Тема4.1. Логические элементы цифровой техники.

Логические элементы И, ИЛИ, НЕ. Условные обозначения, таблицы истинности.

Логические элементы ИЛИ-НЕ, И-НЕ. Условные обозначения, таблицы истинности.

Элемент 2И-НЕ в интегральном исполнении, принцип работы

Тема 4.2. Комбинационные цифровые устройства

Комбинационные цифровые устройства: шифратор, дешифратор, мультиплексор, демультиплексор,

полусумматор, сумматор. Условные обозначения, назначение выводов, применение

Тема 4.3. Последовательностные цифровые устройства.

Последовательностные цифровые устройства: триггер, счетчик, регистр. Условные обозначения, назначение

выводов, применение.

RS-триггер, JK-триггер, D-триггер, T-триггер; принцип работы, таблицы истинности

 

Раздел5. Микропроцессорные системы.

 

Тема5.1. Полупроводниковая память.

Классификация запоминающих устройств.

Статические, динамические, перепрограммируемые запоминающие устройства; назначение, область

применения. Понятия ROM, RAM, CMOS-память, кэш-память.

Тема 5.2. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые устройства.

Цифровая обработка электрических сигналов: дискретизация, квантование.

Принцип работы аналого-цифрового преобразователя, применение.

Тема5.3. Микропроцессоры

Структура процессора, назначение структурных блоков.

Архитектура процессоров. CISC-, RISC-, VLIW-процессоры.

Микропроцессоры, разновидности, применение.

Цифровые сигнальные процессоры, применение.

Микроконтроллеры, системы на кристалле, применение.

 

Задание №1

 

Ответьте письменно на вопросы. Номера вопросов в соответствии с вариантом приведены в табл. 1.

 

1 Электропроводность твердых тел. Зонные диаграммы. Собственные полупроводники.

2 Примесная проводимость полупроводников.

3 Электронно-дырочный переход в динамическом равновесии.

4 P-n-переход при нарушении равновесия. ВАХ p-n-перехода.

5 Виды пробоев p-n-перехода, их причины и последствия.

 

6 Емкость и сопротивление p-n-перехода, их зависимость от приложенного напряжения. Принцип работы каких диодов основан на этих зависимостях?

7 Классификация диодов по технологии изготовления и назначению. УГО

в схемах.

8 Выпрямительные диоды. УГО, ВАХ, параметры.

9 Импульсные диоды. Физические процессы работы, основные параметры.

10 ВЧ- и СВЧ-диоды. УГО, эквивалентная схема, основные параметры.

11 Выпрямительные устройства большой мощности. Маркировка диодов.

12 Принцип выпрямления объясните на однополупериодной схеме выпрямления. Временные диаграммы.

13 Двухполупериодная схема выпрямления. Принцип работы, временные диаграммы.

14 Мостовая схема выпрямления. Принцип работы, временные диаграммы.

15 Стабилитроны и стабисторы. УГО, ВАХ, основные параметры.

16 Варикапы. УГО, эквивалентная схема, параметры.

17 Туннельные диоды. УГО, принцип работы, ВАХ, параметры, применение.

18 Биполярные транзисторы. УГО, режимы работы, буквенно-цифровые

условные обозначения.

19 Схемы включения биполярного транзистора. Схема с ОК, основные параметры.

20 Схема включения транзистора с ОБ, основные параметры.

21 Схема включения транзистора с ОЭ, основные параметры.

22 Статические ВАХ биполярных транзисторов, основные параметры

23 Работа биполярного транзистора в динамическом режиме.

24 Эквивалентная схема биполярного транзистора, первичные (собственные) параметры.

25 Биполярный транзистор как четырехполюсник. Система h-параметров.

26 Полевые транзисторы. с управляющим p-n-переходом, УГО, ВАХ.

27 Транзисторы с изолированным затвором и встроенным каналом. УГО, принцип работы, ВАХ.

28 МДП-транзисторы с индуцированным каналом. УГО, принцип работы, ВАХ.

УГО, ВАХ, основные параметры.

30 Управляемые полупроводниковые резисторы. УГО, основные параметры, применение, буквенно-цифровые условные обозначения.

31 Классификация ИС по степени интеграции и конструктивно-технологическому признаку.

32 Классификация ИС по функциональному назначению. Буквенно-цифровые условные обозначения.

