Реферат: Электроника

ЭЛЕКТРОНИКА
Программа, методические указания и контрольные задания.


НОВОСИБИРСК – 2003


Министерство образования РФ


НГТУ


ЭЛЕКТРОНИКА


Программа, методические указания и контрольные задания

для студентов III курса заочного отделения

факультета «Автоматики и вычислительной техники»

(специальности 210100, 220100, 220200, 220400 )


Новосибирск 2003


Настоящая работа включает в себя программу, состоящую из трёх разделов, методические указания к каждому разделу и контрольную работу из шести задач.
Методические указания составлены в соответствии с ГОС ВПО для специальностей 210100, 220100, 220200, 220400.


Составили: к.т.н., доц. В.П.Ерушин,

ст. преподаватель В.А.Мальцев,

к.т.н., доц. П.М.Цапенко.

Рецензент:


Работа подготовлена кафедрой Автоматики.


НГТУ 2003 г.

ВВЕДЕНИЕ
Современное развитие средств автоматики, вычислительной техники, АСУ во всех областях человеческой деятельности невозможно без электроники и микроэлектроники, поскольку они позволяют создавать быстродейст­вующие, надежные, дешевые, имеющие минимальные весогабаритные показатели, элементы и устройства. Помимо дискретных элементов, основу большинства вычислительных устройств и систем составляют интегральные схемы различной степени интеграции, технологии изготовления, обладающие самыми широкими и разнообразными функциональ­ными возможностями. Все продолжающийся рост степени интеграции элементной базы микросхемотехники привел к созданию микропроцес­сорных устройств, являющихся основой для разработки новых уни­версальных и специализированных вычислительных устройств. Таким образом, курс "Электроника " - одна из фунда­ментальных дисциплин при подготовке специалистов к производствен­ной и исследовательской работе в области создания вычислительных средств и систем, систем обора и обработки информации, управления технологическими процессами, систем кодирования и передачи сообщений, автоматизированных систем управления.

В ходе обучения студенты должны приобрести:

- знания структур, принципов действия, областей применения

и методов расчета основных схем и устройств аналогового и цифрового действия;

- умение выполнять проектно-конструкторские и расчетные рабо­ты по созданию и внедрению в эксплуатацию электронных устройств, обеспечивать их наладку, испытания и рациональное техническое обслуживание;

- навыки решения творческих, исследовательских задач за счет самостоятельного изучения и проработки технического задания, изу­чения литературы, синтеза устройств и их экспериментального иссле­дования.

Данный курс состоит из трёх разделов:

Раздел 1 Элементы электронных устройств.

Раздел 2 Электронные аналоговые устройства.

Раздел 3 Электронные цифровые и импульсные устройства.

При изучении курса студент выполняет одну контрольную работу, состоящую из

шести задач. При выполнении контрольной работы долж­ны, быть даны полные ответы на вое вопросы задания. Необходимый справочный материал следует представлять на миллиметровой бумаге с указанием размерностей и масштабов величин по осям графиков. Рас­считываемые схемы должны быть выполнены в соответствии с ГОСТ 2.730-73, 2.728-74, 2.710-81, 2,743-82, 2.759-82.В конце контроль­ной работы необходимо давать список используемой литературы.

По курсу " Электроника" студент сдает экзамен.
^ Л и т е р а т у р а Основная
1.Гусев В.Г., Гусев Ю. М. Электроника .-М.: Высш. Школа, 1991.


2. Захаров В.К., Лыпарь Ю.И. Электронные устройства автоматики и телемеханики. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

3. Опадчий Ю.Ф.,Глудкин О. П., Гуров А. И. Аналоговая и цифровая электроника.- М: "Горячая линия-Телеком",2000.

4. Лачин В.И., Савёлов Н.С. "Электроника ".-Ростов на Дону: "Феникс",2000.

5. Прянишников В.А. " Электроника "- Санкт-Петербург: " Корона принт ",1998.

6. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах .-Л.: Энергоатомиздат ,1988.

Дополнительная

Виноградов Ю.В. Основы электронной и полупроводниковой техники .-М : Энергия , 1968.

Шило В.Л. Линейные интегральные схемы .-М . "Сов. Радио" , 1971.

Проектирование радиоэлектронных устройств на интегральных микросхемах (Ред. С.Я. Шац ) –М .: "Сов. Радио", 1976.

Алексенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника .-М: Радио и связь, 1982.

