2
K5 - коэффициент использования трансформатора.
Из диаграммы выпрямленного напряжения (тока) видно, что оно
является пульсирующим и состоит из постоянной и переменной
составляющих. Переменная составляющая является "вредной" частью
выпрямленного напряжения. Для ее уменьшения в нагрузке применяются
сглаживающие фильтры. Для расчета
Г-образного LC фильтра для
однофазного двухполупериодного выпрямителя можно воспользоваться
формулой:
LC =
10 6* ( К с  1)
,
m 2 * w2
где m - число фаз выпрямителя (берется по числу выпрямленных
полупериодов тока);
ω = 2*π*f - угловая частота первой гармоники выпрямленного тока;
f - частота первой гармоники выпрямленного тока, для
двухполупериодного выпрямителя f = 2*fc ;
fc - частота сети;
С - емкость фильтра (мкФ);
L - индуктивность дросселя (Гн).
ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ №2.
Выбор варианта осуществляется по табл. 1.
Задачи №№1 – 10
1. Начертите схему резистивного каскада усиления на биполярном
транзисторе n-p-n с делителем R1, R2 во входной цепи с эмиттерной
стабилизацией режима. Поясните назначение элементов схемы.
Укажите на схеме направление токов.
2. При заданном напряжении источника питания коллекторной цепи ЕК и
тока коллекторного каскада IКО рассчитайте сопротивления
резисторов RК, RЭ и делителя напряжения R1, R2. Определите емкость
конденсатора СЭ. Положение рабочей точки задается напряжением
смещения Uбэо и током базы Iбо. Входное сопротивление транзистора
принять равным RВХ.Э; полоса усиливаемых частот fн÷fв.
По результатам расчетов выбрать типы резисторов по справочнику.
Числовые значения исходных величин указаны в табл. 7.
Таблица 7
Параметры
ЕК, В
IКО, мА
RВХ.Э,Ом
Iбо, мА
Uбоэ, В
fн, Гц
fв, Гц
1
24
8
230
0,3
0,18
60
3500
2
9
15
220
0,4
0,25
75
3800
3
12
21
140
0,6
0,3
100
5000
4
10
20
240
0,2
0,3
70
3500
Номера задач
5
6
12
30
13
10
160
500
0,3
0,7
0,23
0,8
90
50
4000
4500
7
9
18
180
0,15
0,27
90
4600
8
16
9
400
0,1
0,2
100
3500
9
13
2,5
350
0,13
0,12
120
4000
10
15
20
150
0,5
0,3
75
5500
Задача № 11
Начертите структурную схему усилителя. Поясните назначение узлов
схемы. Приведите классификацию усилителей. Рассчитайте коэффициент
усиления по напряжению в относительных единицах и в децибелах, если
Uвх.m=50 мВ, Uвых.m=5 В.
Задача № 12
Поясните причины частотных, фазовых и нелинейных искажений в
усилителях. Рассчитайте коэффициенты частотных искажений на низшей Мн
и высшей Мв частотах, если коэффициент усиления по напряжению на
средней частоте Кно = 150, на низшей частоте Кнн = 120, на высшей частоте
Кнв = 130. Значения коэффициентов определите в относительных единицах и
децибелах.
Задача № 13.
Поясните назначение и принцип действия усилителя. Поясните
коэффициенты усиления, напишите расчетные формулы. Рассчитайте
коэффициент усиления трехкаскадного усилителя в относительных единицах
и в децибелах, если коэффициенты усиления отдельных каскадов составляют
К1 = 20, К2 = 50, К3 = 30.
Задача № 14
Поясните виды рабочих режимов А, В, и С транзисторов в усилительных
каскадах. Ответ сопроводите графическими пояснениями. Рассчитайте
коэффициент полезного действия η, если в режиме А в выходной цепи
протекает ток покоя Iко = 11 мА, напряжение на коллекторе Uкэо = 14 В. В
рабочем режиме амплитуда тока коллектора Iкm = 19 мА, амплитуда
напряжения Uкm = 12 В.
