Тема: Общие сведения об измерении физических величин.

МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

 

________________

(подпись)

«___»_________________201_ г.

Информационно - измерительная техника и электроника

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Направление подготовки 140400.62 Электроэнергетика и электротехника

Профиль подготовки «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»,

«Электроснабжение»,

«Электроэнергетические системы и сети»

Квалификация выпускника бакалавр

Изучается в 5,6 семестрах

 

СОГЛАСОВАНО:	РАЗРАБОТАНО:
Зав. выпускающей кафедрой АЭСиЭ .____________ Кононов Ю.Г. "__" _____________ 20______ г.   Директор института ИЭЭН ____________ Кононов Ю.Г. "__" _____________ 20______ г.   Рассмотрено УМК института ИЭЭН "__" _____________ 20_____ г. протокол N____________ Председатель УМК ________	Зав. кафедрой физики, электротехники и электроники ___________ Валюхов Д.П. "__" ____________ 20_____ г.   Доцент кафедры ФЭиЭ Данилов М.И., "__" ____________ 20_____ г. Доцент кафедры АЭСиЭ Романенко И.Г., "__" ____________ 20_____ г. Доцент кафедры АЭСиЭ Мамаев В.А. "__" ____________ 20_____ г.

Ставрополь

МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Данилов М.И., Романенко И.Г., Мамаев В.А.

 

ИФОРМАНИОННО - ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

КУРС ЛЕКЦИЙ

 

Направление подготовки 140400.62 Электроэнергетика и электротехника

Профиль подготовки «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»,

«Электроснабжение»,

«Электроэнергетические системы и сети»

Квалификация выпускника бакалавр

 

 

Ставрополь

Печатается по решению

Учебно-методического совета

Северо-Кавказского федерального

университета

УДК

ББК

 

 

Рецензенты: к-т техн. наук Гринь А.И.

к-т техн. наук ХабаровА.Н.

 

 

Данилов М.И., Романенко И.Г., Мамаев В.А. Информационно - измерительная техника и электроника: учебное пособие. – Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2014. – 352 с.

 

В настоящем учебном пособии приведены теоретические сведения, необходимые для подготовки к занятиям по дисциплине «Информационно-измерительная техника и электроника». Учебное пособие составлено в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и программой дисциплины «Информационно-измерительная техника и электроника» и предназначено для студентов направления подготовки 140400.62 Электроэнергетика и электротехника профилей «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», «Электроэнергетические системы и сети», «Электроснабжение».

 

 

© ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский

федеральный университет», 2014

Содержание

 

Лекция 1. 10

Тема: Общие сведения об измерении физических величин

Вопросы для изучения

1. Общие сведения об измерении физических величин. Термины и определения

2. Классификация видов и методов измерений. Классификация погрешностей измерений

Лекция 2. 28

Тема: Технические средства и методы измерений

Вопросы для изучения

1. Технические средства измерений электрических величин. Классификация средств измерений. Метрологические характеристики средств измерений

2. Электромеханические измерительные приборы. Электронные измерительные приборы

3. Цифровые измерительные приборы

Лекция 3. 51

Тема: Технические средства и методы измерений

Вопросы для изучения

1. Методы и средства измерений электрических величин. Измерение постоянного тока и напряжения. Измерение переменного тока и напряжения

2. Измерение мощности и энергии. Измерение фазы и частоты

Лекция 4. 64

Тема: Технические средства и методы измерений

Вопросы для изучения

1. Методы и средства измерений параметров измерительных цепей. Измерение сопротивления постоянному току

2. Измерение емкости и тангенса угла потерь. Измерение индуктивности, добротности и взаимной индуктивности

Лекция 5. 73

Тема: Общие характеристики аналоговых сигналов и устройств

Вопросы для изучения

1. Общие характеристики аналоговых сигналов и устройств. Виды и характеристики аналоговых сигналов, информационные параметры сигналов