Гольденберг Л.М. Теория и расчёт импульсных устройств на полупроводниковых приборах .- М .:Связь,1969.

Алексенко А.Г. Основы микросхемотехники .- М .:Сов. Радио , 1977

Раздел 1. Элементы электронных устройств.

1.1 Полупроводниковые диоды

Свойства электрических переходов. ВАХ диода. Отличие реальных и идеальных характеристик. Влияние температуры на характеристики диода. Статические и предельные параметры диодов. Эквивалентные схемы диода. Емкость электронно-дырочного перехода. Работа диода в выпрямительном режиме. Работа диода в импульсной режиме. Типы пробоев в диоде. Стабилитроны, туннельные диоды, диоды Шоттки. Применение диодов в электронных устройствах автоматики. Маркировка диодов.


Вопросы для самопроверки

I. Какими параметрами характеризуется p-n переход в прямом и обратном смещении?

2. Изобразите эквивалентную схему выпрямительного диода в прямом и обратном включении.

3. Дайте сравнительную характеристику германиевых и кремниевых диодов.

4.В каких соотношениях находятся сопротивления диода постоянному и переменному току при прямом и обратном включении?

5. Поясните физику работы, основные параметры и эквивалентную схему стабилитрона.

6. Нарисуйте и объясните вольт - амперную характеристику туннельного диода.

1.2. Биполярные транзисторы

Основные определения. Процессы в плоскостном транзисторе. Статические характеристики транзистора в различных схемах включения. Различие идеальных и реальных статических характеристик. Статические параметры транзистора. Влияние температуры на характеристики и параметры транзистора. Влияние режимов работы на параметры ППТ. Эквивалентные схемы транзисторов OЭ, ОБ, ОК. Сравнительный анализ схем включения транзисторов. Транзистор как четырёхпо-

люсник. H –параметры и их определение. Работа транзистора в динамическом режиме. Нагрузочные характеристики транзисторов. Зависимость параметров транзисторов от частоты. Предельные параметры транзисторов. Режим отсечки, режим насыщения. Шумы транзисторов. Шумовые параметры транзисторов. Составные транзисторы. Композитные транзисторы. Маркировка биполярных транзисторов.

Вопросы для самопроверки

1. Изобразите семейство входных и выходных характеристик транзистора при включении ОБ и ОЭ.

2. Нарисуйте Т - образную эквивалентную схему транзистора в режиме "большого" и "малого" сигналов при включении ОБ,0Э и ОК.

3. Дайте сравнительную характеристику трех схем включения транзистора.

4. В чем преимущества системы Н-параметров для транзистора?

5. Как определять Н-параметры транзистора по его характеристикам?

6. Как выражаются Н-параметры транзистора через его физические параметры?

7. Что такое "нагрузочная прямая"? Как она строится?

8. Укажите границы области допустимых положений рабочей точки на выходных характеристиках транзистора.

9. Изобразите эквивалентные схемы транзистора в режиме отсечки и насыщения.

10.Нарисуйте принципиальную схему и охарактеризуйте особенности составного транзистора.

Объясните назначение и принцип построения композитных p-n-p и n-p-n транзисторов.

11.Перечислите составляющие шумов транзисторов.

1.3. Полевые транзисторы

Принцип действия и конструкция полевых транзисторов с управляющим р-п переходом. Статические характеристики и параметры полевых транзисторов. Полевые транзисторы с изолированным затвором. Характеристики и параметры МОП-транзисторов. Эквивалентные схемы и частотные свойства полевых транзисторов. Применение полевых транзисторов в электронных устройствах. Макировка полевых тран­зисторов

Вопросы для самопроверки

1. Объясните принцип действия и изобразите вольт - амперные характеристики полевых транзисторов с управляющим p-n переходом, MOП - транзисторов с индуцированным и встроенным каналом.

2. Как определить по характеристикам основные параметры полевых транзисторов?

3. Изобразите эквивалентную схему полевого транзистора в области низких и высоких частот.

4. Дайте сравнительную характеристику полевого и биполярного транзистора.

1.4. Тиристоры, оптоэлектронные приборы

Структура, принцип работы и ВАХ динистора и тринистора. Способы переключения. Параметры тиристоров. Применение тиристоров в электронных устройствах автоматики.

Фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, вентильные фотоэлементы,

Вопросы для самопроверки

1. Объясните работу и нарисуйте вольт - амперные характеристики динистора и тринистора.