Задача № 15
Приведите определение обратной связи в усилителях, виды обратной
связи и ее влияние на коэффициент усиления. Рассчитайте коэффициент
усиления усилителя с отрицательной обратной связью Кβ. Коэффициент
усиления усилителя без обратной связи К = 70, коэффициент обратной связи
β = -0,09.
Задача № 16
Начертите схему резистивного каскада усиления на транзисторе n-p-n с
ОЭ с фиксированным током базы. Поясните работу каскада и назначение
всех элементов. Рассчитайте величину сопротивления резистора Rб, если
напряжение источника питания Ек = 30 В, рабочая точка задана током базы Iбо
= 0,6 мА.
Задача № 17
Начертите схему резистивного каскада усиления на транзисторе p-n-p с
ОЭ с фиксированным током базы с отрицательной обратной связью
(коллекторная стабилизация). Поясните работу каскада, назначение
элементов схемы, действие обратной связи. Рассчитайте величину
сопротивления резистора Rб, подключенного непосредственно к коллектору
транзистора, если напряжение источника питания Ек = 50 В, сопротивление
нагрузки Rн = 50 Ом, ток коллектора в рабочей точке Iк = 0,5 А, рабочая точка
задана током покоя Iбо = 20 мА.
Задача № 18
Начертите схему резистивного каскада усиления на транзисторе p-n-p с
фиксированным напряжением смещения базы с термокомпенсацией и
эмиттерной стабилизацией режима. Поясните назначение всех элементов
схемы. Рассчитайте коэффициент усиления каскада по напряжению в
относительных единицах и децибелах при Uвх.m = 30 мВ, Uвых.m = 2, 7 В.
Задача № 19
Начертите схему резисторного каскада усиления на полевом транзисторе
с управляющим переходом с каналом n-типа, включенном по схеме с общим
истоком. Поясните назначение элементов схемы и работу каскада.
Рассчитайте сопротивление Rи в цепи автоматического смещения для
получения напряжения Uзио= 0,5 В при протекании стока Iсо = 1 мА.
Задача № 20
Начертите схему резистивного каскада усиления на МДП – транзисторе
со встроенным n-каналом. Поясните назначение элементов схемы и работу
каскада. Рассчитайте коэффициент усиления по напряжению каскада на
транзисторе с крутизной характеристики S = 100 мА/В при сопротивлении в
цепи стока Rс = 0,5 кОм.
Задача № 21
Начертите схему усилительного каскада на биполярном транзисторе,
включенном по схеме с общим коллектором (ОК). Поясните работу каскада,
его особенности, назначение всех элементов схему. Рассчитайте
коэффициент усиления каскада по напряжению в относительных единицах
при Uвх = 2,0 В, Uвых = 1,85 В.
Задача № 22
Начертите схему однотактного усилительного трансформаторного
каскада на транзисторе, укажите назначение элементов схемы. Поясните
работу каскада в режиме класса А. Рассчитайте коэффициент трансформации
трансформатора, если сопротивление нагрузки во вторичной обмотке
трансформатора Rн = 3 Ом, КПД трансформатора ? тр = 0,75, сопротивление
нагрузки выходной цепи переменному току R? = R´н = 34 Ом.
Задача № 23
Начертите схему двухтактного усилительного трансформаторного
каскада на транзисторе, работающего в режиме класса В. Поясните работу
каскада, укажите назначение элементов схемы. Рассчитайте выходную
мощность каскада Pвых при Iкm = 30 мА, Uкm = 60 В.
Задача № 24
Поясните назначение усилителей постоянного тока. Укажите причины
возникновения дрейфа нуля и способы его снижения. Начертите схему
параллельно – балансного усилителя постоянного тока, поясните назначение
элементов схемы. Укажите полярность, выходного сигнала, если на входе 1
положительный сигнал, а на входе 2 – отрицательный.
Задача № 25
Начертите принципиальную схему дифференциального усилителя ДУ
постоянного тока, используемую в интегральных микросхемах. Укажите
назначение элементов схемы. Поясните работу усилителя при действии
синфазных и противофазных сигналов. Укажите четыре возможные схемы
включения ДУ.
Задача № 26
Поясните
назначение
резонансных
усилителей.