2. Основные функциональные узлы электронных устройств. Основные типы электрических схем. Характеристики простейшей электрической цепи

Лекция 6. 82

Тема: Элементная база современных электронных устройств

Вопросы для изучения

1. Пассивные элементы электронных устройств. Классификация элементов электронных устройств. Резисторы. Конденсаторы. Катушки индуктивности

Лекция 7. 96

Тема: Элементная база современных электронных устройств

Вопросы для изучения

1 Полупроводниковые приборы. Принцип образования и основные свойства p-n-перехода. Полупроводниковые диоды

2 Биполярные и униполярные транзисторы. Тиристоры

3 Индикаторы. Классификация и характеристики устройств отображения информации. Полупроводниковые индикаторы. Газоразрядные индикаторы. Жидкокристаллические индикаторы

 

Лекция 8. 115

Тема: Усилители переменного и постоянного токов

Вопросы для изучения

1. Назначение, классификация и основные параметры усилителей

2. Обратная связь в усилителях

3. Резистивно-емкостные усилители. Погрешности резистивно-емкостного усилителя. Разновидности резистивно-емкостных усилителей. Усилители мощности

Лекция 9. 128

Тема: Преобразователи и генераторы на базе операционных усилителей

Вопросы для изучения

1. Усилительные каскады на полевых транзисторах. Многокаскадные усилители. Усилители постоянного тока с непосредственными связями

Лекция 10. 133

Тема: Преобразователи и генераторы на базе операционных усилителей

Вопросы для изучения

1. Операционные усилители. Дифференциальные каскады усилителей постоянного тока

2. Общие сведения об операционных усилителях. Параметры и характеристики операционных усилителей. Погрешности операционных усилителей

Лекция 11. 145

Тема: Преобразователи и генераторы на базе операционных усилителей

Вопросы для изучения

1. Преобразователи на базе операционных усилителей. Схемы генераторов и формирователей на базе ОУ. Гармонические генераторы на ОУ

2. Релаксационные формирователи и генераторы. Усилители с преобразованием спектра входного сигнала. Интегральное исполнение операционных усилителей и компараторов

Лекция 12. 157

Тема: Вторичные источники питания электронной аппаратуры

Вопросы для изучения

1. Классификация вторичных источников питания. Аналоговые вторичные источники питания

2. Принцип импульсной стабилизации напряжения. Импульсные вторичные источники питания

Лекция 13. 166

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства

Вопросы для изучения

1. Основные понятия импульсной техники. Параметры импульсных сигналов. Импульсные цепи

2. Интегрирующая цепь. Неискажающая цепь. Разделительная цепь. Дифференцирующая цепь

Лекция 14. 175

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства

Вопросы для изучения

1. Математическое введение в цифровую технику. Системы счисления, используемые в цифровой технике

2. Числовые коды, представление отрицательных чисел

Лекция 15. 184

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства

Вопросы для изучения

1. Основы алгебры логики. Определение функции алгебры логики

2. Минимизация функций алгебры логики

Лекция 16. 196

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства

Вопросы для изучения

1. Логические элементы. Транзисторные ключи

2. Базовый логический элемент И-НЕ серии ТТЛ. Базовый логический элемент И-НЕ серии КМОП. Базовый логический элемент ИС серии ЭСЛ

Лекция 17. 207

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства

Вопросы для изучения

1. Понятие комбинационного цифрового устройства, микросхемы комбинационного типа малой степени интеграции. Синтез комбинационного цифрового устройства

2. Сумматоры. Дешифраторы и шифраторы. Мультиплексоры и демультиплексоры. Цифровые компараторы

Лекция 18. 221

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства

Вопросы для изучения

1 Определение последовательностного цифрового устройства

2 Триггеры. Счетчики. Регистры

Лекция 19. 242

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства

Вопросы для изучения

1 Полупроводниковые запоминающие устройства. Общая характеристика полупроводниковых запоминающих устройств

