- •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
1.2.2 Двухполупериодный выпрямитель
В других схемах выпрямителей напряжение на выходе существует в течение обоих полупериодов входного сигнала, поэтому они называются двухполупериодными.
Часто такие выпрямители состоят из четырех диодов, включенных по мостовой схеме (рис.4). Входное гармоническое напряжение поступает на одну из диагоналей моста, а нагрузка включается во вторую диагональ.
Схема работает так. Во время положительного полупериода , когда потенциал точки А выше потенциала точки Б, диоды VD1 и VD3 включены в прямом направлении и ток через течет так, как показано на рис.4. стрелкой. Во второй полупериод потенциал точки А ниже потенциала точки Б и теперь диоды VD2 и VD4 проводят ток, который, как видно из схемы, через течет в том же направлении, что и в первый полупериод.
|
Рис.4. Схема двухполупериодного выпрямителя |
1.2.3 Спектральное описание выпрямления
Обсудим преобразование сигнала в выпрямителях (рис.3) со спектральной точки зрения, то есть с точки зрения преобразования спектра. Входное напряжение (2) – гармоническое, значит, его спектр содержит только одну составляющую с частотой и амплитудой .
Сигналы на выходе выпрямителей – негармонические, но описываются периодическими функциями времени. Это значит, что согласно теореме Фурье ток и выходные напряжения могут быть представлены в виде суммы гармонических составляющих (гармоник) с частотами, кратными : , 2 ,3 и т.д.
Набор гармоник называется спектром соответствующего периодического процесса. Амплитуды гармоник рассчитываются по формулам для коэффициентов ряда Фурье (см. Приложение 2).
В результате расчета ряды Фурье для токов в одно- и двухполупериодном выпрямителях даются выражениями (5) и (6) соответственно
, где =1.57, =2/3, . |
(5) |
, где =4/3, 4/15 |
(6) |
|
|
По выражениям (5) и (6) можно построить амплитудные спектрограммы токов и , то есть зависимость амплитуд гармоник спектра токов от частоты. Эти спектрограммы приведены на рис.5 б) и в) вместе со спектром входного сигнала (случай а)).
а) |
|
б) |
|
в) |
|
Рис.5. Спектры: а) – входного сигнала, б) – тока в однополупериодном выпрямителе, в) – тока в двухполупериодном выпрямителе |
Из рис.5 видно, что спектр тока в схемах обоих выпрямителей сложнее (богаче) спектра , так как кроме гармоники на частоте входного сигнала токи содержат гармонические составляющие с частотами 2 , 4 , а также имеют постоянную составляющую – (гармонику на частоте ).
Постоянная составляющая спектра тока является полезным результатом преобразования для выпрямителей, а остальные гармоники – так называемые переменные составляющие тока – вредный эффект, поскольку приводят к пульсациям выходного напряжения.
Спектральное описание результатов преобразования позволяет посчитать коэффициенты пульсаций в схемах выпрямителей. Действительно, из выражений (5) и (6) можно найти отношение амплитуды основной (наиболее сильной) гармоники спектра к постоянной составляющей, что и принято называть коэффициентом пульсаций.
Коэффициенты пульсаций в одно- и двухполупериодном выпрямителях равны, соответственно
|
(7) |
Из (7) видно, что коэффициент пульсаций в схеме двухполупериодного выпрямителя примерно в два раза меньше, однако он еще не удовлетворяет требованиям к качеству выпрямителей.