Начертите
принципиальную схему резонансного усилителя на транзисторе n-p-n.
Поясните работу усилителя, назначение элементов схемы. Рассчитайте
собственную частоту контура LC с параметрами Lк = 2,5 мГн, Ск = 100 пФ.
Определите полосу пропускания контура, если добротность контура Q = 70.
Задача № 27
Поясните назначение операционного усилителя. Начертите структурную
и принципиальную электрические схемы и условное изображение
операционного усилителя (ОУ). Поясните назначение функциональных
элементов, их состав.
Задача № 28
Поясните назначение и принцип действия фазочувствительного
усилителя. Начертите схему фазочувствительного усилителя, используемого
реле 33П-1. Поясните состав и работу усилителя.
Задача № 29
Укажите назначение генератора синусоидальных колебаний. Начертите
схему автогенератора LC на транзисторе, укажите назначение элементов
схемы. Поясните принцип действия автогенератора, фазовое и амплитудное
условия самовозбуждения генератора. Рассчитайте период и частоту
генерации при Lк = 4 мГн, Ск = 0,04 мкФ.
Задача № 30
Поясните основные параметры, характеризующие пилообразное
напряжение. Начертите простейшую схему генератора линейноизменяющегося пилообразного напряжения ГЛИН на биполярном
транзисторе. Поясните работу схемы при подаче на вход положительных
прямоугольных импульсов. Начертите диаграммы входных и выходных
импульсов. Рассчитайте амплитуду выходного импульса, если напряжение
источника питания Ек = 25 В, сопротивление в коллекторной цепи Rк = 3
кОм, емкость конденсатора 0,1 мкФ, длительность входных импульсов tи.вх =
40 мкс.
Задача № 31
Поясните назначение, устройство и работу магнитного элемента памяти
(тора). Укажите какое состояние тора обозначается 1 (единицей), какое 0
(нулем). Начертите схему магнитотиратронной ячейки отображения
телеинформации для однопозиционных сигналов в системе “ЛИСНА”.
Поясните работу схемы.
Задача № 32
Дайте классификацию интегральных микросхем. Поясните технологию
изготовления в полупроводниковых ИМС биполярных транзисторов,
многоэмиттерных транзисторов, диодов.
Задача № 33
Поясните технологию изготовления в полупроводниковых ИМС
полевых транзисторов с n-p переходом, МОП – транзисторов, конденсаторов
и резисторов. Объясните обозначения микросхем.
Задача № 34
Поясните параметры электрических импульсов. Определите период Т,
частоту f и скважность σ, если tи = tn = 4 мс. Начертите периодическую
последовательность прямоугольных импульсов положительной полярности.
Укажите период Т, длительность импульса и паузы.
Задача № 35
Начертите электрическую схему дифференцирующей цепи RC, поясните
физические процессы в ней. Покажите на схеме цепи заряда и разряда
конденсатора. Начертите временную диаграмму последовательности
прямоугольных импульсов положительной полярности, поступающей на
вход дифференцирующей цепи RC, и соответствующие временные
диаграммы напряжения на конденсаторе, резисторе и тока в цепи.
Определить емкость С, если длительность входного импульса tи = 20 мкс,
сопротивление резистора R = 10 кОм. Определите длительность импульса на
резисторе.
Задача № 36
Начертите электрическую схему интегрирующей цепи RC, поясните
физические процессы в ней. Покажите на схеме цепи заряда и разряда
конденсатора. Начертите временную диаграмму последовательности
прямоугольных импульсов положительной полярности, поступающей на
вход интегрирующей цепи RC, и соответствующие временные диаграммы
напряжения на конденсаторе и резисторе. Определите емкость
интегрирующей цепи, если длительность входного импульса tи = 60 мкс, а
сопротивление резистора 6 кОм. Определите длительность выходного
импульса.
Задача № 37
Поясните
назначение
ограничителей.