2 Статическое оперативное запоминающее устройство. Динамическое оперативное запоминающее устройство. Постоянное запоминающее устройство

Лекция 20. 259

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства

Вопросы для изучения

1 Преобразователи кодов. Использование ПЗУ в качестве преобразователя кодов, преобразователи двоично-десятичных кодов

2 Преобразователи для элементов индикации

Лекция 21. 271

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства

Вопросы для изучения

1. Программируемые логические интегральные схемы. Принципы структурной организации программируемых логических интегральных схем

2. Особенности проектирования цифровых устройств на базе ПЛИС

Лекция 22. 279

Тема: Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи

Вопросы для изучения

1. Общие принципы и характеристики аналого-цифрового и цифроаналогового преобразований

2. Цифроаналоговые преобразователи. Аналого-цифровые преобразователи

Лекция 23. 301

Тема: Измерительные информационные системы

Вопросы для изучения

1 Виды и структуры измерительных информационных систем. Основные компоненты измерительных информационных систем

2 Математические модели и алгоритмы измерения измерительных информационных систем

Лекция 24. 308

Тема: Измерительные информационные системы

Вопросы для изучения

1 Телеизмерительные системы. Системы автоматического контроля

2 Системы технической диагностики. Системы распознавания образов. Статистические измерительные системы

Лекция 25. 321

Тема: Измерительные информационные системы

Вопросы для изучения

1. Компьютерные измерительные системы

2. Интеллектуальные измерительные системы. Интерфейсы измерительных информационных систем. Метрологический анализ

Лекция 26. 332

Тема: Измерительные информационные системы

Вопросы для изучения

1. Примеры телеизмерительных систем и систем автоматического контроля в энергетике

Лекция 27. 343

Тема: Измерительные информационные системы

Вопросы для изучения

1. Автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ)

Список рекомендуемой литературы.. 352

Предисловие

Целью дисциплины «Информационно-измерительная техника и электроника» является формирование согласно ООП ВПО набора профессиональных компетенций ПК-10, ПК-12, ПК-17, ПК-18, ПК-19, ПК-20, ПК-38, ПК-45 будущего бакалавра по направлению 140400.62 Электроэнергетика и электротехника. Дисциплина относится к профессиональному циклу Б.3.В.3 ООП ВПО и предполагает знание студентами следующих дисциплин: «Высшая математика» (Б2.Б.1), «Физика» (Б2.Б.2), «Информатика» (Б2.Б.5), «Теоретические основы электротехники» (Б3.Б.1). В результате изучения дисциплины у студента формируются указанные выше компетенции, приобретаются знания основ аналоговой и цифровой электроники, базовых принципов построения электронных схем, устройства и назначения информационно-измерительных приборов и систем, а также навыки использования информационно-измерительной техники в системах электроснабжения и методов расчета простых аналоговых и цифровых электронных схем.

Учебно-тематический план дисциплины

№ п/п	Раздел дисциплины	Семестр	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость в зач.ед. (часах)	Формы текущего контроля успеваемости (по разделам дисциплины) Форма промежуточной аттестации (по семестрам)
Лекции	Практические занятия	Лабораторные работы	СРС
	Раздел 1. Информационно-измерительная техника		0,22 (8)	0,06 (2)	0,11 (4)	0,03 (1)	Устный опрос
	Тема 1. Общие сведения об измерении физических величин.
	Тема 2. Технические средства и методы измерений.
	Радел 2. Электроника		1,28 (46)	0,94 (34)	0,89 (32)	2,47 (89)	Устный опрос
	Тема 3. Общие характеристики аналоговых сигналов и устройств.
	Тема 4. Элементная база современных электронных устройств.
	Тема 5. Усилители переменного и постоянного токов.	5,6
	Тема 6. Преобразователи и генераторы на базе операционных усилителей.
	Тема 7. Вторичные источники питания электронной аппаратуры.
	Тема 8. Основы цифровой электроники, цифровые устройства.
	Тема 9. Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи.
	Тема 10. Измерительные информационные системы.
	Зачет в 5 семестре					0,03 (1)	накопительный
	Экзамен в 6 семестре					0,03 (1)	устный
	ИТОГО		1,5 (54)	(36)	(36)	2,5 (90)

Лекция 1

Вопросы для изучения.