33 Основные логические операции и их техническая реализация: контактные, ДТЛ-, ТТЛ-схемы.

34 Параметры цифровых ИМС.

35 Фотодиоды. УГО, принцип работы, характеристики, параметры и применение.

36 Фототранзисторы. УГО, принцип работы, характеристики, параметры и применение.

37 Фототиристоры. УГО, принцип работы, характеристики, параметры и применение.

38 Светодиоды. УГО, принцип работы, характеристики, параметры и применение.

39 Оптроны. УГО, принцип работы, характеристики, параметры и применение.

40 Газонаполненные лампы и индикаторы. УГО, применение, буквенно-цифровые условные обозначения.

41 Поясните принцип работы и основные параметры вакуумных люминесцентных индикаторов.

42 Назовите разновидности и основные параметры жидкокристаллических индикаторов.

44 Назначение и классификация усилителей.

45 Основные характеристики и параметры усилителей.

46 Режим усилителя по постоянному току.

47 Нарисуйте и поясните схемы подачи смещения на биполярный транзистор.

48 Нарисуйте и поясните схемы стабилизации рабочей точки усилителя.

49 Режимы работы усилителей.

50 Нарисуйте и поясните схему двухтактного усилителя мощности.

51 Виды обратных связей в усилителях.

52 Дифференциальные усилители. Поясните работу схемы.

53 Операционные усилители. Разновидности, схемы включения.

54 Многокаскадные усилители. Параметры, паразитные связи.

55 Принцип работы генератора на колебательном контуре.

Таблица 1.

 

Вариант	Номера вопросов	Вариант	Номера вопросов
	14, 25, 52		4, 36, 51
	10, 31, 43		6, 35, 57
	2, 19, 50		12, 30, 19
	9, 22, 45		16, 43, 33
	3, 24, 37		21, 39, 6
	11, 26, 40		7, 35, 50
	7, 36, 54		11, 42, 32
	1, 15, 35		14, 34, 56
	5, 27, 49		13, 48, 40
	8, 38, 51		2, 14, 38

 

^ Задание 2 - Элементы электронных устойств.

Для создания узлов электронной аппаратуры используются пассивные радиоэлементы (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности), электронные приборы - электровакуумные, ионные, полупроводниковые (диоды, транзисторы, тиристоры, интегральные микросхемы), элементы коммутации и др. Используя эти комплектующие элементы создаются устройства, осуществляющие усиление, генерирование, выпрямление и другие преобразования электрических сигналов.

В соответствии с вариантом (таблица 1) кратко опишите четыре типа элементов электронных устройств. Ответ должен включать:

для пассивных элементов (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности) и коммутационных устройств - назначение, основные параметры, классификация, условно-графические обозначения;

для полупроводниковых приборов (диоды, транзисторы, тиристоры, фотоприборы) - назначение, принцип работы, основные параметры, схема включения, вольтамперная характеристика, условно-графическое обозначение;

для интегральных микросхем (ИМС) - определение, классификация, особенности конструкции;

для приборов индикации - назначение, принцип работы, достоинства и недостатки по сравнению с другими видами индикаторов.

^ Таблица 1 - Варианты заданий - элементы электронных устройств

 

