Для подобного преобразования мощности , получаемой от источника питания , в усилителе необходимо иметь специальный усилительный элемент , в котором энергия источника сигнала регулировала бы энергию источника питания. Бывают различные типы усилительных элементов : вакуумные (триоды, тетроды, пентоды), полупроводниковые (транзисторы),ионные (тиратроны) , электромеханические (реле и электромашинные усилители ), магнитные сверхпроводниковые и другие.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие электронные элементы используют для построения усилительных каскадов?
2. Какие основные показатели характеризуют усилительный каскад?
3. В чем преимущество усилителя на транзисторах перед ламповым?
4. Что называют обратной связью и, как она влияет на режим работы усилителя?
[1,3,5]
Тема 2.5 Электронные генераторы и измерительные приборы
Студент должен знать:
· назначение колебательного контура,
· переходные процессы зарядки и разрядки конденсатора.
Уметь:
· использовать осциллограф в экспериментальных исследованиях различных процессов.
Колебательный контур: незатухающие и затухающие колебания. Электронные генераторы синусоидальных колебаний с трансформаторной, автотрансформаторной и емкостной связями.
Переходные процессы зарядки и разрядки конденсатора (без выхода), постоянная времени цепи. Генераторы пилообразного напряжения. Мультивибраторы. Триггеры.
Электронный осциллограф (структурная схема, принцип действия). Электронно-лучевая трубка с устройствами отклонения и фокусирования луча. Примеры использования осциллографа в экспериментальных исследованиях различных процессов.
Принцип действия электронного вольтметра, его основные узлы.
Методические указания:
Во многих случаях выходное напряжение вовсе не должно повторять форму входного, а, напротив, преобразовывать ее. В других случаях сигнал на вход электронного устройства не подается и оно должно само создавать сигнал той или иной формы , используя при этом энергию источников питания постоянного напряжения . Такие устройства носят название генераторов .
Рассмотрим три типа генераторов в зависимости от формы создаваемого ими сигнала : генераторы синусоидального напряжения, пилообразного напряжения и прямоугольного напряжения . Существуют и др. типы генераторов . Однако ранне указанные часто применяются в самых разнообразных электронных устройствах .
Для создания синусоидального напряжения можно использовать различные методы , но наиболее простым является применение колебательного контура , который , раз возбудившись , сам создает колебания синусоидальной формы .Необходимо только сделать так , чтобы эти колебания не затухали .
Для создания в контуре незатухающих колебаний последовательно или параллельно с ним включают источник переменного напряжения частотой , равной собственной частоте контура .Генератор, принимающий напряжение от внешнего источника , называется генератором с посторонним возбуждением .
Пилообразным напряжением называется напряжение , которое нарастает или спадает со скоростью , близкой к постоянной в течение относительно большого промежутка времени , после чего оно быстро возвращается к своему первоначальному значению.
Генераторы пилообразного напряжения применяются в электронных осциллографах, в радиолокационных станциях и телевизорах.
Под действием пилообразно изменяющегося напряжения, подаваемого на горизонтально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки , происходит перемещение электронного луча по горизонтали с постоянной скоростью .
Во всех случаях получения пилообразного напряжения используются процессы заряда и разряда конденсатора.
Мультивибратором называется генератор несинусоидальных колебаний, имеющих форму, близкую к прямоугольной. Слово мультивибратор означает генератор многих колебаний, поскольку импульсы прямоугольной формы состоят из бесчисленного числа частот гармоник различных частот. Мультивибраторы могу быть использованы для различных целей: для генерирования колебаний прямоугольной формы, деления частоты, изменения длительности импульсов и т.д.
Мультивибраторы могут работать в различных режимах. При автоколебательном режиме частота колебаний определяется только параметрами схемы самого мультивибратора. В режиме синхронизации частота колебаний зависит не только от параметров схемы мультивибратора, но и от частоты и параметров колебаний, подводимых к мультивибратору извне . Работа мультивибратора в ждущем режиме начинается только от момента получения извне запускающего импульса .
Достоинством мультивибратора является большая крутизна фронтов генерируемых импульсов, что часто является необходимым для точной работы различных устройств . Наибольшую крутизну имеет задний фронт импульсов . Поэтому в тех случаях , когда достаточно использовать один из фронтов , целесообразно использовать задний фронт импульса.
