18. Однофазный упарвляемый выпрямитель:работа на активную нагрузку

17.Стабилизаторы постоянного тока

Использование: для стабилизации постоянных токов большой величины.

Рассмотрим принцип работы стабилизатора тока. К нестабильности тока через нагрузку может приводить как изменение сопротивления нагрузки, так и изменение входного напряжения.

Очень простыми получаются стабилизаторы постоянного тока с использованием полевых транзисторов

6.СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА Для расчета малосигнального режима в электронной цепи, в котором рассматриваются только переменные составляющие токов и напряжений, используются схемы замещения транзистора. В области низких и средних частот описание транзистора системой гибридных уравнений приводит к резистивной схеме рис. 14.4, а. Распространена также одногенераторная схема (рис. 14.4, б). Параметры первой схемы непосредственно выражаются через H-параметры транзистора.

Определим связи между параметрами одногенераторной схемы и гибридными параметрами, рассматривая режим короткого замыкания на выходе () в схеме рис. 14.4,б. Входное напряжение складывается из суммы падений напряжения на R_б и параллельно включенных R_э и R_к. Сумма токов, протекающих в параллельныхветвях, равна ( + 1)İ₁, и поэтому

7. Полевые транзисторы с управляющим переходом Полевые транзисторы бывают двух видов: - с управляющим p-n-переходом; - со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) Транзистор с управляющим p-n-переходом представляет собой пластину (участок) из полупроводникового материала с электропроводностью p- либо n-типа, к торцам которой подсоединены электроды - сток и исток. Вдоль пластины выполнен электрический переход (p-n-переход или барьер Шотки), от которого выведен электрод - затвор. Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, Усилительные свойства которого обусловлены потоком основных но­сителей, протекающим через проводящий канал, управляемый электричёским полем. Действие полевого транзистора обусловлено носителями заряда одной полярности. Характерной особенностью полевого транзистора является высокий коэффи­циент усиления по напряжению и высо­кое входное сопротивление.Простейший, полевой транзистор со­стоит из пластинки полупроводникового материала с одним p-n-переходом в цент­ральной части и с невыпрямляющими контактами по краям (рис 1). Действие это­го прибора основано на зависимости тол­щины области пространственного заряда (ОПЗ) p-n-перехода от приложенного к нему напряжения. Поскольку запирающий слой, почти полностью лишен подвижных носителей заряда, его проводимость близ­ка к нулю. Таким образом, в пластинке по­лупроводника, не охваченной запирающим слоем, образуется токопроводящий канал, сечение которого зависит от толщины ОПЗ. Если включить источник питания Е2, как, показано на [рис. 6.1, то через пластинку полупроводника, между выпрямляющи­ми контактами потечет ток. Область в полупроводнике, в которой регулируется поток носителей заряда, на­зывают проводящим каналом. Электрод полевого транзистора, через который в проводящий ка­нал втекают носители заряда, называют истоком, а электрод, через который они вытекают из канала, — стоком. каждому из электродов присоединяются выводы, носящие соот­ветствующие названия (истока, стока и затвора). Затвор выполняет роль сетки вакуумного триода. Исток и сток соответствуют катоду и аноду. Величина тока в канале (при Е2 и Rн = const) зависит от сопротивления участка пластинки между стоком и истоком, т. е. в зна­чительной степени от эффективной площади поперечного сечения ка­нала. Источник E1 создает отрицательное напряжение на затворе, что приводит к увеличению толщины запирающего слоя и к уменьшению сечения канала. С уменьшением сечения канала увеличивается со­противление между истоком и стоком и снижается величина тока Iс. Уменьшение напряжения на затворе вызывает уменьшение сопротив­ления канала и возрастание тока Iс. Следовательно, ток, протекающий через канал, можно модулировать сигналами, приложенными к за­твору. Поскольку р-n - переход включен в обратном направлении, входное сопротивление прибора очень велико. Отрицательное напряжение, приложенное к затвору относитель­но истока, может вызвать такое расширение ОПЗ, при котором токопроводящий канал окажется перекрытым. Это напряжение называют пороговым или напряжением отсечки. Оно соответствует напряжению запирания электронной лампы. К р-n - переходу приложено не только «поперечное» напряжение Е1 но и «про­дольное» напряжение, падающее на рас­пределенном сопротивлении канала, созда­ваемое током, протекающим от истока к стоку. Поэтому ширина ОПЗ у стока увеличивается, а эффективное сечение канала соответственно умень­шается (см. рис. 1). Приборы данного типа называют полевыми транзисторам и с затвором в виде р-n перехода или с управляющим р-n- переходом .

19. Регулировочные и внешние характеристики Регулировочная харктеристика управляемого выпрямителя - это зависимость средневыпрямленного значения напряжения U_0a от угла регулирования a . При возрастании входного напряжения U₁ или уменьшении тока нагрузки увеличивают угол регулирования a для поддержания постоянства напряжения в нагрузке U_0a в заданных пределах. Диапазон регулирования в управляемых выпрямителях определяется следующими параметрами: нестабильностью входного напряжения U₁;диапазоном тока нагрузки (I_0min; I_0max);характером нагрузки (активная, активно- индуктивная нагрузка); допустимым минимальным значением угла регулирования, который зависит от дрейфа фазного напряжения, инерционности системы управления, динамических параметров тиристоров;температурной зависимостью параметров полупроводников. Первой основной характеристикой управляемого выпрямителя является зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от угла управления Uн=f(). Такая зависимость называется регулировочной характеристикой. Принимаем допущение, что трансформатор, тиристоры и дроссель не имеют потерь. Тогда, используя временные диаграммы рис.2.2,б, регулировочную характеристику выпрямителя при активной нагрузке можно определить по формуле

,где U2= U2’= U2’’ – действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора;

-величина Uн при =0.

