Частота пульсаций равна частоте переменного тока.

б. Однофазный двухполупериодный выпрямитель

Рис.2 а - схема мостового выпрямителя, б - диаграммы напряжений и токов: верхняя - входное напряжение, средняя – выходное напряжение, нижняя – выпрямленного тока.

 

Частота пульсаций равна удвоенной частоте переменного тока.

Рис.3 а - схема нулевого выпрямителя, б - диаграммы напряжений и токов: верхняя - входное напряжение, средняя – выходное напряжение, нижняя – выпрямленного тока.

Обратное напряжение в 2 раза больше, чем у мостового. Частота пульсаций равна удвоенной частоте переменного тока.

в. Трехфазный нулевой выпрямитель

Рис. 4 а - схема трехфазного нулевого выпрямителя, б - диаграммы напряжений: верхняя - входное напряжение, нижняя – выходное напряжение.

Частота пульсаций равна утроенной частоте переменного тока.

в. Трехфазный мостовой выпрямитель

Рис. 5   Схема трехфазного мостового выпрямителя.

 

 

Рис.6 Диаграммы напряжений трехфазного мостового выпрямителя.

Частота пульсаций равна ушестерённой частоте переменного тока.

СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

    Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения применяют сглаживающие фильтры. Их устанавливают на выходе выпрямителя. Схемы наиболее распространенных типов сглаживающих фильтров приведены на рисунках 1 - 4.

Эффективность сглаживающего фильтра оценивают отношением коэффициентов пульсаций входного (до фильтра) и выходного (после фильтра) напряжений: , где  - коэффициент сглаживания;  - коэффициенты пульсаций выпрямленного напряжения до и после фильтра.

 

 

Рис. 5 Диаграмма напряжений: 1 – на входе сглаживающего фильтра, 2 – на его выходе.

 

3. Аналоговая электроника

Усилители на транзисторах

Рис.1 Схемы включения транзисторов: 1 – с общей базой, 2 – с общим эмиттером, 3 – с общим коллектором.

Рис. 2 Типовая схема усилительного каскада с общим эмиттером на биполярном транзисторе.

Рис. 3 Характеристики усилительного каскада с общим эмиттером на биполярном транзисторе: динамическая входная характеристика , повернутая на 90⁰; переходная характеристика ; выходные характеристики .

Точки С и А находятся в зоне насыщения, точки D  и В соответственно в зоне отсечки, а точка покоя Q в рабочей зоне.

Рис. 4 Диаграмма входного и выходного напряжения усилительного каскада с общим эмиттером на биполярном транзисторе.

 

Инверсия фазы учитывается знаком минус в формулах выходного напряжения и коэффициента усиления.

 

Усилители характеризуются рабочим диапазоном частот, внутри которого коэффициент усиления можно считать постоянным и определяется с помощью амплитудно–частотной характеристики (АЧХ).

Рис.1 Амплитудно–частотная характеристика

 

 

Обратная связь

 

Рис. 2 Обратная связь

Введение позволяет создавать не только усилители с необхомимыми свойствами, но и новые классы электронных схем с различными функциональными характеристиками (генераторы, стабилизаторы и т.д.)

Для усилителя с отрицательной обратной связью по напряжению получим:

 

При , коэффициент усиления с обратной связью равен . (Пример: операционный усилитель ОУ)

Рис. 3 Схема дифференциального усилительного каскада.

 

 

Усилители на ОУ – это усилитель на основе интегрального усилителя постоянного тока.

Рис. 4 Условное обозначение ОУ.

Параметры ОУ без обратной связи характеризуются следующими величинами:

, , , ,

где  и  - входное и выходное сопротивления ОУ,  - коэффициент усиления по напряжению ОУ,  - входной ток ОУ

Рис. 5 Инвертирующий усилитель – а., диаграмма входного и выходного напряжения – б.

Коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя с обратной связью:

Рис. 6  Неинвертирующий усилитель – а., диаграмма входного и выходного напряжения – б.

Коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя с обратной связью:

Рис. 7 Схема суммирующего усилителя,

 

 

Рис. 8 Схема интегрирующего усилителя,

 Рис. 9 Схема дифференцирующего усилителя,

Рис. 10 Схема компаратора - устройства, которое осуществляет сравнение измеряемого входного напряжения  с опорным напряжением  и диаграмма выходного напряжения.