1. Общие сведения об измерении физических величин. Термины и определения.

2. Классификация видов и методов измерений. Классификация погрешностей измерений.

1. Общие сведения об измерении физических величин. Термины и определения.

Объект измерения – тело (физическая система, процесс, явление и т.д.), которое характеризуется одной или несколькими измеряемыми физическими величинами.

Физическая величина – одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Единица измерения физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин.

Система физических величин – совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин.

В Российской Федерации используется Международная система единиц (СИ), введенная ГОСТ 8.417-2002 «ГСИ. Единицы физических величин», которая должна обозначаться символами LMTIТЕТАNJ, обозначающими соответственно символы основных величин – длины L, массы M, времени T, силы электрического тока I, температуры ТЕТА, количества вещества N и силы света J.

Истинное значение физической величины – значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину. Оно может быть получено только в результате бесконечного процесса измерений с бесконечным совершенствованием методов и средств измерений.

Действительное значение физической величины – значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

Измерение – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.

Измеряемая величина – физическая величина, подлежащая измерению, измеряемая или измеренная в соответствии с основной целью измерительной задачи.

Единство измерений (МИ 2365-96) – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах или шкалах измерений, а неопределенности (погрешности) результатов измерений не выходят за установленные границы (с заданной вероятностью).

Результат измерения физической величины – значение величины, полученное путем ее измерения.

Погрешность результата измерения – отклонение результата измерения от () истинного (действительного) значения измеряемой величины. Истинное значение величины неизвестно, его применяют только в теоретических исследованиях. На практике используют действительное значение величины , в результате чего погрешность измерения определяют по формуле: , где – измеренное значение величины.

В зависимости от формы выражения различают абсолютную, относительную и приведенную погрешность измерения.

Абсолютная погрешность измерения – погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины, которая определяется или .

Относительная погрешность измерения – погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению измеряемой величины, и определяется или .

Точность результата измерений – одна из характеристик качества измерений, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения. Высокая точность измерения соответствует малым погрешностям. Количественно точность оценивают обратной величиной модуля относительной погрешности, например, если погрешность составляет 0,01, то точность равна 100.

Сходимость – близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повторно одними и теми же средствами, одним и тем же методом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью. Сходимость измерений отражает влияние случайных погрешностей на результат измерения.

Воспроизводимость – характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, полученных, разными методами, средствами, в разное время, но приведенных к одним и тем же условиям (температура, давление, влажность и др.).

Правильность – характеристика качества измерений, отражающая близость к нулю систематических погрешностей в их результатах.

Достоверность – характеристика качества измерений, отражающая доверие к их результатам и вероятность (доверительную) того, что истинное значение измеряемой величины находится в указанных границах (доверительных). Измерения подразделяют на достоверные и недостоверные в зависимости от того, насколько известны вероятностные характеристики их отклонения от действительного значения измеряемых величин.

Лекция 2

Вопросы для изучения.

1. Технические средства измерений электрических величин. Классификация средств измерений. Метрологические характеристики средств измерений.

2. Электромеханические измерительные приборы. Электронные измерительные приборы.

3. Цифровые измерительные приборы.

Лекция 3

Вопросы для изучения.

1. Методы и средства измерений электрических величин. Измерение постоянного тока и напряжения. Измерение переменного тока и напряжения.

2. Измерение мощности и энергии. Измерение фазы и частоты.

Лекция 4

Вопросы для изучения.

1. Методы и средства измерений параметров измерительных цепей. Измерение сопротивления постоянному току.

2. Измерение емкости и тангенса угла потерь. Измерение индуктивности, добротности и взаимной индуктивности.