При активно- индуктивной нагрузке:

20.Автономные инверторы:опре-е, принцип построения, классификация, область применения Автономные инверторы (АИ) – это преобразователи постоянного тока в переменный, которые работают на сеть, в которой нет других источников электроэнергии. Коммутации вентилей в них осуществляются благодаря применению полностью управляемых вентилей или устройств искусственной коммутации. При этом частота напряжения на выходе АИ определяется частотой управления, а величина напряжения -параметрами нагрузки и системой регулирования . Автономные инверторы тока (АИТ). На входе АИТ действует источник тока, образованный источником ЭДС и большой индуктивностью, форма тока на выходе вентильной группы прямоугольная, а форма напряжения определяется характером нагрузки . Нагрузка может быть только активной или активно-емкостной, т.к. при активно-индуктивной нагрузке ток не может мгновенно изменить направление. По применяемым вентилям АИ делятся: а)на АИ на вентилях с неполным управлением (обычных тиристорах); б)на АИ на вентилях с полным управлением (транзисторах и запираемых тиристорах. По способу коммутации АИ на незапираемых тиристорах делятся: а) на АИ с одноступенчатой коммутацией, в которых коммутация осуществляется с помощью коммутирующих конденсаторов основными вентилями схемы без применения дополнительных тиристоров; б)на АИ с двухступенчатой коммутацией, в которых для коммутации применяются специальные коммутирующие вентили. По месту включения коммутирующих конденсаторов АИ с одноступенчатой коммутацией делятся: а)на параллельные АИ (коммутирующие конденсаторы включены параллельно нагрузке);б) на последовательные АИ (коммутирующие конденсаторы включены последовательно с нагрузкой).В электроприводе в настоящее время наибольшее применение находят АИН на IGBT транзисторах.

25.Операционные усилители (ОУ):параметры и хара-ки Операционный усилитель – универсальный функциональный элемент, широко используемый в современных схемах формирования и преобразования информационных сигналов различного назначения как в аналоговой, так и в цифровой технике.

Операционный усилитель (ОУ) является дифференциальным усилителем постоянного тока с двумя входами (инвертирующим и неинвертирующим) и одним выходом. Кроме них ОУ имеет выводы питания: положительного и отрицательного. Эти пять выводов имеются в почти любом ОУ и принципиально необходимы для его работы. Существуют ОУ и не имеющие одного из входов. Либо неинвертирующего (инверторы), либо инвертирующего (повторители, буферы). ОУ может иметь и дополнительные выводы для балансировки и частотной коррекции. Гц. Верхний диапазон частот (частотный диапазон), усиливаемых ОУ сигналов зависит от многих причин, таких, как частотные характеристики транзисторов, из которых он состоит, коэффициента усиления схемы, построенной с применением ОУ и т.п.

Столь большое сопротивление входов означает, что на входной сигнал они практически не влияют.

Поэтому с большой степенью приближения можно считать, что ток во входы ОУ не течет.

Изображают ОУ на принципиальных схемах - инвертирующий вход - символом «минус», а неинвертирующий - символом «плюс» внутри треугольника. Они указывают, как реагирует потенциал выхода на потенциалы, подаваемые на входы.

При обозначении ОУ на схемах инвертирующий и неинвертирующий входы можно менять местами, если так удобнее, однако, традиционно инвертирующий вход изображается вверху, а неинвертирующий - внизу. Выводы питания всегда располагают положительный вверху, а отрицательный - внизу).

Свойства:

a) бесконечно большой дифференциальный коэффициент усиления по напряжению K U=Uвых /(U1 - U2) (у реальных ОУ от 1 тыс. до 100 млн.);

b) нулевое напряжение смещения нуля Uсм, т.е. при равенстве входных напряжений выходное напряжение равно нулю (у реальных ОУ Uсм , приведенное ко входу, находится в пределах от 5 мкВ до 50 мВ);

c) нулевые входные токи (у реальных ОУ от сотых долей пА до единиц мкА);

d) нулевое выходное сопротивление (у реальных маломощных ОУ от десятков Ом до единиц кОм);

e) коэффициент усиления синфазного сигнала равен нулю;

f) мгновенный отклик на изменение входных сигналов (у реальных ОУ время установления выходного напряжения от единиц наносекунд до сотен микросекунд).

Операционные усилители широко применяются в электронике, радиотехнике, в системах автоматического регулирования и управления.

На основе операционных усилителей выполняются типовые усилители с разными коэффициентами усиления, интеграторы, сумматоры и дифференцирующие звенья.

На основе операционных усилителей выполняются типовые усилители с разными коэффициентами усиления, интеграторы, сумматоры и дифференцирующие звенья.