2. Опишите различные способы включения и выключения тринистора.

3. Какими характеристиками описывается работа фотоэлектронных приборов?

4. Объясните принцип действия и изобразите вольт – амперные характеристики фотодиода и фототранзистора.

5. Объясните назначение и дайте сравнительную характеристику различных типов оптронов.

Методические указания к I разделу курса

При изучении диодов необходимо знать отличие вольт - амперных характеристик (ВАХ) идеального вентиля, идеального диода и реального диода; представлять, почему ВАХ идеального диода имеет разные выражения в прямом и обратном включениях, какие факторы влияют на вид ВАХ реального диода, как определить сопротивление диода постоянному и переменному току в прямом и обратном включениях; надо знать эквивалентные схемы диода на низкой и высокой частоте и уметь, рассчитывать их параметры; требуется уметь синтезировать схему последовательного или параллельного диодного ограничителя, зная форму входного и выходного сигналов; необходимо знать работу, достоинства и недостатки однополупериодного и двухполупериодных выпрямителей, уметь выбрать марку диода по заданному току и напряжению в нагрузке, представлять ситуацию, когда нужно включать два и более диодов последовательно или параллельно. При изучении параметрических стабилизаторов напряжения надо знать эквивалентную схему стабилитрона и уметь рассчитывать балластное сопротивление с учетом максимального и минимального тока стабилитрона и нагрузки. Необходимо представлять физические процессы в туннельном диоде ..

При изучении биполярных транзисторов необходимо обратить внимание на особенности их структуры и физические процессы, протекающие в p-n переходах; надо знать схемы включения p-n-p и n-p-n транзисторов с ОЭ, ОБ, ОК в нормальном и инверсном режимах; требуется иметь представление об эквивалентной схеме Молла - Эберса и ВАХ идеального транзистора; необходимо знать ВАХ реального транзистора ОБ, ОЭ и Т-образные эквивалентные схемы в режиме "малого" и "большого" сигнала на низкой и высокой частоте при включении ОБ, ОЭ, ОК; надо представлять зависимость физических параметров транзистора от режима работы, температуры и частоты, знать характерные особенности трех схем включения транзистора; требуется знать существующие системы параметров четырёхполюсников и достоинства системы Н-параметров применителъно к биполярным транзисторам; необходимо уметь определять Н-параметры по характеристикам транзистора и рассчитывать физические параметры по известным Н-параметрам для различных схем включения. При изучении составного и композитного транзистора требуется знать их принципиальные схемы и модификации, уметь строить ВАХ и определять основные физические параметры.

При изучении полевых транзисторов необходимо обратить внимание на отличие принципа их действия от биполярных транзисторов и вытекающие отсюда последствия; надо знать физику работы и ВАХ полевых транзисторов с управляющим p-n переходом и МОП - транзисторов с индуцированным и встроенным каналом; требуется уметь определять параметры полевых транзисторов по их характеристикам и рисовать эквивалентные схемы.

При изучении работы биполярных и полевых транзисторов в динамике необходимо различать последовательное и параллельное подключение нагрузки, уметь строить нагрузочную прямую по постоянному и переменному току, объяснять преобразование сигнала при его передаче от входа к выходу.

При изучении тиристоров надо представлять принципиальную особенность работы четырехслойных приборов, обратить внимание на наличие трех участков ВАХ и соответствующе им параметры; требуется знать способы включения и выключения динистора, запираемого и незапираемого тринистора, уметь рисоватъ форму выходного тока для различных способов управления.

При изучении фотоэлектронных приборов необходимо представлять общий ход характеристик (вольт - амперная , световая, спектральная, частотная) фотодиодов, фототранзисторов; требуется представлять назначение и принцип работы различиях типов оптронов.

Раздел 2. Электронные аналоговые устройства.

2.1, Основные понятия, свойства и элементы усилительных устройств

Определение усилителя. Классификация усилителей. Основные параметры и характеристики усилителя, Частотная, фазовая и переходная характеристики усилителя. Амплитудная характеристика и динамический диапазон. Собственные шумы усилителя. Выходная мощность и к.п.д. Нелинейные искажения. Принципы построения усилителей. Режимы работы усилительных элементов. Выбор рабочей точки. Способы задания рабочей точки. Стабилизация положения рабочей точки. Способы питания усилителей.

Вопросы для самопроверки

1. Как связаны амплитудно-фазовая, частотная, фазовая и переходная характеристики?