Лекция 5

Вопросы для изучения.

1. Общие характеристики аналоговых сигналов и устройств. Виды и характеристики аналоговых сигналов, информационные параметры сигналов.

2. Основные функциональные узлы электронных устройств. Основные типы электрических схем. Характеристики простейшей электрической цепи.

Лекция 6

Вопросы для изучения.

1. Пассивные элементы электронных устройств. Классификация элементов электронных устройств. Резисторы. Конденсаторы. Катушки индуктивности.

Лекция 7

Вопросы для изучения

1 Полупроводниковые приборы. Принцип образования и основные свойства p-n-перехода. Полупроводниковые диоды.

2 Биполярные и униполярные транзисторы. Тиристоры.

3 Индикаторы. Классификация и характеристики устройств отображения информации. Полупроводниковые индикаторы. Газоразрядные индикаторы. Жидкокристаллические индикаторы.

1. Полупроводниковые приборы. Принцип образования и основные свойства p-n-перехода. Полупроводниковые диоды.

Для преобразования электрических сигналов недостаточно использования в цепях пассивных линейных элементов. Для этих цепей в электронике широко применяются различные активные элементы, обладающие необходимыми нелинейными характеристиками. В качестве таких элементов используют полупроводниковые приборы, работа большинства которых основана на свойствах -перехода (электронно-дырочного перехода).

Электронно-дырочным переходом (ЭДП) называют область, возникающую на границе раздела полупроводников - и -типа. ЭДП можно получить вплавлением (резкий переход) или диффузией (плавный переход) в полупроводниковый монокристалл примесей, создающих тип проводимости, противоположный типу проводимости исходного монокристалла.

Электрические свойства ЭДП можно понять, если рассмотреть процесс его образования. Концентрация электронов в -области n_n (основные носители) во много раз больше их концентрации в p- области n_p (неосновные носители). Поэтому при образовании р-n- перехода из-за существования градиента концентрации носителей заряда происходит диффузия электронов из p- области в n -область кристалла, а дырок – из р -области в n -область. В результате этого вблизи границы ЭДП в n -области остается связанный положительный объемный заряд ионизированных доноров (атомов примеси, обогащающей исходный монокристалл отрицательными носителями заряда – электронами), а в p- области – отрицательный объемный заряд ионизированных акцепторов (атомов примеси, обогащающей исходный монокристалл положительными носителями заряда – дырками). Эти объемные заряды образуют электрическое поле, препятствующее дальнейшей диффузии электронов и дырок. Возникает запирающий слой, в котором практически отсутствуют подвижные носители заряда, вследствие чего его сопротивление велико. Устанавливается равновесие, при котором падение напряжения на границе р- и n- областей, называемое потенциальным барьером или контактной разностью потенциалов, принимает стационарное значение. При этом полный ток через p-n- переход равен нулю. Ширина области запирающего слоя (ширина p-n- перехода) зависит от метода изготовления ЭДП и концентрации основных носителей в n- и p- областях и тем больше, чем меньше эти концентрации. Если к ЭДП приложить электрическое напряжение , то равновесие нарушится. При обратном смещении (положительный потенциал приложен к n- области) потенциальный барьер для основных носителей возрастет, вследствие чего ток через переход за счет основных носителей уменьшится до нуля. Однако по цепи источник питания – переход протекает ток, вызванный неосновными носителями заряда (дырками в n- области и электронами в p- области), для которых потенциальный барьер уменьшится. Их концентрация много меньше, чем концентрация основных носителей заряда, поэтому ток неосновных носителей мал, кроме того, он слабо зависит от обратного напряжения на переходе, поскольку их концентрация постоянна для данной температуры, и носит название обратного, или теплового, тока p-n- перехода.