Триггером называется спусковое устройство , обладающее двумя устойчивыми состояниями равновесия . Выходные величины ( напряжение , ток) триггера изменяются скачкообразно при получении им входного сигнала , подобно тому как это происходит при замыкании и размыкании реле.
Преимуществом их по сравнению с обычными электромеханическими реле является то , что скорость срабатывания у них в тысячи и десятки тысяч раз больше , чем у электромеханических реле . Кроме того , они не имеют контактов , которые подвержены относительно быстрому износу . К недостаткам относятся малая величина рабочего тока . Триггеры являются одним из основных элементов электронных счетных машин .
Триггеры могут выполняться на лампах , тиратронах с горячим и холодным катодом и на транзисторах.
Вопросы для самоконтроля:
1. Назовите основные электронные измерительные приборы.
2. Для чего применяется мультивибратор?
3. Объяснить принцип работы и применение триггера.
4. Как устроена электронно-лучевая трубка?
[1,3,5]
Тема 2. 6 Электронные устройства автоматики и вычислительной техники
Студент должен знать:
· Схему включения треггера: диаграмму состояния триггера
Принцип работы триггера. RS-, T-, D-триггер.
Одноконтактный, двухконтакотный тргиггер. Регистры, сетчики, сумматоры.
Примеры электронных устройств ЭВМ.
Методическое указание:
Логические интегральные микросхемы (ИМС) служат для операций с дискретными сигналами ,принимающими два значения , например ,высокий и низкий (нулевой) потенциалы. Одному из уровней сигнала приписывается символ 1 , другому – 0.
Каждая серия логических элементов содержит несколько типов логических схем , реализующих различные логические функции (И,ИЛИ,НЕ)
Упрощенная структурная схема ЭВМ содержит следующие устройства: арифметическое устройство , запоминающие устройства , устройства управления , пульт управления, устройства ввода и вывода ,которые относятся к внешним устройствам , как и внешние запоминающее устройство .
Арифметическое устройство (АУ) преназначено для выполнения основных арифметических и логических операций. В состав арифметических устройств входят сумматоры ,регистры ,логические элементы.
Сумматор- основной узел арифметического устройства , он состоит из тригеров с логическими элементами . В арифметических устройствах применяют накапливающие сумматоры , в которых слагаемые поступают на входы последовательно и комбинационные , в которых слагаемые поступают одновременно.
Подсчет импульсов в двоичном коде осуществляется счетчиками. Они строятся на основе тригеров. Счетчики могут работать в режиме суммирования и в режиме вычитания . В первом случае единица переноса на выходе какого-либо разряда возникает при переходе этого разряда из единичного состояния в нулевое , а во втором –единица переноса возникает при переходе разряда из нулевого состояния в единичное .
Регистры- устройства, предназначенные для записи, хранения и выдачи в соответствующие цепи ЭВМ двоичного кода числа. Регистры собирают из триггеров, число которых соответствует числу разрядов в машинном слове (цифровом коде). Запоминающее устройство (ЗУ) или память предназначена для приема, хранения и выдачи исходных данных: команд,
чисел ,промежуточных и конечных результатов вычислений.
Устройство управления (УУ) предназначено для управления, выполнения алгоритма вычислений.
Устройство ввода-вывода (УВВ) является внешним, или переферийным устройством ЭВМ. Оно предназначено для преобразования информации на машинный язык в устройстве ввода и обратного преобразования в устройстве вывода. Число внешних устройств современных ЭВМ сильно расширилось . Созданы специальные унифицированные устройства управления вводом-выводом – каналы ввода –вывода (КВВ). КВВ соединяются с ОЗУ по средством унифицированной системы связей ,называемой интерфейсом ОЗУ.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие основные логические элементы используют в ЭВМ?
2. Назвать области применения информационных технологий
[1,3,5]
Тема 2.7 Интегральные схемы микроэлектроники
Студент должен иметь представление:
· о соединении элементов и оформлении микросхем;
Знать:
· классификацию, маркировку интегральных схем микроэлектроники.
Общие сведения. Понятия о гибридных, толстопленочных, тонкопленочных, полупроводковых интегральных схемах. Технология изготовления микросхем. Соединение элементов и оформление микросхем. Классификация, маркировка и применение микросхем.