Разность напряжений  является входным напряжением  ОУ. При  напряжение , в связи с чем . При  напряжение  и .

ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Избирательным называется усилитель, обладающий способностью выделять полезный сигнал, имеющий заданную частоту, из всего ряда сигналов, поступающих на вход усилителя. Такой усилитель в отличие от широкополосного усилителя имеет узкую полосу пропускания .

ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Генератор представляет собой преобразователь энергии источника постоянного тока в энергию периодических электрических колебаний. Генератор строится на основе усилителя с положительной обратной связью.

 

3. ЦИФРОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Цифрова я форма представления сигнала позволяет использовать для анализа цифровых устройств соответствующий математический аппарат - алгебру логики, которая изучает связь между переменными, принимающими только два значения - 0 или 1.

Основу функциональных узлов цифровых устройств составляют логические элементы. Они выполняют простейшие (элементарные) логические операции над цифровой информацией. Преобразование цифровой информации в двоичном коде включает в себя три элементарные операции:

1) логическое сложение (дизъюнкция, операция ИЛИ), обозначается знаком +:

y = x₁ + x₂ + x₃ +...+ x_n;

2) логическое умножение (конъюнкция, операция И) обозначается знаком × или написанием переменных рядом без знаков разделения:

y = x₁ × x₂ × x₃ ×...× x_n;     

3) логическое отрицание (инверсия, операция НЕ), обозначается чертой над переменной:

y = .

Логика функциональной связи задается таблицей истинности (таблицы 1-3 для элементов ИЛИ, И, НЕ).

Рис.1 Логические элементы ИЛИ, И, НЕ.

Элемент ИЛИ - НЕ реализует логическую операцию .

Рис. 2 Логический двухвходовый элемент ИЛИ-НЕ и таблица истинности.

Элемент И - НЕ реализует логическую операцию .

 

Рис. 3 Логический двухвходовый элемент И-НЕ и таблица истинности.

Логические элементы в интегральном исполнении, представляющие комбинацию ранее рассмотренных элементов и позволяющие осуществлять более сложные логические операции.

Рис. 4 Логический элемент 2И - ИЛИ - НЕ, реализующий функцию .

ТРИГГЕР

Триггером называют логическую схему с положительной обратной связью, имеющую два устойчивых состояния. Одно из этих состояний принимается за логическую единицу и называется единичным. Другое состояние принимается за логический нуль и называется нулевым.

Рис. 5 Асинхронный RS – триггер, его структура на логических элементах ИЛИ-НЕ, условное обозначение и таблица истинности.

Рис. 6 Синхронный RS – триггер, его структура на логических элементах И-НЕ и его условное обозначение.

Рис.7 Диаграмма состояний синхронного RS – триггера.

Т - триггер применяется в счетчиках импульсов, поэтому его называют счетным триггером.

Характеристическое уравнение Т - триггера имеет вид: .

Каждый очередной входной сигнал (импульс) Т = 1 меняет состояние триггера на противоположное, а нулевой (Т = 0) оставляет его без изменения.

 

Рис. 8 Счётный триггер и его таблица состояний.

 

Рис.9 Временная диаграмма работы Т - триггера и его условное обозначение.

 

D - триггер - это элемент памяти с одним информационным (управляющим) входом, предназначенный для запоминания логических сигналов.

Рис.10 Условное обозначение D- триггера и таблица состояний.

 

Рис.11 Условное обозначение JK – триггера.

 

 На основе JK - триггера могут быть получены RS - триггер, T - триггер, D - триггер, в связи с чем JK - триггер называют универсальным.

Регистры

Регистрами называют функциональные узлы для хранения информации. В зависимости от способа записи информации различают параллельные, последовательные и параллельно-последовательные регистры.

Рис.12 Условное обозначение параллельного регистра.

 

Рис.13. Последовательныйрегистр на D – триггерах и его условное обозначение

                                                                                                

     Пусть на входе первого триггера имеется сигнал, соответствующий логической единице. Записанная в первом такте первым триггером, с каждым последующим тактом передвигается в глубину регистра.

 

Счетчиком называют устройство, предназначенное для счёта числа сигналов, поступающих на его вход.

Рис. 14 Схема двоичного счётчика.