№ вар-та	Пассивные элементы	Диоды	Транзисторы	Тиристоры и ИМС	Приборы индикации
	Резисторы	Выпрямитель­ные диоды	Биполярные	Динисторы	Газоразрядные
	Конденсаторы	Стабилитроны	Полевые с затвором в виде p-n-перехода	Тринисторы	Электронно­лучевые
	Катушки индуктивности	Варикапы	МДП- со встроенным каналом	Гибридные ИМС	Полупроводни­ковые
	Коммутацион­ные устройства	Фотодиоды	МДП-с индуцирован­ным каналом	Полупроводни­ковые ИМС	Жидкокристал­лические
	Резисторы	Стабилитроны	МДП- со встроенным каналом	Тринисторы	Полупроводни­ковые
	Конденсаторы	Выпрямитель­ные диоды	МДП-с индуцирован­ным каналом	Динисторы	Газоразрядные
	Катушки индуктивности	Фотодиоды	Биполярные	Полупроводни­ковые ИМС	Жидкокристал­лические
	Коммутацион­ные устройства	Варикапы	Полевые с затвором в виде p-n-перехода	Гибридные ИМС	Электронно­лучевые
	Резисторы	Варикапы	МДП- со встроенным каналом	Полупроводни­ковые ИМС	Электронно­лучевые
	Конденсаторы	Фотодиоды	Биполярные	Гибридные ИМС	Жидкокристал­лические
	Катушки индуктивности	Выпрямитель­ные диоды	Полевые с затвором в виде p-n-перехода	Динисторы	Полупроводни­ковые
	Коммутацион­ные устройства	Стабилитроны	МДП-с индуцирован­ным каналом	Тринисторы	Газоразрядные
	Резисторы	Фотодиоды	Полевые с затвором в виде p-n-перехода	Полупроводни­ковые ИМС	Жидкокристал­лические
	Конденсаторы	Варикапы	Биполярные	Гибридные ИМС	Полупроводни­ковые
	Катушки индуктивности	Стабилитроны	МДП-с индуцирован­ным каналом	Тринисторы	Электронно­лучевые
	Коммутацион­ные устройства	Выпрямитель­ные диоды	МДП- со встроенным каналом	Динисторы	Газоразрядные
	Резисторы	Фотодиоды	Полевые с затвором в виде p-n-перехода	Динисторы	Полупроводни­ковые
	Конденсаторы	Стабилитроны	Биполярные	Тринисторы	Электронно­лучевые
	Катушки индуктивности	Варикапы	Полевые с затвором в виде p-n-перехода	Гибридные ИМС	Газоразрядные
	Коммутацион­ные устройства	Варикапы	МДП- со встроенным каналом	Полупроводни­ковые ИМС	Жидкокристал­лические

 

Задание 3

 

По справочным данным дать характеристику диода.

^ Записать основные параметры.

Определить среднее значение выпрямленного тока I0 и напряжения U0,

а также мощность Р, выделенную в нагрузочном резисторе Rн и обусловленную этим током, для однополупериодного выпрямителя, собранного на полупроводниковом диоде.

Нарисовать схему выпрямителя и объяснить ее работу с использованием графиков Uвх, Uвых, iн (t).

 

Типы используемых выпрямителей, соответствующих номеру варианта, приведены в таблице. Там же указано сопротивление нагрузочного резистора Rн.

Напряжение питающей сети U = 220 В.

Нелинейностью вольт-амперной характеристики пренебречь.

 

Таблица

^ Исходные данные к заданию 3

 

номер варианта	Тип диода	Rн, Ом	Номер варианта	Тип диода	Rн, Ом
	Д223			Д226
	КД109А			Д223В
	КД204А			Д237Ж
	МД226Е			КД109Б
	Д223А			КД112А
	КД106А			КД105Б
	Д229А			КД102А
	КД221В			КД218А
	КД217			Д229В
	Д229Е			КД109Б

 

 

^ Пример расчета задания 3.

 

Дано: Rпр = 5 Ом; Rобр = 1000 Ом; Rн = 400 Ом; U = 200 В.

Примечание:Rпр и Rобр определяются по данным справочника.

 

Решение

Сопротивление выпрямителя в проводящий полупериод

R1 = Rпр + Rн = 5 + 400 = 405 Ом.

Амплитудное напряжение сети

Um = 1.41. U = 1.41. 220 = 311,1 В.

Амплитудное значение тока

Im = Um/R1 = 311,1/405 = 0,77 А.

Среднее значение выпрямленного тока

I0 = Im/π = 0,77/π = 0,245 А.

Среднее значение выпрямленного напряжения

U0 = Rн. I0 = 400. 0,245 = 98 В.

Мощность, выделяемая в нагрузке,

P = I02 R1 = 0.2452. 400 = 24 Вт.

Ответ: I0 = 0,245 А; U0 = 98 В; P = 24 Вт.

 

 

Задание 4

Задача 4а (варианты 1-10). Мостовой выпрямитель должен питать потребитель постоянным током. Мощность потребителя Ро, Вт, при напряжении питания Uо, В. Следует выбрать один из трех типов полупроводниковых диодов, параметры которых приведены в табл. 2.2., для схемы выпрямителя, и пояснить, на основании чего сделан выбор. Начертите схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из табл. 2.2.