Увеличение обратного напряжения может привести к пробою p-n- перехода. Под пробоем понимают явление резкого возрастания тока через переход, вызванное увеличением числа подвижных носителей заряда в этой области. Различают два основных вида пробоя: электрический и тепловой. В первом случае увеличение числа подвижных носителей заряда происходит за счет процессов ударной (лавинной) ионизации атомов, во втором – вследствие нарушения теплового равновесия и повышения температуры полупроводника. Напряжение, при котором происходит пробой, называется пробивным .

При прямом смещении (положительный потенциал приложен к p- области) потенциальный барьер запирающего слоя уменьшается. Основные носители заряда пересекают ЭДП, образуя прямой ток через переход, который может достигать значительной величины. Этот процесс называют инжекцией носителей. Инжектированные носители заряда диффундируют вглубь полупроводника, рекомбинируя с носителями заряда, приходящими из внешней цепи.

Прямой ток через ЭДП устанавливается не мгновенно из-за инерционности, которая обусловлена процессами рекомбинации и характеризуется временем жизни носителей заряда. Величина определяет частотные характеристики полупроводниковых приборов. На рисунке 7.1 приведена вольт-амперная характеристика ЭДП, на которой различают прямую ветвь (1-й квадрант) и обратную ветвь (3-й квадрант).

Рисунок 7.1 – Вольт-амперная характеристика. ЭДП: – напряжение пробоя; – обратный ток перехода

Полупроводниковые диоды.

Полупроводниковым диодом называют электропреобразовательный прибор с двумя выводами, принцип действия которого основан на использовании свойств ЭДП.

В зависимости от оформления p-n- перехода различают плоскостные и точечные полупроводниковые диоды. В плоскостных диодах граница между областями полупроводника представляет собой плоскость соприкосновения, в точечных диодах полупроводник контактирует с металлической иглой (ЭДП полупроводник – металл). На рисунке 7.2 приведена в качестве примера структура плоскостного диода, изготовленного методом вплавления.

Рисунок 7.2 – Структурная схема плоскостного диода

Типы полупроводниковых диодов (рисунок 7.3).

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный. В качестве основных материалов используются кремний и германий. Прямое напряжение и рабочая температура кремниевых диодов выше, чем германиевых. Частотные характеристики лучше у германиевых диодов. Диапазон прямых токов и допустимых обратных напряжений диодов весьма широк: от десятков миллиампер до сотен ампер и от десятков вольт до десятков киловольт, соответственно. Диапазон обратных токов в зависимости от типа диода может составлять от единиц микроампер до единиц миллиампер. Обратный ток диода характеризует неидеальность его выпрямительных свойств. С этой точки зрения кремниевые диоды, имеющие существенно меньшие обратные токи, перспективнее германиевых.

Высокочастотные диоды предназначены для использования в качестве ключевых элементов в импульсных схемах. Для диода состояние «включено» соответствует прямому смещению p-n- перехода, состояние «выключено» – обратному. Характерной особенностью этих диодов является малая емкость перехода. Слабая зависимость напряжения от тока в области электрического пробоя используется для стабилизации напряжения с помощью полупроводниковых диодов – стабилитронов. Основным параметром этих диодов является напряжение стабилизации.

Рисунке 7.3 – Условные графические обозначения диодов: а – выпрямительный; б – стабилитрон; в – варикап; г – туннельный; д – диод Шоттки (контакт: полупроводник – металл); е – светодиод; ж – фотодиод; з – диодный оптрон (оптоопара)

Варикапы (параметрические диоды) используются в качестве конденсаторов переменной емкости. Принцип действия их основан на свойстве барьерной емкости обратно смещенного перехода изменять свою величину в зависимости от приложенного напряжения. Варикапы широко применяются в схемах автоматической подстройки частоты, амплитудной и частотной модуляции, в схемах параметрических усилителей и др.

Светодиоды – приборы с p-n- переходом, которые излучают свет при прохождении через них прямого тока. Светодиоды являются источниками некогерентного излучения, изготовляются на основе полупроводниковых материалов, вероятность излучательной рекомбинации в которых высока. Одним из основных параметров светодиодов является длина волны излучаемого света, которая определяет цвет излучения. Светодиоды находят широкое применение в качестве буквенно-цифровых индикаторов и индикаторных панелей, в установках аварийной сигнализации, системах ночного видения, контрольно-цифровой аппаратуре и др.