Начертите
схему
последовательных диодных ограничителей сверху и снизу на нулевом
уровне. Поясните работу приведенных схем ограничителей, укажите
необходимые условия для его работы. Начертите диаграмму
синусоидального напряжения, поступающего на вход ограничителя, и
временные диаграммы выходного напряжения. Для последовательного
диодного ограничителя снизу определите значение напряжения на выходе
при действии положительной и отрицательной полуволны Uвх, если
амплитуда входного синусоидального напряжения Um = 10 В, сопротивление
диода в прямом направлении Rпр = 80 Ом, в обратном Rобр = 400 кОм,
сопротивление нагрузки Rн = 1 кОм. Внутреннее сопротивление источника
принять равным нулю.
Задача № 38
Поясните назначение ограничителей. Начертите схемы параллельных
ограничителей сверху и снизу на нулевом уровне. Поясните работу
ограничителя, укажите необходимые условия для его работы. Начертите
диаграмму синусоидального напряжения, поступающего на вход
ограничителя, и временные диаграммы выходного напряжения. Для
параллельного диодного ограничителя сверху определите напряжение на
выходе при действии положительной и отрицательной полуволн Uвх, если
амплитуда входного синусоидального напряжения Um = 8 В, сопротивление
диода в прямом направлении Rпр = 20 Ом, в обратном направлении Rобр = 400
кОм, сопротивление нагрузки Rн = 10 кОм, сопротивление ограничительного
резистора Rогр = 1 кОм. Внутреннее сопротивление источника примите
равным нулю.
Задача № 39
Укажите назначение триггера. Начертите схему симметричного триггера
на биполярных транзисторах p-n-p с независимым смещением и раздельными
входами и соответствующее условное графическое обозначение. Поясните
состав и работу схемы при несимметричном запуске положительными
импульсами. Начертите диаграммы импульсов положительной полярности,
поступающих на входы поочередно. Начертите соответствующие диаграммы
выходных
напряжений.
Укажите
на
диаграммах
полупериоды,
соответствующие состоянию 1 и 0 триггера. При частоте запускающих
импульсов fвх = 60Гц, укажите частоту выходных импульсов.
Задача № 40
Укажите назначение триггера и область применения. Начертите схему
симметричного триггера на биполярных транзисторах n-p-n с
автоматическим смещением, с общим счетным входом (по базам). Начертите
соответствующее условное графическое обозначение. Поясните состав и
работу схемы при запуске импульсами отрицательной полярности. Начертите
временные диаграммы запускающих импульсов отрицательной полярности и
соответствующие диаграммы выходных напряжений. Укажите на
диаграммах полупериоды, соответствующие состояниям 1 и 0 триггера.
Задача № 41
Поясните назначение мультивибратора. Начертите схему симметричного
мультивибратора на биполярных транзисторах p-n-p. Поясните состав и
работу схемы в автоколебательном режиме. Покажите на схеме цепи заряда
конденсатора С1 и разряда С2. Рассчитайте частоту и период колебаний
мультивибратора, если С = 1 мкФ, Rб = 10 кОм. Поясните, как уменьшить
частоту колебаний. Начертите диаграммы напряжений на базе и коллекторе
транзисторов.
Задача № 42
Поясните назначение мультивибратора. Начертите схему симметричного
мультивибратора на транзисторах n-p-n. Поясните состав и работу
мультивибратора. Покажите на схеме цепи заряда конденсатора С 2 и разряда
С1. Рассчитайте частоту и период колебаний мультивибратора, если С = 0,25
мкФ, Rб = 12 кОм. Начертите диаграммы напряжений на базе и коллекторе
транзисторов. Укажите причину искажения переднего фронта импульсов.
Задача № 43
Поясните назначение ждущего мультивибратора (одновибратора) на
биполярных транзисторах n-p-n. Поясните его назначение, состав схемы и
работу одновибратора при запускающих импульсах отрицательной
полярности. Начертите диаграммы, поясняющие работу схемы. Рассчитайте
длительность генерируемого импульса при С = 0,014 мкФ, Rб = 20 кОм, Rк =
1 кОм. Определите период и частоту запускающих импульсов.