Операционный усилитель представляет собой усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления по напряжению (десятки и сотни тысяч). Динамические свойства усилителя таковы, что он может быть замкнутым 100%-ной отрицательной обратной связью через резистор или конденсатор без потери устойчивости (без генерации) в замкнутом состоянии.сумматор на основе операционных усилителей.

26. Неинвертирующий и инвертирующий усилители на ОУ Инвертирующее включение При инвертирующем включении неинвертирующий вход ОУ соединяется с общей шиной

Рис. 5.Инвертирующее включение ОУ К=U2/Uвых=-R2/R1

Таким образом, выходное напряжение усилителя в инвертирующем включениинаходится в противофазе по отношению ко входному. Коэффициент усилениявходного сигнала по напряжению этой схемы в зависимости от соотношениясопротивлений резисторов может быть как больше, так и меньше единицы.

Рис. 6. Неинвертирующее включение ОУ

Как видно, здесь выходной сигнал синфазенвходному. Коэффициент усиления по

напряжению не может быть меньше единицы. В предельном случае, если выход ОУ

накоротко соединен с инвертирующим входом, этот коэффициент равен единице.

Такие схемы называют неинвертирующими повторителями и изготавливают серийно в виде отдельных интегральных микросхем, содержащих по нескольку усилителей в одном корпусе. Входное сопротивление этой схемы в идеале - бесконечно. Ниже будет показано, что у повторителя на реальном операционном усилителе это сопротивление конечно, хотя и весьма велико.

27.Разностный усилитель и сумматор на ОУ.

Сумматоры — это комбинационные устройства, предназначенные для сложения двух входных двоичных кодов. Например, арифметическая сумма кодов 0111 (число 7) и 0101 (число 5) равна 1100 (число 12). Арифметическая сумма кодов 1101 (число 13) и 0110 (число 6) равна 10011 (число 19), т. е. сумма двух двоичных чисел с числом разрядов n может иметь результат с числом разрядов n + 1. Этот дополнительный (старший) разряд называется выходом переноса (Р). На схемах сумматоры обозначаются буквами SM. Микросхемы сумматоров кодируются буквами ИМ. Рассмотрим таблицу истинности сложения двух одноразрядных двоичных чисел без учёта переноса:

A	B	S
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Запишем логическую функцию:

S =AB+AB

Устройство, реализующее эту функцию, называется " исключающее ИЛИ":

Схема не информирует о бите переноса.

Рассмотрим сложение двух одноразрядных двоичных чисел, для чего составим таблицу сложения (таблицу истинности), в которой отразим значение входных чисел А и В, значение результата суммированияS и значения переноса в старший разряд Р:

A	B	P	S
0	0	0	0
0	1	0	1
1	0	0	1
1	1	1	0

Работа устройства, реализующего таблицу истинности, описывается следующими уравнениями:

S = AB+ABи Р = АВ

Устройство, реализующего таблицу истинности, содержит " исключающие ИЛИ" и конъюнктор " И"

Рассмотрим сложение двух одноразрядных двоичных чисел с учётом бита переноса от других микросхем:

Работа устройства, реализующего таблицу истинности, описывается следующими уравнениями:

S=ABPn-1+ABPn-1+ABPn-1+ABPn-1

Pn=ABPn-1+ABPn-1+ABPn-1+ABPn-1

Устройство, реализующие таблицу, содержит два полусумматора и дизъюнктор " ИЛИ":

Это устройство называется одноразрядным сумматором.

Дифференциальный усилитель

символически представлен ДУ, который имеет два входа и обычно два выхода. Основная задача ДУ — получить на выходе напряжение, пропорциональное лишь разности потенциалов на входах ДУ и не зависящее от их абсолютного значения, от изменения напряжения питания, температуры окружающей среды и других факторовДифференциальный усилитель позволяет усиливать парафазный сигнал, передаваемый по двум соединительным линиям.Дифференциальный усилитель необходим в случаях, когда информацию несёт не абсолютное значение напряжения в некоторой точке (относительно уровня заземления), а разность напряжений между двумя точками. Характерным примером является резистивный датчик тока, включенный последовательно с исследуемой цепью.

28.Интегратор и дифференциатор на ОУ Интегра́тор, блок интегри́рования — техническое устройство, выходной сигнал (выходная величина, выходной параметр) которого пропорционален интегралу, обычно по времени, от входного сигнала. По виду представления выходной величины (сигнала) интеграторы подразделяются на аналоговые и цифровые.

При конструировании интеграторов применяются различные явления:электрические, пневматические, гидравлические, электрохимические и др. Применяются при аналоговом и цифровом моделировании различных процессов, навигационных приборах, автоматике, обработке и преобразовании сигналов, то есть везде, где требуется получить решения дифференциальных уравнений. Практически, наиболее часто интеграторы используются для учета использования некоторого ресурса. Например, бытовые счетчики электроэнергии, бытового газа, водопроводной воды являются интеграторами. Также интеграторы это различные одометры. Дифференциатор: На практике работать с дифференциаторами на основе ОУ трудно из-за их большой восприимчивости ко всевозможным шумам во входной цепи, в частности, по отношению к импульсам помех, которые могут наводиться от электрических переключений и т.п При синусоидальном входном напряжении дифференциатор работает как фильтр верхних частот, коэффициент усиления которого пропорционален частоте входного сигнала. Недостаток дифференциатора — чувствительность к шумам высокой частоты. Устраняется этот недостаток ограничением усиления на высоких частотах при помощи резистора RП, включенного последовательно с емкостью С. В этом случае схема будет работать как дифференциатор до частот, меньших частоты, определяемой выражением.