2. Дайте сравнительную характеристику различных способов задания рабочей точки.

3. Поясните принцип работы различных сxем стабилизации положения рабочей точки.

4. В чем заключается особенность задания и стабилизации положения рабочей точки в каскадах на полевых транзисторах?

2.2. Основные положения теории обратных связей

Основные определения. Виды обратных связей. Влияние обратной связи на характеристики и параметры усилителя - коэффициенты усиления, АЧХ, ФЧХ, переходную характеристику, входное и выходное сопротивления, динамический диапазон, устойчивость. Компенсация помех и искажений. Способы осуществления обратной связи в усилителях. Паразитная обратная связь. Условия самовозбуждения усилителей.

Вопросы для самопроверки

1. Какими факторами характеризуется вид обратной связи?

2. Как влияет знак ОС на коэффициент усиления, полосу пропускания усилителя?

3. Какие факторы ОС влияют на входное и выходное сопротивление усилителя?

4. Охарактеризуйте влияние ОС на устойчивость усилителей.

2.3. Входные и предварительные каскады усилителей низкой частоты (УНЧ)

Принципы построения, работы и анализ каскадов предварительного усиления на биполярных транзисторах в ОСЧ, ОНЧ, ОВЧ. Каскады предварительного усиления на полевых транзисторах. Сравнительная оценка параметров усилителей для основных схем включения биполярных и полевых транзисторов. Многокаскадные усилители. Примеры практических схем УНЧ.

Вопросы для самопроверки

1. Объясните назначение элементов схемы предварительного каскада УНЧ.

2. Чем определяется полоса пропускания УНЧ?

3. Какие элементы схемы УНЧ влияют на величину фронта, спада вершины импульса?

4. Дайте сравнительную характеристику УНЧ на полевых и биполярных транзисторах.

5. В чем заключаются особенности анализа многокаскадных УНЧ?

2.4. Каскады с обратной связью

Каскад с последовательной ООС по току. Эмиттерный повторитель. Параметры и характеристики эмиттерного повторителя. Динамический диапазон. Способы повышения входного сопротивления ЭП. Истоковый повторитель.

Вопросы для самопроверки

1. Каково основное назначение эмиттерного и истокового повторителя?

2. Как изменяется коэффициент усиления и полоса пропускания эмиттерного повторителя по сравнению с одиночным каскадом УНЧ?

3. Каковы достоинства и недостатки истокового повторителя в сравнении с эмиттерным повторителем?

2.5. Выходные каскады УНЧ

Режимы работы и особенности мощных каскадов. Энергетические соотношения в режимах А, АВ, В, Бестрансформаторные выходные каскады на транзисторах одного и разного типа проводимости.

Вопроса для самопроверки

1. В чем принципиальная особенность выходных каскадов УНЧ?

2. Дайте сравнительную характеристику усилителей мощности, работающих в режимах А, АВ, В, С, Д.

3. Что такое "комплементарная" пара транзисторов? Приведите примеры.

2.6. . Операционные усилители (ОУ)

Симметричный дифференциальный каскад. Генератор стабильного тока. Коэффициенты усиления и входные сопротивления ОУ. Частотные свойства. Промежуточные каскады ОУ. Схемы сдвига уровня. Двухтактные выходные каскады ОУ на однотипных, разнотипных транзисторах. Частотная коррекция ОУ, Основные параметры интегральных ОУ широкого применения.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое дифференциальная и синфазная составляющие сигнала?

2. Дайте определение основным параметрам ОУ.

3. Объясните назначение генератора стабильного тока в ОУ.

4. Объясните принцип работы "токового зеркала",

5. Обоснуйте необходимость использования каскадов сдвига уровня.

6. Для чего предназначена и как реализуется частотная коррекция ОУ.

7. Что такое напряжение смещения ОУ?

8. Приведите примеры интегральных ОУ широкого применения.

2.8. Применение операционных усилителей

Масштабирующий ОУ (инвертирующий и неинвертирующий ). Повторитель напряжения. Суммирующий ОУ. Дифференциальный ОУ. Стабилизаторы напряжения на ОУ. Преобразователи "напряжение-ток". Стабилизаторы тока. Компараторы. Логарифмирующий и антилогарифмирующий ОУ. Схемы умножения, деления, умножения-деления на ОУ. Инвертирующий и неинвертирующий триггеры Шмитта. Интегратор на ОУ. Погрешности интегрирования. Требования к ОУ в схемах интеграторов. Дифференцирующий ОУ. Усилитель низкой частоты на ОУ.