Задача № 44
Поясните назначение блокинг–генератора и возможные режимы его
работы. Начертите схему блокинг-генератора на транзисторе в
автоколебательном режиме. Поясните назначение элементов схемы и работу
блокинг–генератора. Начертите временные диаграммы напряжения на
конденсаторе и выходного напряжения. Для цепей заряда и разряда
конденсатора напишите формулы для определения постоянной τ зар τразр,
поясните, что зависит от их величины.
Задача № 45
Поясните содержание логической операции И. Укажите математическую
запись. Начертите трехвходовую диодную схему логического элемента И с
положительной логикой. Составьте таблицу истинности. Начертите
временные диаграммы и поясните работу схемы. Начертите условное
графическое обозначение элемента И.
Задача № 46
Поясните содержание логической операции ИЛИ. Укажите
математическую запись. Начертите трехвходовую диодную схему
логического элемента ИЛИ с положительной логикой. Составьте таблицу
истинности. Начертите временные диаграммы и поясните работу схемы.
Начертите условное графическое обозначение элемента ИЛИ.
Задача № 47
Начертите схемы логических базовых элементов интегральных
микросхем ДТЛ и ТТЛ, выполняющих операцию И-НЕ. Поясните состав
схем и их работу. Начертите условное графическое обозначение элемента. ИНЕ. Начертите временные диаграммы импульсных напряжений на входах и
выходе схем.
Задача № 48
Начертите схемы логических базовых элементов на однотипных и
комплиментарных МДП–транзисторах, выполняющих операцию ИЛИ-НЕ.
Поясните состав схем и их работу. Начертите условное графическое
обозначение элемента ИЛИ-НЕ. Начертите временные диаграммы
импульсных напряжений на входах и выходе схем.
Задача № 49
Поясните назначение триггера. Начертите схемы асинхронных RSтриггера и Т-триггера, переключающегося фронтом входных импульсов,
выполненных на логических интегральных элементах И-НЕ. Поясните состав
и работу схем. Начертите временные диаграммы, поясняющие работу схем.
Начертите условное изображение триггеров.
Задача № 50
Поясните
назначение
мультивибратора.
Начертите
схему
автоколебательного мультивибратора на логических интегральных элементах
И-НЕ. Пояснив состав схемы и ее работу. Начертите временные диаграммы,
характеризующие работу схемы.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению контрольной работы №2
Для выполнения задач №№ 1 – 10 необходимо ознакомиться со схемами
резисторных каскадов усиления на транзисторе. Схемы каскадов
различаются способом подачи смещения и способом температурной
стабилизации режима работы.
В указанной в задачах №№ 1 – 10 схеме смещение создается делителем
R1, R2 от общего источника питания Ек. Ток делителя Iд создает на
резисторе R2 падение напряжения, приложенное в прямом (проводящем)
направлении к эмиттерному переходу. Ток делителя принимают обычно
Iд = (3÷10)*Iбо ,
где Iбо – ток базы в рабочей точке.
При изменении температуры изменяются параметры транзистора и
происходит смещение выходных характеристик транзистора, при этом
изменяется и наклон характеристик. Следовательно, нестабильность
температуры, а также режима электропитания приводит к смещению
положения рабочей точки. Температурная стабилизация режима работы
достигается введением в схему отрицательной обратной связи по
постоянному току. В рассматриваемой схеме применяется эмиттерная
стабилизация, которая осуществляется при помощи ООС по постоянному
току через резистор Rэ в цепи эмиттера. Для устранения ООС по
переменному току резистор Rэ шунтируется конденсатором Сэ. В задаче
предлагается выполнить расчет указанных элементов схемы.
1. Расчет сопротивлений резисторов Rк и Rэ.
Величины этих сопротивлений определяются, исходя из падения
напряжения на них. Падение напряжения на них можно принять равным
0,4? Ек и 0,2?Ек, соответственно, тогда
Rк = 0,4*Ек / Iко; Rэ = 0,2*Ек / Iко.
2. Расчет делителя напряжения смещения.
Величина сопротивления резистора R2 принимается
R2 = (5÷15)*Rвх.э,
где Rвх.э – входное сопротивление транзистора.
Величину сопротивления резистора R2 желательно выбирать небольшой.