Туннельные диоды используются в схемах генераторов и усилителей СВЧ-диапазона, в быстродействующих ключевых и импульсных схемах и др. Принцип действия их основан на туннельном эффекте, который возможен в случае сверхмалой толщины ЭДП. Туннельные диоды изготовляют на основе таких высоколегированных полупроводниковых материалов, как Ge и GaAs.

Фотодиоды используются в качестве приемников светового излучения, принцип работы основан на генерации под действием квантов света пар носителей заряда, которые разделяются р-п- переходом, образуя на выходных выводах фотоЭДС. Фотодиоды работают при обратном смещении перехода и используются в двух основных режимах: в качестве датчика освещенности (режим фотоЭДС) и переменного сопротивления, включаемого последовательно с нагрузкой и зависящего от внешней освещенности. Очень широко используется комбинация светодиод–фотодиод, конструктивно объединенная в одном приборе, называемом оптроном или оптопарой. Такие оптопары служат для идеальной гальванической развязки маломощных управляющих и мощных нагрузочных цепей.

Лекция 8

Вопросы для изучения.

1. Назначение, классификация и основные параметры усилителей.

2. Обратная связь в усилителях.

3. Резистивно-емкостные усилители. Погрешности резистивно-емкостного усилителя. Разновидности резистивно-емкостных усилителей. Усилители мощности.

Лекция 9

Вопросы для изучения.

1. Усилительные каскады на полевых транзисторах. Многокаскадные усилители. Усилители постоянного тока с непосредственными связями.

Лекция 10

Вопросы для изучения.

1. Операционные усилители. Дифференциальные каскады усилителей постоянного тока.

2. Общие сведения об операционных усилителях. Параметры и характеристики операционных усилителей. Погрешности операционных усилителей.

Лекция 11

Вопросы для изучения.

1. Преобразователи на базе операционных усилителей. Схемы генераторов и формирователей на базе ОУ. Гармонические генераторы на ОУ.

2. Релаксационные формирователи и генераторы. Усилители с преобразованием спектра входного сигнала. Интегральное исполнение операционных усилителей и компараторов.

Лекция 12

Вопросы для изучения.

1. Классификация вторичных источников питания. Аналоговые вторичные источники питания.

2. Принцип импульсной стабилизации напряжения. Импульсные вторичные источники питания.

Лекция 13

Основные понятия импульсной техники. Параметры импульсных сигналов. Импульсные цепи.

В общем смысле под импульсной техникой следует понимать совокупность методов расчета и технических средств, позволяющую реализовать устройства логической обработки импульсных сигналов. Источником импульсных сигналов служат формирователи и генераторы, вырабатывающие либо одиночные импульсы с заданными параметрами (формирователи), либо импульсные последовательности (генераторы). В любом случае необходимо знать систему параметров, характеризующую импульсный сигнал, поскольку от этих параметров зависит устойчивость работы импульсного устройства.

В импульсной технике в основном используются так называемые видеоимпульсы, не имеющие высокочастотного заполнения различной формы: прямоугольные, трапецеидальные, треугольные, экспоненциальные и др. Однако наиболее часто используются прямоугольные импульсы.

Прямоугольным импульсным сигналом принято называть скачкообразное изменение токов и напряжений, при котором параметры могут принимать только два значения: высокое и низкое. В так называемой положительной логике высокому уровню соответствует логическая 1, низкому – логический 0, в отрицательной логике наоборот. На рисунке 13.1 приведена временная диаграмма прямоугольного импульса с характеризующими его параметрами.

Длительности фронтов импульса представляют собой время, в течение которого напряжение импульса изменяется с 10 до 90 % максимального значения – передний фронт, или с 90 до 10 % - задний фронт.