- •Основы электроники
- •2.3 Методические указания 54
- •3.3 Методические указания 76
- •4.3 Методические указания 97
- •5.3 Методические указания 123
- •Предисловие
- •1 Выпрямление
- •1.1 Задание
- •1.2 Теоретическая часть
- •1.2.1 Принцип выпрямления. Однополупериодный выпрямитель
- •1.2.2 Двухполупериодный выпрямитель
- •1.2.3 Спектральное описание выпрямления
- •1.2.4 Сглаживание пульсаций в схемах выпрямителей
- •Контрольные вопросы
- •1.3 Методические указания
- •2 Усилитель на биполярном транзисторе
- •2.1 Задание
- •2.2 Теоретическая часть
- •2.2.1 Механизм усиления
- •2.2.2 Режимы работы и основные параметры усилителей
- •2.2.3 Простейший усилитель на биполярном транзисторе
- •2.2.3.1 Характеристики и режимы работы транзистора с оэ
- •2.2.3.2 Физический анализ простейшей схемы усилителя
- •2.2.3.3 Методы анализа нелинейных резистивных цепей
- •2.2.3.4 Графический метод анализа усилителя
- •2.2.3.5 Графоаналитический метод анализа усилителя
- •2.2.4 Схема типового усилителя на биполярном транзисторе с оэ
- •Контрольные вопросы
- •2.3 Методические указания
- •3 Мультивибратор на транзисторах
- •3.1 Задание
- •3.2 Теоретическая часть
- •3.2.1 Анализ схемы включения транзистора с общим эмиттером
- •3.2.2 Ключи на биполярных транзисторах
- •3.2.3 Мультивибратор на транзисторах
- •3.2.4 Анализ схемы мультивибратора
- •3.2.5 Расчет основных показателей мультивибратора
- •Контрольные вопросы
- •3.3 Методические указания
- •4 Схемы на операционном усилителе
- •4.1 Задание
- •4.2 Теоретическая часть
- •4.2.1 Общие сведения об операционном усилителе
- •4.2.2 Основные параметры операционного усилителя
- •4.2.3 Схемы на операционном усилителе
- •4.2.3.1 Инвертирующая схема включения операционного усилителя
- •4.2.3.2 Инвертирующий усилитель
- •4.2.3.3 Суммирующий усилитель
- •4.2.3.4 Цифроаналоговый преобразователь (цап)
- •4.2.3.5 Аналоговый интегратор
- •4.2.3.6 Аналоговый дифференциатор
- •4.2.3.7 Релаксационный автогенератор
- •Контрольные вопросы
- •4.3 Методические указания
- •5 Элементы цифровой электроники
- •5.1 Задание
- •5.2 Теоретическая часть
- •5.2.1 Аналоговые и цифровые электрические сигналы
- •5.2.2 Взаимное преобразование аналоговых и цифровых сигналов
- •5.2.3 Цифровые (логические) схемы
- •5.2.4 Основы булевой алгебры
- •5.2.4.1 Булевы переменные и основные операции булевой алгебры
- •5.2.4.2 Булевы функции. Анализ и синтез булевых функций
- •5.2.5 Базовые логические элементы
- •5.2.6 Комбинационные и последовательностные логические схемы
- •5.2.6.1 Комбинационные логические схемы
- •5.2.6.2 Синтез комбинационных схем
- •5.2.6.3 Последовательностные логические схемы. Триггеры
- •5.2.6.4 Асинхронный rs-триггер
- •Контрольные вопросы
- •5.3 Методические указания
- •Приложение 1
- •1.1 Общие сведения о полупроводниках
- •1.2 Контактные явления в полупроводниках
- •1.3 Полупроводниковые диоды
- •1.4 Полупроводниковые триоды (транзисторы)
- •Приложение 2 Спектральное представление периодических сигналов
- •Литература
4.2.3.2 Инвертирующий усилитель
Пусть элементами и в цепи обратной связи схемы рис.4 являются резисторы с сопротивлениями и соответственно.