Вопросы для самопроверки

I. Нарисуйте характеристику передачи разомкнутого ОУ и поясните основные положения анализа схем на ОУ.

2. Из каких соображений выбирается сопротивление обратной связи масштабирующего ОУ?

3. Чем определяется количество входов суммирующего ОУ?

4. Из каких условий выбирается одна из трех типовых схем дифференциального ОУ?

5. Объясните принцип работы стабилизатора напряжения .

6. Нарисуйте характеристику передачи преобразователя "напряжение-ток". Чем определяется величина максимального тока в нагрузке?

7. Что такое компаратор напряжения?

8. Какие меры необходимо предпринять для уменьшения погрешности операции логарифмирования на ОУ?

9. Изложите основной принцип построения устройств деления на ОУ.

10. Нарисуйте форму выходного сигнала, если подать синусоиду
на вход триггера Шмитта, компаратора напряжения.

11. Какие основные факторы определяют погрешность интегратора?

12. Какой параметр ОУ является определяющим для его использования в "быстром" интеграторе?

13. Обоснуйте принципиальную невозможность построения "идеального" дифференциатора.

14. Дайте сравнительную характеристику УНЧ на дискретных элементах и на ОУ.

Методические указания ко 2 разделу курса

При изучении темы 2.1 надо знать классификацию усилителей по полосе пропускания, по назначению, по виду сигнала и другим показателям; необходимо представлять взаимосвязь и вид амплитудно-фазовой, амплитудно-частотной, фазочастотной и переходной характеристик, знать особенности амплитудной характеристики; требуется уметь рассчитывать элементы схем при задании рабочей точки с помощью фиксированного тока базы, фиксированного напряжения база-эмиттер, с эмиттерной и коллекторной стабилизацией положения рабочей точки. Особое внимание следует обратить на способы задания и стабилиза-ции положения рабочей точки в каскадах на полевых транзисторах с управляющим p-n переходом, на МОП - транзисторах и индуцированным и встроенным каналом.

При изучении обратных связей следует уметь определять вид обратной связи в усилителе: по знаку - положительная и отрицательная; по способу организации на выходе - по току, по напряжению и комбинированная; по способу организации на входе - параллельная, последовательная и комбинированная; необходимо знать, как влияет тот или иной фактор обратной связи на коэффициенты усиления, полосу пропускания, динамический диапазон, входное и выходное сопротивление усилителя.

При изучении входных и предварительных каскадов УНЧ на биполярных и полевых транзисторах надо знать вид частотной и фазовой характеристики в области средних, низких и высоких частот и вид пере­ходной характеристики в области малых и больших времен; необходимо уметь определять верхнюю и нижнюю граничную частоту.

При изучении каскадов с обратной связью следует разобраться с основными показателями простого эмиттерного и истокового повторителей.

При изучении выходных каскадов УНЧ надо уметь задать рабочую точку в режимах А, АВ, В, знать достоинства и недостатки каждого режима; необходимо представлять работу бестрансформаторных каскадов на однотипных и разнотипных транзисторах.

Тема 2.6. является одной из основных в данном разделе. При изучении этой темы необходимо разобраться с понятиями "дифференциальный и синфазный сигнал", уметь рассчитывать коэффициенты усиления и динамический диапазон по этим сигналам для простейшей схемы - дифференциального каскада (ДУПТ); следует знать работу ДУПТ с симметричным выходом при наличии и отсутствии генератора стабильного тока (ГСТ), Важной является схемотехника ДУПТ и ГСТ. Надо хорошо понимать принципы построения и работу двухтактных выходных каскадов УПТ. При разработке устройств с ОУ серьезную трудность представляет обеспечение устойчивости замкнутых схем в широком диапазоне частот. Требуется уметь рассчитывать и включать цепи коррекции в интегральные ОУ широкого применения,.