 

Рис.15 Условное обозначение двоичного счётчика и временная диаграмма.

Выходная и входная частоты связаны соотношением f_вых = f_вх / K,

 где К = 2^N.

Дешифраторы

Дешифраторы относятся к логическим схемам комбинационного типа. Различные типы комбинационных схем широко используются в устройствах ввода - вывода и управления современных цифровых систем. Для представления информации используются разнообразные двоичные и двоично-десятичные коды. Поэтому в цифровых системах широко применяются преобразователи кодов, обеспечивающие перевод информации из одной формы в другую.

Рис.16 Схема дешифратора и таблица состояний.

Рис.17 Условное обозначение дешифратора.

Мультиплексор - это функциональный узел, осуществляющий подключение (коммутацию) одного из нескольких входов данных к выходу.

Рис. 18 Схема мультиплексора.

4. Цифровые системы

Цифровые системы – это технические средства, выполняющие законченный процесс обработки цифровой информации, включая её приём, хранение, необходимые преобразования и выдачу. Цифровой системой является, например, микро ЭВМ.

Центральной частью цифровой системы является процессор. Он предназначен для организации работы цифровой системы по заданной программе.

Вся информация, необходимая в процессе работы, хранится в ЗУ. Это обрабатываемые данные, программа их обработки, необходимые константы и стандартные подпрограммы, промежуточные и конечные результаты.

Через УВВ производится ввод информации, поступающей от внешних источников, пультов управления, других цифровых систем. Результаты, полученные после обработки информации, выводятся из цифровой системы через УВВ для дальнейшего использования.

Обработка информации идет по заданной программе и состоит в последовательном выполнении ряда операций. Цифровая система производит операции над двумя видами информации: данными, подлежащими обработке, и командами, составляющими программу их обработки.

Данные и команды хранятся в ЗУ. Команда содержит информацию о виде операции, выполняемой на текущем этапе обработки (код операции), и о расположении операндов – данных, над которыми выполняется операция (адреса).

В набор команд входят как простые, так и относительно сложные команды, например, умножение и деление, реализация которых требует выполнения определенной последовательности нескольких простейших операций, называемых микрооперациями. Команды, определяющие выполнение микроопераций, называются микрокомандами.

Совокупность логических элементов, обеспечивающих выполнение микрооперации, называется функциональным узлом.

Функциональные узлы, входящие в состав одного устройства и выполняющие однотипные микрооперации, объединяются в функциональные блоки.

Характеристики цифровых систем и их область применения сильно зависят от запоминающих устройств (ЗУ). В цифровых системах ЗУ подразделяются на внешние и внутренние.

Внешние ЗУ служат для хранения больших объемов информации (запасов данных и программного обеспечения системы).

Внутренние ЗУ предназначены для хранения данных, используемых при реализации программы работы цифровой системы.

По выполняемым функциям внутренние ЗУ делятся на оперативные и постоянные.

Емкость ЗУ определяется количеством информации, которое может записываться, считываться и храниться в ЗУ. Она измеряется в битах, байтах.

Каждая двоичная цифра – 0 или 1, то есть один разряд двоичного числа называется битом информации. Восемь битов образуют байт. Более крупные величины – килобиты (Кбит), килобайты (Кбайт), мегабайты (Мбайт), гигабайты (Гбайт).

1 Кбит = 2¹⁰ бит = 1024 бит, 1 Кбайт = 2¹⁰ байт = 1024 байт, 1 Мбайт = 1024 Кбайт, 1 Гбайт = 1024 Мбайт.

Один из основных параметров цифровых систем – производительность. Единицей производительности является число операций в секунду.

 

Рис.19 Схема (упрощенная) цифровой системы.

 

 

Технической базой цифровых систем являются интегральные микросхемы. Степень интеграции современных микросхем позволяет создавать на одном кристалле полупроводника сложные цифровые устройства. Такие микросхемы называют большими интегральными схемами (БИС) и сверхбольшими интегральными схемами (СБИС). На основе БИС и СБИС реализованы сложные цифровые системы – микроЭВМ.

Микропроцессор

Микропроцессором (МП) называется программно – управляемое устройство для обработки цифровой информации, реализованное в виде одной или нескольких БИС.

 

 

 

 

Рис.18 Схема микропроцессора 580ВМ80 или INTEL8080.