29. Работа ОУ в режиме компаратора Компаратор - это сравнивающее устройство. Аналоговый компаратор предназначен для сравнения непрерывно изменяющихся сигналов. Входные аналоговые сигналы компаратора суть Uвх - анализируемый сигнал и Uоп - опорный сигнал сравнения, а выходной Uвых - дискретный или логический сигнал, содержащий 1 бит информации:

Выходной сигнал компаратора почти всегда действует на входы логических цепей и потому согласуется по уровню и мощности с их входами. Таким образом, компаратор - это элемент перехода от аналоговых к цифровым сигналам, поэтому его иногда называют однобитным аналого-цифровым преобразователем. Неопределенность состояния выхода компаратора при нулевой разности входных сигналов нет необходимости уточнять, так как реальный компаратор всегда имеет либо конечный коэффициент усиления, либо петлю гистерезиса (рис. 1).Схема компаратора на ОУ:

Мультивибратор-генератор периодически повторяющихся импульсов прямоугольной формы. Мультивибратор является автогенератором и работает без подачи входного сигнала. Существуют три типа схем мультивибратора в зависимости от режима работы:нестабильный, или автоколебательный: схема самопроизвольно переходит из одного состояния в другое;моностабильный: одно из состояний является стабильным, но другое состояния неустойчиво (переходноеТакой тип мультивибраторов иногда, в литературе, называют одновибраторы или ждущие мультивибраторы;бистабильный: схема устойчива в любом состоянии. Схема может быть переключена из одного состояния в другое с помощью внешних импульсов. Такие устройства называют триггерами, название «мультивибратор» не совсем корректно, так как двусмысленно.

30.Избирательные усилители (полосовые фильтры): АЧХ,полоса пропускания, добротность.Согласно определению классификации, избирательные усилители обеспечивают усиление сигналов со спектром достаточно узким относительно средней частоты f₀. Для них справедливо условие . Это условие определяет требования к АЧХ избирательного усилителя – она должна выделять достаточно узкую полосу частот (рис 21.1, в). По приведенному признаку избирательные усилители часто называются полосовыми.Для построения усилителей с полосовой АЧХ необходимо учитывать частотные свойства применяемых в схеме активных элементов, а также использовать цепи с явно выраженными частотными свойствами – фильтры. Поэтому в лекции предварительно рассматриваются частотные свойства ОУ, принципы построения фильтров, а затем схемы и основные свойства избирательных усилителей. Типичные АЧХ и ФЧХ ОУ:График АЧХ ПФ для двух значений добротности приведён на рис. 22.6, а. С увеличением добротности фильтра его полоса пропускания уменьшается, а максимальное усиление остаётся постоянным. Схема полосового фильтра приведена на рис. 22.6, б. В качестве ЧП А и В в ней используются пассивные RC - цепи.

31.Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) формируют напряжение пилообразной формы (рис. 16.5б), которое необходимо для создания разверток на экранах осциллографов, телевизоров и др. индикаторов, для преобразователей аналоговых величин в цифровые, преобразователей амплитуда-время и для др. целей. Для формирования линейно изменяющегося напряжения, чаще всего используют заряд или разряд конденсатора постоянным током. Простейшая схема ГЛИН приведена на рис. 16.5а. Пилообразное напряжение может быть:линейно нарастающим, линейно падающим. Характеристики ЛИН: Uo – начальный уровень; Um – амплитуда ЛИН; Тр – время рабочего хода; То – время обратного хода; ε –коэффициент нелинейности .Здесь U‘(0)-скорость изменения ЛИН в начале рабочего хода U‘(Тр)- скорость изменения ЛИН в конце рабочего хода. Принцип действия ГЛИН: А)Принцип получения пилообразного напряжения заключается в медленном заряде (или разряде) конденсатора через большое сопротивление во время прямого хода и в быстром его разряде (или заряде) через малое сопротивление во время обратного хода. Б)Основой ГЛИН является емкость , через которую от источника тока (ИТ) протекает постоянный ток, благодаря чему при разомкнутом ключевом устройстве (К) напряжение на емкости изменяется по линейному закону.В) При замыкании К емкость разряжается через сопротивление К. Режимы работы ГЛИН: А)ждущем режиме (для получения ЛИН нужен внешний импульс напряжения) ; Б)автоколебательном режиме (ЛИН формируется регулярно). Типы ГЛИН: 1)с интегрирующей RC-цепочкой; 2)с токостабилизирующим двухполюсником; 3) с компенсирующей обратной связью (ОС).