В современной микроэлектронике интегральные ОУ находят очень широкое применение. При. изучения темы 2.7. необходимо знать работу компараторов напряжения на разомкнутом ОУ, схемы включения масштабирующих, суммирующих и дифференциальных ОУ для реализации заданных функций, ограничения на величину резисторов обрамления;. следует представлять особенности стабилизаторов напряжения на ОУ, способы повышения выходной мощности; надо уметь рассчитывать элементы схем преобразователей "напряжение-ток", стабилизатор втекаю и вытекающего тока; требуется понимать работу и представлять область применения схем логарифмирования, потенцирования; необходимо знать схемы явного и неявного умножения, деления, умножения-деления. Очень важной областью применения ОУ являются интеграторы. Следует знать работу инвертирующего интегратора, критерии выбора марки ОУ, факторы, влияющие на погрешность интегрирования; необходимо представлять реакцию интегратора на низкочастотный и высокочастотный шум, уметь рассчитывать форму выходного сигнала по заданному входному. Главной проблемой реализации дифференциаторов является устойчивость. Надо знать реакцию дифференциатора на -заданный сигнал, на шум, понимать принципы построения реальных дифференциаторов, соотношение элементов и условия, при которых синтезируется схема УНЧ о заданными показателями

Раздел 3. Электронные цифровые и импульсные устройства

3.1. Линейные .импульсные цепи, транзисторные инверторы (ТИ).

Дифференцирующие и интегрирующие RC и RL цепи.

Статические и динамические режимы насыщенного ТИ на биполярном транзисторе. ТИ с форсирующей ёмкостью. Ненасыщенный ТИ с нелинейной отрицательной обратной связью.

Вопросы для самопроверки

1. Найдите переходную характеристику простейшей RC - цепи операторным методом.

2. Как зависит длительность фронта и величина спада вершины выходного импульса от параметров входного импульса и RC - цепи?

3. Опишите процессы включения насыщенного ТИ.

4. Объясните принцип действия ТИ с форсирующей емкостью, ненасыщенного ключа.

3.2. Базовые логические элементы

Характеристики и параметры цифровых ИМС. Диодно-транзисторные логические элементы (ДТЛЭ), транзисторно-транзисторные логические элементы (ТТЛЭ), ТТЛШ , ЭСЛ. ЛЭ на МДП транзисторах. Комплементарные структуры. Понятие об интегральных схемах со средним и большим уровнем интеграции. Маркировка цифровых ИС.

Вопросы для самопроверки

1. Приведите примеры серий ИМС с высоким быстродействием, с малой потребляемой мощностью.

2. Объясните работу базового логического элемента ТТЛ.

3. Как определить пороговое напряжение, входное и выходное сопротивление в состоянии "О" и "I" для ИМС К155ЛАЗ?

4. Что такое "гонки" в схемах с использованием систем потенциальных элементов?

5. Объясните принципы согласования ИМС различных серий.

3.3. Генераторы , формирователи импульсов

Автоколебательные мультивибраторы на цифровых ИМС и ОУ. Схемотехника генераторов импульсов на цифровых ИМС и ОУ.

Формирователи короткого импульса (ФКИ), ФИ на задержке фронта на цифровых ИМС. Ждущие мультивибраторы на цифровых ИМС и ОУ. Схемотехника формирователей импульсов.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое "жесткое" и мягкое" самовозбуждение автоколебательного мультивибратора (АКМ)?

2. Оцените ограничения на величину резистора в схеме АКМ.

3. Объясните принцип работы генераторов прямоугольных импульсов на цифровых ИМС с одним резистором и емкостью, с двумя резисторами и емкостью.

4. Как изменить скважность импульсов в генераторе прямоугольных импульсов на ОУ?

5. Из каких условий рассчитывается величина резистора в ФКИ на цифровых ИМС?

6. С чем связана проблема формирования импульсов большой длительности на цифровых ИМС?

7. Объясните принцип работы и условия запуска ждущего мультивибратора на ОУ.

Методические указания к 3 разделу курса

При изучении линейных импульсных цепей надо знать вид переходной характеристики при отсутствии и наличии паразитных: емкостей, представлять влияние внутреннего сопротивления генератора; необходимо уметь рассчитывать элементы цепей по заданным параметрам выходного сигнала.

Тема "Транзисторные инверторы" является одной из важнейших в разделе, так как основная масса импульсных устройств базируется на транзисторных инверторах. Следует знать зависимости токов транзисторов от напряжения "база-эмиттер" в режиме глубокой и неглубокой отсечки, эквивалентную схему транзистора, в режиме отсечки, условия запирания транзистора; требуется уметь рассчитывать степень насыщения транзистора, представлять условия насыщения транзистора при изменении различных внешних факторов; надо знать пере-ходные процессы в насыщенном ТИ, уметь определять длительности положительного и отрицательного фронтов, время рассасывания. Следует представлять "желаемую" форму тока базы в насыщенном ТИ и реальное приближение к ней в ТИ с форсирующей емкостью, знать зависимости временных интервалов от величины емкости, уметь оценивать возможность возникновения динамического смещения и знать схемотехнические варианты его устранения; необходимо знать принцип действия ненасыщенного ТИ с нелинейной отрицательной обратной связью и переходные процессы в нем, представлять схемотехнику ненасыщенных ТИ.