Таблица 2.2

Номера вариантов	Типы диодов	Ро, Вт	Uо,	Номера вариантов	Типы диодов	Ро, Вт	Uо, В
1.	Д214 Д215Б Д224А			6.	Д218 Д222 Д232Б
2.	Д205 Д217 Д302			7.	Д221 Д214Б Д244
3.	Д243А Д211 Д226А			8.	Д7Г Д209 Д304
4.	Д214А Д243 КД202Н			9.	Д242Б Д224 Д226
5.	Д303 Д243Б Д224			10.	Д215 Д242А Д210

 

Задача 4б (варианты 1-10). Составить схему однополупериодного выпрямителя,. Использовав стандартные диоды, параметры которых приведены в табл. 2.8. Мощность потребителя Ро, Вт, с напряжением питания Uо, В. Пояснить порядок составления схемы для диодов с приведенными параметрами. Данные для своего варианта взять из табл. 2.3.

Таблица 2.3.

Номера вариантов	Типы диодов	Ро, Вт	Uо, В	Номера вариантов	Типы диодов	Ро, Вт	Uо, В
1.	Д217			6.	Д233
2.	Д215Б			7.	Д209
3.	Д304			8.	Д244А
4.	Д232Б			9.	Д226
5.	Д205			10.	КД202А

 

Задача 4в (варианты 11-20). Составить схему двухполупериодного выпрямителя, использовав стандартные диоды,. Параметры которых приведены в табл. 2.8. Определить допустимую мощность потребителя, если значение выпрямленного напряжения Uо, В. Данные для своего варианта взять из табл. 2.4.

Таблица 2.4.

Номера вариантов	Типы диодов	Uо, В	Номера вариантов	Типы диодов	Uо, В
11.	Д218		16.	Д233Б
12.	Д7Г		17.	Д214Б
13.	Д244		18.	Д244А
14.	Д226		19.	Д205
15.	Д222		20.	Д215

 

Задача 4г (варианты 11-20). Трехфазный выпрямитель, собранный на трех диодах, должен питать потребитель постоянным током. Мощность потребителя Ро, Вт при напряжении Uо, В. Следует выбрать один из трех типов полупроводниковых диодов, параметры которых приведены в табл. 2.8. для схемы выпрямителя, и пояснить, на основании чего сделан выбор. Начертить схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из табл. 2.5.

Таблица 2.5.

Номера вариантов	Типы диодов	Ро, Вт	Uо, В	Номера вариантов	Типы диодов	Ро, Вт	Uо, В
11.	Д224 Д207 Д214Б			16.	Д305 Д302 Д222
12.	Д215А Д234Б Д218			17.	Д243А Д233Б Д217
13.	Д244А Д7Г Д210			18.	КД202А Д215Б Д205
14.	Д232 КД202Н Д222			19.	Д231Б Д242А Д221
15.	Д304 Д244 Д226			20.	Д242 Д226А Д224А

 

Задача 4д (варианты 21-25). Составить схему мостового выпрямителя, использовав стандартные диоды, параметры которых приведены в табл. 2.8. Мощность Ро, Вт, с напряжением питания Uо, В. Пояснить порядок составления схемы для диодов с приведенными параметрами. Данные для своего варианта взять из табл. 2.6.

Таблица 2.6.

Номера вариантов	Типы диодов	Ро, В	Uо, В	Номера вариантов	Типы диодов	Ро, Вт	Uо, В
21.	Д7Г			26.	Д207
22.	Д224			27.	Д302
23.	Д217			28.	Д243Б
24.	Д305			29.	Д221
25.	Д214			30.	Д233Б

 

Задача 4е (варианты 26-30). Двухполупериодный выпрямитель должен питать потребитель постоянным током. Мощность потребителя Ро, Вт, при напряжении Uо, В. Следует выбрать один из трех типов полупроводниковых диодов, параметры которых приведены в табл. 2.8. для схемы выпрямителя, и пояснить, на основании чего сделан выбор. Начертить схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из табл. 2..7.

Таблица 2.7.