 

32.Импульсные устройства на ОУ,компаратор.Параметры импульсных сигналов.Компараторами называют электронные устройства, предназначенные для сравнения двух или более электрических величин. Компараторы часто используют для преобразования аналогового сигнала в цифровой, а также для восстановления формы искаженных цифровых сигналов. Компаратор может использоваться в качестве порогового устройства, срабатывающего в случае, если входной контролируемый сигнал превысит по величине сигнал заданный, опорный. По виду сравниваемых входных сигналов компараторы подразделяют на две группы: аналоговые; цифровые. Аналоговый компаратор можно представить как простейший однобитный аналого-цифровой преобразователь. Выходной сигнал такого компаратора представлен, как правило, двумя возможными значениями, соответствующими уровням входного сигнала больше или меньше некоторой заданной пользователем величины: уровнем логической единицы; уровнем логического нуля. В связи с этим важнейшими характеристиками компаратора являются величина и стабильность уровня (порога) перехода устройства из одного стабильного состояния в другое. Компараторы чаще всего используют в пороговых, релейных схемах, устройствах контроля критически значимых величин. Помимо основного назначения компараторы способны работать в качестве генераторов импульсов, аналого-цифровых преобразователях, схемах согласования логических уровней, схемах очистки зашумленных цифровых сигналов и т. д. Менее распространены двух- или более пороговые компараторы, которые наиболее часто применяют в простых индикаторах уровня входного сигнала, например, в светодиодных шкалах. Компараторы по своему назначению или особенностям строения можно подразделить на такие группы: высоковольтные;низковольтные. ПАРАМЕТРЫ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ.Сигнал — физический процесс, несущий информацию. По природе физического процесса делятся на электромагнитные, в частности электрические (телефония, радио, телевидение, мобильная связь, ЛВС, Интернет), световые (оптоволоконный кабель), звуковые (общение людей), пневматические и гидравлические (определенные отрасли автоматики)и др. Импульсные сигналы — сигналы, информацию в которых несут параметры импульсов. Импульс — кратковременное отклонение физического процесса от установленного значения. Кратковременное отклонение имеет не абсолютное, а относительное значение, т. е. длительность отклонения меньше или сопоставима с длительностью процесса.Существуют два вида импульсов: видеоимпульсы и радиоимпульсы. Видеоимпульсы — это кратковременное отклонение физического параметра, несущего информацию, от установленного значения. Радиоимпульс — это отрезок высокочастотного колебания определенной формы. Радиоимпульсы широко используют для передачи информации каналами радиосвязи, в телевидении и радиолокации. На практике используют Последовательности импульсов, повторяющиеся через определенный интервал времени.

Импульсные сигналы бываютПериодичными и Непериодичными. Периодичными считаются сигналы, значения которых повторяются через определенный промежуток времени. По форме импульсы делятся на: прямоугольные, треугольные, пилоподобные и др. Формы реальных импульсов отличаются от идеальных, вследствие искажений и помех, действующих в каналах импульсных устройств.

Параметры импульсов: Фронт — начальная часть импульса, характеризующая нарастание информативного параметра. Спад — информативный параметр падает до установленного значения. Вершина — часть импульса, находящегося между передним и задним фронтами. Амплитуда — наибольшее отклонение информативного параметра сигнала от установленного значения. Длительность импульса Т1— отрезок времени, измеренный на уровне, соответствующему половине амплитуды.

33. Триггер Шмитта на ОУТриггер Шмитта  это компаратор, имеющий ПОС.Триггером Шмитта на основе ОУ называется компаратор с гистерезисом передаточной характеристики. Это устройство также называют «пороговым». Триггер Шмитта на ОУ реализуется при охвате его ПОС-ю по неинвертирующему входу. Его схема и передаточная характеристика имеют вид:

Триггер Шмитта (ТШ) обладает двумя устойчивыми состояниями. На его выходе может быть высокое (высокое состояние) или низкое (низкое состояние) напряжение. Переход из одного состояния в другое осуществляется при изменении входного напряжения. Различают два вида триггеров Шмитта. Первый вид - неинвертирующий, переходит в высокое состояние при повышении напряжения, в низкое - при понижении. Второй вид - инвертирующий, переходит в высокое состояние при понижении напряжения, в низкое - при повышении. Неинвертирующий триггер Шмитта переходит в высокое состояние, если напряжение на входе становится выше, чем Uon, переходит в низкое состояние, если напряжение на входе становится ниже, чем Uoff. Причем Uon больше, чем Uoff на величину Электрического гистерезиса триггера Шмитта. Инвертирующий триггер Шмитта переходит в высокое состояние, если напряжение на входе становится ниже, чем Uon, переходит в низкое состояние, если напряжение на входе становится выше, чем Uoff. Причем Uon меньше, чем Uoff на величину Электрического гистерезиса триггера Шмитта. Если напряжение на входе находится между Uon и Uoff, то триггер Шмитта сохраняет свое состояние. Триггеры Шмитта применяются там, где нужно исключить 'дребезг', в самом широком смысле этого слова. Например, если у Вас есть механический выключатель, то в момент включения или выключения, возникают коротковременные замыкания и размыкания цепи, пока, наконец, переключение не будет выполнено окончательно. Такой дребезг длится микро или даже наносекунды, но некоторые схемы (особенно цифровые) могут быть чувствительны к нему. Триггер Шмитта позволяет бороться с таким дребезгом.