При изучении базовых логических элементов следует представлять различие между отдельными системами элементов, знать характеристики и параметры системы потенциальных элементов (СПЭ), как основной в современной интегральной схемотехнике, иметь представление о "гонках"; необходимо знать принципиальные схемы и вид выполняемой логической функции для СПЭ ДТЛ, ТТЛ, ЭСТЛ, МОПТЛ, КМОПТЛ; надо знать работу базового элемента ТТЛ, составляющие времени задержки распространения сигнала на примере ИМС

серии 155; следует уметь рассчитывать производные параметры ( U пор, R0вх,

R1вх,R0вых,R1вых, t здр.ср )по известным основным (справочным) для ИМС этой серии; требуется знать состав логики серии 155, уметь синтезировать схемы минимального объема для реализации заданной функции, представлять особенности использования схем с открытым коллектором в качестве элементов индикации, схем монтажной логики и преобразователей уровня для согласования с элементами других серий.

При изучении генераторов импульсов надо знать работу автоколебательного мультивибратора на цифровых ИМС в режиме "жесткого" и "мягкого" самовозбуждения, уметь рассчитывать элементы схем; следует изучить работу схем, специфичных для интегральной схемотехники: генераторы прямоугольных импульсов с одним времязадающим конденсатором и одним или двумя резисторами; требуется представлятъ способы стабилизации частоты генерации; необходимо знать работу генераторов прямоугольных колебаний на ОУ для получения скважности, равной и не равной двум.

При изучении формирователей импульсов следует знать принципиальное различие между формирователями коротких импульсов (ФКИ) и формирователями длинных импульсов (ждущими мультивибраторами); необходимо знать работу схем на базе ИМС серии 155; ФКИ с интегрирующей RС - цепью, формирователя одиночных импульсов, идущего мультивибратора без источника и о источником смещения, ИМС I55AГI, 155АГЗ, уметь рассчитывать длительность импульса и паузы, представлять факторы, влияющие на нестабильность длительности выходных импульсов; требуется изучить работу ждущего мультивибратора на ОУ.

Раздел 2. Электронные аналоговые устройства.

2.1, Основные понятия, свойства и элементы усилительных устройств

Определение усилителя. Классификация усилителей. Основные параметры и характеристики усилителя, Частотная, фазовая и переходная характеристики усилителя. Амплитудная характеристика и динамический диапазон. Собственные шумы усилителя. Выходная мощность и к.п.д. Нелинейные искажения. Принципы построения усилителей. Режимы работы усилительных элементов. Выбор рабочей точки. Способы задания рабочей точки. Стабилизация положения рабочей точки. Способы питания усилителей.

Вопросы для самопроверки

1. Как связаны амплитудно-фазовая, частотная, фазовая и переходная характеристики?

2. Дайте сравнительную характеристику различных способов задания рабочей точки.

3. Поясните принцип работы различных сxем стабилизации положения рабочей точки.

4. В чем заключается особенность задания и стабилизации положения рабочей точки в каскадах на полевых транзисторах?

2.2. Основные положения теории обратных связей

Основные определения. Виды обратных связей. Влияние обратной связи на характеристики и параметры усилителя - коэффициенты усиления, АЧХ, ФЧХ, переходную характеристику, входное и выходное сопротивления, динамический диапазон, устойчивость. Компенсация помех и искажений. Способы осуществления обратной связи в усилителях. Паразитная обратная связь. Условия самовозбуждения усилителей.

Вопросы для самопроверки

1. Какими факторами характеризуется вид обратной связи?

2. Как влияет знак ОС на коэффициент усиления, полосу пропускания усилителя?

3. Какие факторы ОС влияют на входное и выходное сопротивление усилителя?

4. Охарактеризуйте влияние ОС на устойчивость усилителей.