Величину сопротивления R1 делителя можно найти из выражения:
R1 = (Ек – (Uбэо+URэ)) / Iд = (Ек – (Uбэо+Rэ*Iко)) / Iд,
где Iд – ток делителя, принимается равным (3÷10)*Iбо.
По справочнику следует выбрать резистор типа МЛТ – 0,25 и указать
номинальное значение его сопротивления по ГОСТу.
3. Емкость конденсатора (в мкФ0 можно рассчитать по формуле:
Сэ = (3÷5)*106 / 2*π*fн*Rэ.
При расчете величин элементов схемы необходимо обращать внимание
на единицы измерения параметров, входящих в расчетные формулы.
После расчета сопротивлений следует по справочнику выбрать резистор
со стандартным сопротивлением. Выделяемая на резисторах Rк и Rэ
мощность приближенно равна I2ко*Rк и I2ко*Rэ. Резисторы выбираются
также по мощности.
Для выполнения задач №№ 12 – 50 следует использовать указанную в
брошюре литературу.
ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Практическая работа №1.
Исследование свойств полупроводниковых диодов.
Практическая работа №2.
Исследование работы биполярных транзисторов по схеме с ОЭ.
Практическая работа №3.
Исследование работы полевого транзистора.
Практическая работа №4.
Снятие и анализ характеристик тиристоров.
Практическая работа №5.
Исследование однофазной схемы выпрямления с нулевым выводом.
Практическая работа №6.
Исследование трехфазной схемы выпрямления.
Практическая работа №7.
Исследование двухкаскадного усилителя с RC
Практическая работа №8.
Исследование RC-генератора.
Практическая работа №9.
Исследование работы мультивибратора.
Вопросы для самопроверки при подготовке к экзамену
1. Энергетическая диаграмма. Рекомбинация и генерация. Токи в
полупроводниках.
2. Назначение и классификация выпрямителей; структурная схема.
3. Структура электронно-дырочного перехода. Свойства электронно-дырочного
перехода при подключении внешнего источника.
4. Однофазные выпрямители: устройство, принцип работы, достоинства и
недостатки.
5. Вольт-амперная характеристика электронно-дырочного перехода.
6. Трехфазные выпрямители: устройство, принцип работы, достоинства и
недостатки.
7. Частотные свойства p-n-перехода.
8. Сглаживающие фильтры: назначение, виды, схемы включения, требования к
ним.
9. Пробой p-n-перехода.
10.
Электронные
усилители:
назначение,
классификация,
основные
характеристики.
11. Классификация полупроводниковых диодов по конструкции, исходному
материалу, частоте, назначению. Выпрямительные диоды: назначение,
устройство, УГО в схемах, ВАХ, основные параметры.
12. Электронные усилители: искажения, понятия обратной связи, ее влияние на
параметры усилителя.
13. Импульсные диоды и стабилитроны: их устройство, УГО и схемы включения,
ВАХ, основные параметры.
14. Режимы работы усилительных элементов и схемы их включения.
15. Варикапы и туннельные диоды: их устройство, УГО и схемы включения, ВАХ,
основные параметры.
16. Структурная схема многокаскадного усилителя; назначение блоков. Цепи
межкаскадной связи; виды и краткая характеристика.
17. Диоды Шоттки: устройство, УГО в схемах. Принципы маркировки
полупроводниковых диодов.
18. Каскады предварительного усиления. Выходные каскады. Фазоинверсные
каскады.
19. Биполярные транзисторы: определение и назначение. Структура и принцип
действия биполярного транзистора. Токи в транзисторе.
20. Схема двухкаскадного трансформаторного каскада, схемы двухкаскадных
бестрансформаторных выходных каскадов: устройство, принцип действия,
краткая характеристика.
21. Схемы включения биполярного транзистора и их краткая характеристика.
22. Эмиттерные повторители: назначение, схема.
23. Статические характеристики биполярных транзисторов при включении с ОЭ и
ОБ.
24. Усилители постоянного тока (УПТ): особенности устройства и работы, их
виды. Схема УПТ с непосредственной связью.
25. Динамический режим работы транзистора. Построение нагрузочной прямой.
26. Генераторы гармонических колебаний: структурная схема автогенератора,
условия самовозбуждения.