34.Мультивибратор и одновибратор на ОУ.Одновибратор или ждущий моностабильный мультивибратор представляет собой генератор с одним устойчивым состоянием. После запуска генератора на его выходе формируется одиночный импульс. Одновибратор на операционном усилителе можно построить, используя схему мультивибратора (рис. 2.1), в которой исключена возможность перезаряда конденсатора С. Это достигается путем шунтирования конденсатора С диодом VD1 (рис. 2.7). Обычное назначение ждущего мультивибратора – получение одиночного импульса заданной длительности. Отсчет длительности импульса начинается от фронта (или уровня) специального запускающего импульса. Для того, чтобы перейти от схемы автоколебательного к схеме ждущего мультивибратора, необходимо ввести дополнительно цепь запуска и цепь “торможения”. Схема одновибратора приведена на рис. 34а. Мультивибратор — релаксационный генератор сигналов электрических прямоугольных колебаний с короткими фронтами. Мультивибратор является одним из самых распространённых генераторов импульсов прямоугольной формы, представляющий собой двухкаскадный резистивный усилитель с глубокой положительной обратной связью. В электронной технике используются самые различные варианты схем мультивибраторов, которые различаются между собой по типу используемых элементов (ламповые, транзисторные, тиристорные, микроэлектронные и так далее). Мультивибратор является автогенератором и работает без подачи входного сигнала. Существуют три типа схем мультивибратора в зависимости от режима работы:нестабильный, или автоколебательный: схема самопроизвольно переходит из одного состояния в другое;моностабильный: одно из состояний является стабильным, но другое состояния неустойчиво (переходноеТакой тип мультивибраторов иногда, в литературе, называют одновибраторы или ждущие мультивибраторы;бистабильный: схема устойчива в любом состоянии. Схема может быть переключена из одного состояния в другое с помощью внешних импульсов. Такие устройства называют триггерами, название «мультивибратор» не совсем корректно, так как двусмысленно.

35.логические элементы:опре-я, обозначения, логич.функции Логические элементы — устройства, предназначенные для обработки информации в цифровой форме (последовательности сигналов высокого — «1» и низкого — «0» уровней в двоичной логике, последовательность «0», «1» и «2» в троичной логике, последовательности «0», «1», «2», «3», «4», «5», «6», «7», «8» и «9» в десятичной логике). Логические операции удобно описывать так называемыми таблицами истинности, в которых отражают результаты вычислений сложных высказываний при различных значениях исходных простых высказываний. Простые высказывания обозначаются переменными (например, A и B)

Физически логические элементы могут быть выполнены механическими, электромеханическими (на электромагнитных реле), электронными (на диодах и транзисторах), пневматическими, гидравлическими, оптическими и др.

Любые цифровые микросхемы строятся на основе простейших логических элементов:"НЕ" — выполняет функцию инвертирования; "И" — выполняет функцию логического умножения. "ИЛИ" — выполняет функцию логического суммирования. Простейшим логическим элементом является инвертор, который просто изменяет значение входного сигнала на прямо противоположное значение. Операция логического умножения "И": F(x₁,x₂) = x₁^x₂ где символ ^ и обозначает функцию логического умножения. Иногда эта же функция записывается в другом виде: F(x₁,x₂) = x₁^x₂ = x₁·x₂ = x₁&x₂. Следующим простейшим логическим элементом является схема, реализующая операцию логического сложения "ИЛИ": F(x₁,x₂) = x₁Vx₂ где символ V обозначает функцию логического сложения. Иногда эта же функция записывается в другом виде:F(x₁,x₂) = x₁Vx₂ = x₁+x₂ = x₁|x₂. Логический элемент И выполняет операцию логического умножения (конъюнкция) над своими входными данными и имеет от 2 до 8 входов и один выход (как правило, выпускаются элементы с двумя, тремя, четырьмя и восемью входами). На рис. 1. изображены условные графические обозначения (УГО) логических элементов И с двумя, тремя и четырьмя входами соответственно. Элементы И обозначаются как NИ, где N - количество входов логического элемента (например, 2И, 3И, 8И и т.д.).

Логический элемент ИЛИ выполняет операцию логического сложения (дизъюнкция) над своими входными данными и, также как и логический элемент И, имеет от 2 до 8 входов и один выход. На рис. 2. изображены УГО логических элементов ИЛИ с двумя, тремя и четырьмя входами соответственно. Элементы ИЛИ обозначаются также, как и элементы И (2ИЛИ, 4ИЛИ и т.д.).

Логический элемент НЕ выполняет операцию логического отрицания над своими входными данными и имеет один вход и один выход. Иногда его называют инвертор, так как он инвертирует входной сигнал. На рис. 3 изображено УГО элемента НЕ.

Логический элемент И-НЕ выполняет операцию логического умножения над своими входными данными, а затем инвертирует (отрицает) полученный результат и выдаёт его на выход. Таким образом, можно сказать, что логический элемент И-НЕ - это элемент И с инвертором на выходе.Логические элементы могут использоваться как самостоятельные части схемы, так и входить в состав более сложной цифровой комбинационной схемы или схемы с памятью. Как самостоятельные части схемы, логические элементы могут применяться в качестве управляющей логики какого-либо устройства, а также в качестве генератора прямоугольных импульсов с подключённой ёмкостью или кварцевым резонатором. В качестве комбинационных схем логические элементы используются в составе микросхем БИС и СБИС, а также в дешифраторах и шифраторах, выполненных в виде отдельных микросхем. Также, логические элементы могут входить в состав схем с памятью (триггеры, регистры, счётчики и т.д.), выполненных в виде отдельной микросхемы или в составе других микросхем.