Так как в этом случае , то из (5) – (7) следует
|
(8) |
Соотношение (8) является передаточной характеристикой рассматриваемой схемы, из которой видно, что схема выполняет операцию умножения сигнала на число . Если , то происходит усиление сигнала и коэффициент усиления определяется только отношением сопротивлений резисторов цепи обратной связи. Знак «минус» в (8) означает изменение полярности выходного сигнала по отношению к входному. Отсюда название схемы – инвертирующий усилитель.
Резисторный вариант цепи отрицательной обратной связи позволяет понять характер этой связи и посчитать напряжение обратной связи. В этом случае напряжение, выделяемое на сопротивлении , равно . Напряжение на входе ОУ из (2) равно . Из этих двух соотношений следует, что является частью выходного сигнала, возвращающегося на вход усилителя, то есть это напряжение обратной связи . Так как сигнал приходит на инвертирующий вход, знак противоположен знаку , поэтому вычитается из , уменьшая напряжение на входе ОУ.
Таким образом, обратная связь отрицательная и приводит к уменьшению коэффициента усиления схемы на ОУ по сравнению с .
4.2.3.3 Суммирующий усилитель
Суммирующий усилитель (сумматор) – частный случай инвертирующего усилителя, когда на его вход одновременно подаются несколько сигналов (рис.5).
uвых u3 u2 u1 u0 R0 R1 R2 R 3 Rос i0 i1 i2 i3 |
Рис. 5. Схема сумматора на ОУ. |
Каждый вход сумматора соединен с инвертирующим входом ОУ через соответствующий резистор . Инвертирующий вход (точка А) является суммирующим узлом, поскольку в нем складываются все входные токи и ток цепи обратной связи. Как и в инвертирующем усилителе, напряжение на входе ОУ близко к нулю, поэтому токи каждого источника сигнала независимы друг от друга и равны , а ток в общем проводе (ток через резистор ) равен их сумме: .
Тогда из (6) получается передаточная характеристика схемы
|
(9) |
Схема осуществляет операцию сложения сигналов, причем каждый из них умножается еще на свой весовой (нормирующий) коэффициент, равный – .
4.2.3.4 Цифроаналоговый преобразователь (цап)
(ЦАП) – устройство, осуществляющее преобразование цифрового сигнала в аналоговый. Схема простейшего ЦАП показана на рис.6 и является частным случаем суммирующего усилителя, рассмотренного в предыдущем разделе.
В общем случае -разрядного ЦАП на его вход поступает двоичный n-разрядный цифровой сигнал. Этот сигнал управляет электронными ключами, посредством которых к общей точке схемы А подключаются или не подключаются цепей тока. В схеме электронные ключи показаны в виде механических ключей. Величина тока в каждой цепи равна , где (0,1,.., n–1) – номер цепи, а – величина источника постоянного эталонного напряжения, соответствующая логической единице того цифрового сигнала, который поступает на вход ОУ.
Rn-1 R0 Uвых R1 Rос Uэт b1 b0 bn-1 Входной цифровой сигнал |
Рис.6. Схема цифро-аналогового преобразователя |
Так как двоичный n-разрядный цифровой сигнал представляет собой набор из величин постоянного напряжения двух уровней – высокого (логическая единица) и низкого (логический нуль), то он может быть описан -разрядным двоичным числом . Поэтому в ЦАП преобразование цифрового сигнала в аналоговый производится по известному правилу перевода двоичного числа в десятичное:
|
(10) |
Здесь – цифра в разряде числа с номером , которая может принимать значения ноль или единицу
Например, перевод числа 11012 в десятичную систему, в соответствии с (10), будет выглядеть так:
.
Согласно (9) и (10) напряжение на выходе ЦАП будет равно
, |
(10а) |
где переменные описывают состояние ключей: замкнут ( =1), разомкнут ( =0). Очевидно, нормирующие резисторы должны иметь величины , чтобы коэффициенты в сумме (10а) были равны , где номер разряда двоичного числа.
Погрешность преобразования ЦАП, как любого сумматора, определяется главным образом неточностью величин сопротивлений весовых резисторов и их зависимостью от температуры. Поэтому для снижения погрешности в схемах ЦАП используются эталонные резисторы с одинаковым температурным коэффициентом сопротивления.