2.3. Входные и предварительные каскады усилителей низкой частоты (УНЧ)

Принципы построения, работы и анализ каскадов предварительного усиления на биполярных транзисторах в ОСЧ, ОНЧ, ОВЧ. Каскады предварительного усиления на полевых транзисторах. Сравнительная оценка параметров усилителей для основных схем включения биполярных и полевых транзисторов. Многокаскадные усилители. Примеры практических схем УНЧ.

Вопросы для самопроверки

1. Объясните назначение элементов схемы предварительного каскада УНЧ.

2. Чем определяется полоса пропускания УНЧ?

3. Какие элементы схемы УНЧ влияют на величину фронта, спада вершины импульса?

4. Дайте сравнительную характеристику УНЧ на полевых и биполярных транзисторах.

5. В чем заключаются особенности анализа многокаскадных УНЧ?

2.4. Каскады с обратной связью

Каскад с последовательной ООС по току. Эмиттерный повторитель. Параметры и характеристики эмиттерного повторителя. Динамический диапазон. Способы повышения входного сопротивления ЭП. Истоковый повторитель.

Вопросы для самопроверки

1. Каково основное назначение эмиттерного и истокового повторителя?

2. Как изменяется коэффициент усиления и полоса пропускания эмиттерного повторителя по сравнению с одиночным каскадом УНЧ?

3. Каковы достоинства и недостатки истокового повторителя в сравнении с эмиттерннм повторителем?

2.5. Выходные каскады УНЧ

Режимы работы и особенности мощных каскадов. Энергетические соотношения в режимах А, АВ, В, Бестрансформаторные выходные каскады на транзисторах одного и разного типа проводимости.

Вопроса для самопроверки

1. В чем принципиальная особенность выходных каскадов УНЧ?

2. Дайте сравнительную характеристику усилителей мощности, работающих в режимах А, АВ, В, С, D.

3. Что такое "комплементарная" пара транзисторов? Приведите примеры.

2.6. . Операционные усилители (ОУ)

Симметричный дифференциальный каскад. Генератор стабильного тока. Коэффициенты усиления и входные сопротивления ОУ. Частотные свойства. Промежуточные каскады ОУ. Схемы сдвига уровня. Двухтактные выходные каскады ОУ на однотипных, разнотипных транзисторах. Частотная коррекция ОУ, Основные параметры интегральных ОУ широкого применения.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое дифференциальная и синфазная составляющие сигнала?

2. Дайте определение основным параметрам ОУ.

3. Объясните назначение генератора стабильного тока в ОУ.

4. Объясните принцип работы "токового зеркала",

5. Обоснуйте необходимость использования каскадов сдвига уровня.

6. Для чего предназначена и как реализуется частотная коррекция ОУ.

7. Что такое напряжение смещения ОУ?

8. Приведите примеры интегральных ОУ широкого применения.

2.8. Применение операционных усилителей

Масштабирующий ОУ (инвертирующий и неинвертирующий ).. Повторитель напряжения. Суммирующий ОУ. Дифференциальный ОУ. Стабилизаторы напряжения на ОУ. Преобразователи "напряжение-ток". Стабилизаторы тока. Компараторы. Логарифмирующий и антилогарифмирующий ОУ. Схемы умножения, деления, умножения-деления на ОУ. Инвертирующий и неинвертирующий триггеры Шмитта. Интегратор на ОУ. Погрешности интегрирования. Требования к ОУ в схемах интеграторов. Дифференцирующий ОУ. Усилитель низкой частоты на ОУ.

Вопросы для самопроверки

I. Нарисуйте характеристику передачи разомкнутого ОУ и поясните основные положения анализа схем на ОУ.

2. Из каких соображений выбирается сопротивление обратной связи масштабирующего ОУ?

3. Чем определяется количество входов суммирующего ОУ?

4. Из каких условий выбирается одна из трех типовых схем дифференциального ОУ?

5. Объясните принцип работы стабилизатора напряжения .

6. Нарисуйте характеристику передачи преобразователя "напряжение-ток". Чем определяется величина максимального тока в нагрузке?

7. Что такое компаратор напряжения?

8. Какие меры необх^

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1
Во всех задачах номер варианта определяется последней цифрой номера

зачётной книжки.

Задача №1

На вход заданной схемы подается напряжение синусоидальной формы амплитудой Uвх m. Изобразить форму выходного напряжения. Вид схемы, амплитуда входного напряжения, типы диодов и стабилитронов выбираются из рис. 8 в соответствии со своим вариантом . Для всех схем ( рис.8 ) действите