36.Сумматор (двоичный одно- и многоразрядный)Сумматор - это устройство, предназначенное для арифметического сложения двух чисел.Сумматор является основным узлом арифметического устройства ЭВМ и предназначается для выполнения операции арифметического суммирования двух чисел с фиксированной запятой. В дальнейшем будем считать, что все числа, поступающие на входы сумматора, меньше единицы, т.е. запятая фиксированна между знаковым разрядом и остальными. Слагаемые и сумму будем обозначать соответственно буквами A, B и S, где A=a_ma_m-1…a_i…a₁; B=b_mb_m-1…b_i…b₁; S=s_ms_m-1…s_i…s₁. Классификация сумматоров:1. В зависимости от основания системы счисления и принятой системы кодирования различают двоичные, троичные, десятичные, двоично-десятичные и др. сумматоры. 2. По способу организации процесса суммирования различают сумматоры комбинационного и накапливающего типов. Сумматор комбинационного типа – это логическое устройство, обеспечивающее получение сигналов суммы и переноса при одновременной подаче кодов слагаемых. При снятии сигналов хотя бы одного слагаемого, значение суммы на выходе комбинационной схемы исчезает, т.к. такой сумматор не имеет памяти. Сумматор накапливающего типа строится на основе триггеров. Исходные числа (слагаемые), поданные на вход сумматора одно за другим, накапливаются в сумматоре в виде суммы и сохраняются там и после прекращения подачи входных сигналов. 3. По способу обработки многоразрядных чисел различают сумматоры последовательного, параллельного и параллельно-последовательного действия. В последовательном сумматоре производится поразрядная обработка слагаемых А и В. Пары разрядов а_i и в_i этих чисел поступают в сумматор последовательно от младших разрядов к старшим. В параллельном сумматоре числа А и В поступают одно за другим или одновременно и поэтому обработка всех разрядов слагаемых производится одновременно. В параллельно-последовательном сумматоре все числа разбиваются на a групп по b разрядов в каждой группе. Внутри группы числа суммируются параллельно, а сами группы разрядов подаются на входы сумматора последовательно. 4. По способу организации цепей переноса различают многоразрядные сумматоры с последовательным, сквозным, групповым и одновременным переносами. Одноразрядный сумматор принято обозначать на схемах в следующем виде: Сумматор SM служит для образования выходного сигнала S_i суммы по сигналам трех цифр а_i, в_i и P_i i–ого разряда и формирования сигнала переноса P_i+1 в следующий старший разряд.Одноразрядный сумматор выполняет операцию суммирования двух одноразрядных двоичных чисел. Если одно слагаемое обозначим --x , а второе -- у, сумму -- s и перенос в старший разряд – р. Многоразрядные сумматоры. Обычно в ЭВМ используют обработку данных параллельно по разрядам. Для такой обработки используются многоразрядные (параллельные) сумматоры. Сумматор для параллельной обработки данных получают на основе поразрядного соединения одноразрядных схем. 38.ПЗУ, шифратор. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — энергонезависимая память, используется для хранения массива неизменяемых данных.ПЗУ (сокр. от постоянное запоминающее устройство), ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ (микросхемы), служащие постоянным хранилищем ДАННЫХ (информации), необходимых КОМПЬЮТЕРУ. Содержимое микросхем обычного ПЗУ задается производителем и не может изменяться пользователем. Сохраняемые данные доступны МИКРОПРОЦЕССОРУ компьютера, когда он включен.Постоянное ЗУ содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором программы. Такую информацию составляют стандартные подпрограммы, табличные данные, коды физических констант и постоянных коэффициентов и т. п. Эта информация заносится в ПЗУ предварительно, и в ходе работы процессора может только считываться. Таким образом, ПЗУ работает в режимах хранения и считывания. ПЗУ обладает преимуществом перед ОЗУ в свойстве сохранять информацию при сбоях и отключении пита¬ния. Это свойство получило название энергонезависимость. Опе¬ративное ЗУ является энергозависимым, так как информация, записанная в ОЗУ, утрачивается при сбоях питания. Устройство, преобразующее линейный восьмеричный код в двоичный называется шифратором. Шифратором или кодером называется логическое устройство для преобразования десятичного кода в двоичный, то есть шифратор может иметь 4, 8, 10, или 16 входов и соответственно 2, 3 или 4 выхода.

37. Мультиплексор. Демультиплексор.Устр-во,назначение 39.Мультиплексор. Мультиплексор - коммутатор цифровых сигналов. Мультиплексор представляет собой комбинационное устройство с m информационными, n управляющими входами и одним выходом. Функционально мультиплексор состоит из m элементов конъюнкции, выходы которых объединены дизъюнктивно с помощью элемента ИЛИ с m входами. На одни входы всех элементов конъюнкции подаются информационные сигналы, а другие входы этих элементов соединены с соответствующими выходами дешифратора с n входами.