Номера вариантов	Типы диодов	Ро, В	Uо, В	Номера вариантов	Типы диодов	Ро, Вт	Uо, В
21.	Д244Б Д214 Д243Б			26.	Д243А Д226 Д231Б
22.	Д218 Д221 Д214А			27.	Д224А Д242 Д303
23.	Д302 Д205 Д244Б			28.	КД202Н Д243 Д214А
24.	Д242А Д222 Д215Б			29.	Д224 Д214Б Д302
25.	Д7Г Д217 Д242Б			30.	Д215А Д231 Д234Б

 

Таблица 2.8

Типы диодов	Iдоп, А	Uобр, В	Типы диодов	Iдоп, А	Uобр, В
Д7Г	0.3		Д232
Д205	0.4		Д232Б
Д207	0.1		Д233
Д209	0.1		Д233Б
Д210	0.1		Д234Б
Д211	0.1		Д242
Д214			Д242А
Д214А			Д242Б
Д214Б			Д243
Д215			Д243А
Д215А			Д243Б
Д215Б			Д244
Д217	0.1		Д244А
Д218	0.1		Д244Б
Д221	0.4		Д302
Д222	0.4		Д303
Д224			Д304
Д224А			Д305
Д224Б			КД202А
Д226	0.3		КД202Н
Д226А	0.3
Д231
Д231Б

 

 

Пример решения задачи 4

 

Задача 4 относится к расчету выпрямителей переменного тока, собранных на полупроводниковых диодах. Подобные схемы широко применяются в различных электронных устройствах и приборах. При решении задач следует помнить, что основными параметрами полупроводниковых диодов являются допустимый ток Iдоп, на который рассчитан данный диод, и обратное напряжение Uобр, выдерживаемое диодом без пробоя в непроводящий период.

Обычно при составлении реальной схемы выпрямителя задаются значением мощности потребителя Ро, Вт, получающего питание от данного выпрямителя, и выпрямленным напряжением Uо, В, при котором работает потребитель постоянного тока. Отсюда нетрудно определить ток потребителя Iо = Pо/Uо. Сравнивая ток потребителя с допустимым током диода Iдоп, выбирают диоды для схем выпрямителя. Следует учесть, что для однополупериодного выпрямителя ток через диод равен току потребителя, т.е. надо соблюдать условие Iдоп ≥ Iо. Для двухполупериодной и мостовой схем выпрямления тока через диод равен половине тока потребителя, т.е. следует соблюдать условие Iдоп ≥ 0.5 Iо. Для трехфазного выпрямителя ток через диод составляет треть

тока потребителя, следовательно, необходимо, чтобы Iдоп ≥ I₀

Напряжением, действующее на диод в непроводящий период Ub, также зависит от той схемы выпрямления, которая применяется в конкретном случае. Так, для однополупериодного и двухполупериодного выпрямителя Ub = πUо = = 3.14 Uо, для мостового выпрямителя Ub = 2π Uо /2 = 1.57 Uо, а для трехфазного выпрямителя Ub = 2.1 Uо. При выборе диода, следовательно, должно соблюдаться условие Uобр ≥ Ub.

Рассмотрим примеры на составление схем выпрямителей.

Пример 1. Составить схему мостового выпрямителя, использовав один из четырех диодов: Д218, Д222, КД202Н, Д215Б. Мощность потребителя Ро = 300В, напряжение потребителя Uо = 200В. диодов и

Р е ш е н и е. 1. Выписываем из табл.2.8 параметры указанных записываем их в таблицу.

Типы диодов	Iдоп,. А	Uобр, В	Типы диодов	Iдоп, А	Uобр, В
Д218	0.1		КД202Н
Д222	0.4		Д215Б

 

2. Определяем ток потребителя Iо = Pо/ Uо = 300/200 = 1.5 A.

3. Находим напряжение, действующее на диод в непроводящий период для мостовой схемы выпрямителя, Ub = 1.57 Uo = 1.57 * 200 = 314В.

4. Выбираем диод из условия Iдоп > 0.5Iо > 0.5 * 1.5 > 0.75 А, Uобр > UВ ≥ 314 В. Эти условиям удовлетворяет диод КД202Н: Iдоп = 1.0 > 0.75А; Uобр = 500 > 314В.

Диоды Д218 и Д222 удовлетворяют напряжению (1000 и 600 больше 314В), но не подходят по допустимому току (0.1 и 0.4 меньше 0.75А). Диод 215Б, наоборот, подходит по допустимому току (2 > 0.75А), но не подходит по обратному напряжению (200 < 314В).

5. Составляем схему мостового выпрямителя (рис 21). В этой схеме каждый из диодов имеет параметры диода КД202Н; Iдоп = 1А; Uобр = 500В.

рис.2.1 рис.2.2