27. Температурные и частотные свойства транзистора. Основные параметры.
28. Схемы автогенераторов: с индуктивной обратной связью, с
автотрансформаторной обратной связью, с емкостной обратной связью:
устройство, принцип действия.
29. Полевые транзисторы: их классификация и УГО в схемах. Устройство, принцип
действия и статические характеристики полевого транзистора с управляющим p-nпереходом.
30. Операционные усилители: УГО в схемах, устройство, требования к
параметрам.
31. Полевые транзисторы с изолированным затвором со встроенным каналом и
индукцированным затвором, со встроенным и индукцированным каналом:
устройство, особенности работы, статические (выходные и стокозатворные)
характеристики.
32. Аналоговые кампараторы на операционном усилителе: назначение, схема,
принцип действия.
33. Диодные тиристоры: структура, принцип действия, УГО в схемах, ВАХ.
34. Импульсные и цифровые сигналы.
35. Тринисторы: УГО в схемах, принцип действия, ВАХ.
36. Общие сведения о линейных и нелинейных формирователях импульсов.
37. Симисторы и запираемые тиристоры: УГО в схемах, особенности работы.
Основные параметры тиристоров. Принцип маркировки.
38. Дифференцирующие и интегрирующие цепи: схемы, назначение, принцип
действия, диаграммы.
39. Терморезисторы: устройство, принцип действия, характеристики
(температурная и ВАХ), параметры, принцип маркировки.
40. Схемы симметричного мультивибратора с коллекторно-базовыми связями,
схема мультивибратора и корректирующими диодами, схема мультивибратора и
корректирующими диодами, схема мультивибратора: устройство, принцип
действия.
41. Полупроводниковые болометры: устройство и схема включения, принцип
действия, параметры, применение.
42. Общие сведения о генераторах пилообразного напряжения. Схема генератора
пилообразного напряжения: устройство и принцип работы.
43. Позитроны и варисторы: УГО в схемах, конструкция, принцип действия,
характеристики.
44. Схемы генераторов: пилообразного напряжения с токостабилизирующими
элементами, самовозбуждающегося блокинг-генератора, ждущего блокинггенератора. Устройство и принцип действия.
45. Фоторезисторы: устройство, схема включения, принцип действия,
характеристики, параметры, принцип маркировки.
46. Триггеры: их назначение и классификация, способы запуска. Схемы
симметричного и несимметричного триггеров (триггер Шмитта): устройство и
принцип действия.
47. Фотодиоды, светоизлучающие диоды: устройство, принцип действия,
характеристики.
48. Общие сведения и цифровые интегральные микросхемах. Логические
элементы и их классификация. Основные статические параметры.
49. Фототранзисторы, фототиристоры, оптопары: устройсво, принцип действия,
УГО в схемах, характеристики, основные параметры.
50. Схемы базового логического элемента ТТЛ; схема базового логического
элемента ЭСЛ: устройство, принцип действия.
51. Полупроводниковые индикаторы (ППИ): назначение и виды. Семисегментные
и матричные ППИ.
52. Схемы базовых логических элементов МОПТЛ и КМОПТЛ: устройство и
принцип действия.
53. Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ): устройство и принцип действия.
54. Последовательные диодные ограничители: схемы, принцип действия,
временные диаграммы.
55. Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), их классификация. Устройство и принцип
действия ЭЛТ с электростатическим управлением.
56. Параллельные диодные ограничители: схемы, принцип действия, временные
диаграммы.
57. Устройство ЭЛТ с электромагнитным управлением. Принцип маркировки
ЭЛТ.
58. Электронные ключи на биполярных транзисторах.
59. Интегрированные микросхемы: классификация, принцип маркировки.
60. Электронные ключи.
Литература
1. Ермуратский П.В. Электротехника и электроника: учебник /
Ермуратский П.В., Лычкина Г.П., Минкин Ю.Б. – М.: ДМК Пресс,
2011. 416 –с.
2. Мизерная З.А. Электронная техника. М “Маршрут”, 2006.
3. Свободная энциклопедия: сайт - http://ru.wikipedia.org