Мультиплексоры нашли широкое применение в вычислительной технике в качестве коммутаторов цифровых сигналов. Они используются в компьютерах и микропроцессорных контроллерах для коммутации адресных входов динамических оперативных запоминающих устройств, в узлах объединения или разветвления шин и т.д. На базе мультиплексоров можно построить различные комбинационные устройства с минимальным числом дополнительных элементов логики. Следует отметить, что мультиплексоры хотя, и предназначены для коммутации цифровых сигналов, но с помощью мультиплексоров, изготовленных по КМОП технологии, можно коммутировать и аналоговые сигналы. Демультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать один вход к нескольким выходам. Демультиплексор можно построить на основе точно таких же схем логического "И", как и при построении мультиплексора. Существенным отличием от мультиплексора является возможность объединения нескольких входов в один без дополнительных схем. Однако для увеличения нагрузочной способности микросхемы, на входе демультиплексора для усиления входного сигнала лучше поставить инвертор.

40.АЛУ. Арифме́тико-логи́ческое устро́йство (АЛУ) ( — блок процессора, который под управлением устройства управления (УУ) служит для выполнения арифметических и логических преобразований (начиная от элементарных) над данными, называемыми в этом случае операндами. Разрядность операндов обычно называют размером машинного слова. Арифметико-логическое устройство в зависимости от выполнения функций можно разделить на две части: микропрограммное устройство (устройство управления), задающее последовательность микрокоманд (команд); операционное устройство, в котором реализуется заданная последовательность микрокоманд (команд).АЛУ предназначено для аппаратного исполнения простейших операций, таких как сложение, вычитание, пересылка, логические операции «И», «ИЛИ», сложение по модулю  два, сдвиг и т.д. Более сложные действия выполняются с помощью микропрограмм и подпрограмм. Признаки операций, реализуемых АЛУ, а также признаки состояния микропроцессора хранятся в регистрах состояний. Число регистров общего назначения РОН обычно варьируется от 4 до 64, причем конкретное число регистров во многом определяет вычислительные возможности микропроцессора. РОН используются как внутренняя сверхоперативная память, что позволяет реже (в 1,5-3 раза) обращаться к внешней памяти через интерфейс и увеличивает общее быстродействие. Функции специализированных регистров чрезвычайно обширны. Счетчик команд содержит адрес расположенной в памяти и выполняемой в данное время команды. Регистр адреса хранит адрес расположенного в памяти слова, к которому происходит обращение. Накопительный регистр (аккумулятор) предназначен для хранения промежуточных результатов арифметических или логических операций АЛУ. Чаще всего ввод и вывод всех данных АЛУ производится через аккумулятор. Содержимое разрядов регистра состояния позволяет судить о результате вычислений (нулевой, положительный, переполнение и др.) для того, чтобы организовать программные переходы по заданным признакам или условиям.

41. RS-триггер. Триггеры относятся к цифровым автоматам. В отличие от комбинационных схем состояние на выходе триггера в данный момент времени определяется  не только состояниями на входах триггера в этот же  момент времени, но и предыдущим состоянием триггера. Цифровые автоматы, к которым относятся триггеры, иногда называют последовательными схемами. Триггеры имеют два устойчивых состояния. Эти состояния определяются по логическим уровням на выходах триггера. Триггер снабжается двумя выходами: прямым Q и инверсным  Q. Состояние триггера определяет логический уровень на выходе Q. Триггеры могут иметь входы различного типа:

R (от англ. RESET) – раздельный вход установки в состояние 0;

S (от англ. SET) – раздельный вход установки в состояние 1;

К – вход установки универсального триггера в состояние 0;

J – вход установки универсального триггера в состояние 1;

V – вход разрешения;

С – синхронизирующий вход;

D – информационный вход;

Т – счетный вход и др.

Обычно название триггера дают по имеющимся у него входам: RS-триггер, JK-триггер, D-триггер и др.

По способу записи информации триггеры подразделяются на асинхронные и синхронные. В асинхронных триггерах состояние на выходе изменяется сразу же после изменения сигнала на информационных входах. В синхронных триггерах для передачи сигнала с информационных входов на выходы требуется специальный синхронизирующий импульс. Синхронные триггеры подразделяются на триггеры со статическим управлением и триггеры с динамическим управлением. В триггерах с динамическим управлением передача сигнала с информационных входов на выходы осуществляется по фронту или по спаду синхронизирующего импульса.

RS-триггер с прямыми входами мож­но получить, имея в наличии два логических элемента 2ИЛИ-НЕ. По отношению к логическим элементам  триггер симметричен. По этой причине не имеет принципиального значения, выход какого из элементов считать прямым выходом триггера. Допустим, что прямым выходом триггера является верхний вывод. Определим, какой из входов триггера является входом R, а  какой – входом  S. Так как  активным  логическим  уровнем для  элементов ИЛИ-НЕ является уровень логической единицы, т.е. если на входе элемента 2ИЛИ-НЕ действует логическая «1», то на выходе будет «0». Зная, что вход R – это вход установки триггера в нулевое состояние, приходим к выводу, что входом R в данном случае будет верхний вход RS-триггера.

В асинхронных триггерах состояние на выходе изменяется в момент поступления сигналов  на информационные входы.

42. D-триггер. Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время. Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде. При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно биполярные и полевые транзисторы), в прошлом — электромагнитные реле, электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Используются, в основном, в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, ОЗУ.Условно-графическое обозначение динамического D триггера