Лекции по схемотехнике ЭС

1.1.Классические схемы усилителей напряжения на биполярных транзисторах.
Схема с общим эмиттером.

Схема с общим коллектором.

1.2.Расчет усилителя напряжения на биполярном транзисторе с
общим эмиттером.
Схема рис.1.
Порядок расчета:
1)Расчет по постоянному току.
Постоянная составляющая тока коллектора:

Сопротивление резистора в цепи коллектора:

Сопротивление резистора в цепи эмиттера:

Начальное напряжение на эмиттере:
.
Начальное напряжение на базе
ЕБ0=ЕЭ0+0,6
Постоянная составляющая тока базы:

Значение сопротивлений резисторов делителя в цепи базы находится из системы уравнений:


2)Расчет по переменному току.
Амплитуда тока коллектора:

Сопротивление цепи коллектора по переменному току:

Амплитуда напряжения по нагрузке:

Амплитуда тока базы:


Мощность первой гармоники тока коллектора:

Мощность, выделяемая на нагрузке:

Мощность, затрачиваемая источником питания:
Р0=ЕкIк0
Мощность, рассеиваемая на коллекторе:
Pк=Р0 – Р1
Коэффициент полезного действия:

Коэффициент усиления:
,
где ZЭ –сопротивление эмиттерного перехода.
Амплитуда напряжения на базе:

Мощность в цепи базы (входная):

Входное сопротивление усилителя:

Величина емкости разделительного конденсатора на входе:

Величина емкости разделительного конденсатора на выходе:

Величина емкости блокированного конденсатора:

1.3. Типы усилителей мощности сигналов, используемых в системах автоматики.
Схема с общим эмиттером, с трансформаторным выходом, работающая в режиме класса А.

Двухтактная схема с трансформаторным выходом, работающая в режиме класса B.

Двухтактная безтрансформаторная схема.

1.4.Схемы на основе операционного усилителя.
Инвертирующий усилитель.

Неинвертирующий усилитель.

Дифференциальный усилитель.

Сумматор.

Интегратор.

Дифференцирующий усилитель.

Избирательный усилитель.
общая схема.

Одна из возможных реализаций с двойным Т-образным мостом.

2.Генераторы в электронных схемах.
2.1.Условия самовозбуждения генератора.
?К??? ? ?=1 - баланс амплитуд.
?(?0)+?(?0)=0,2?… - баланс фаз.
где К – коэффициент усиления усилителя,
? – коэффициент передачи обратной связи,
? – фазовый сдвиг на частоте колебаний усилителя,
? – фазовый сдвиг звена обратной связи.
2.2.
Индуктивная 3-х точка.
- резонантная частота;
- характеристическое сопротивление;
- добротность;
r – сопротивление провода катушки.

Емкостная 3-х точка.

2.3. RC – генератор на биполярном транзисторе.

Коэффициент передачи одного RC – звена:
;
- фазовый сдвиг.
При одинаковых звеньях фазовый сдвиг одного должен быть
.
2.4. Генераторы прямоугольных колебаний можно реализовать на логических элементах, автоколебательных мультивибраторах (напр.531 ГГ1), операционных усилителях (напр.140 УД6), таймерах (напр.1006 ВИ1).
3. Цифровые устройства электронных схем.
3.1.Триггерные устройства:

Q R S Qn+1
0 0 Qn
0 1 1 555TP2
1 0 0
1 1 x

Тактируемый RS-триггер.

D C Qn+1
x 0 Qn
1 1 155TM2
0 0


D - триггер.


Qn+1=Qn при каждом тактовом импульсе.

Счетный триггер.
J K Qn+1
0 0 Qn
1 0 1 155TB1
0 1 0
1 1 Qn

J-K-триггер.
3.2. Регистры.
Регистр- устройство, предназначенное для записи, хранения, преобразования и выдачи цифровой информации.
Основные параметры - количество разрядов и быстродействие. По способу записи числа подразделяются на параллельные, последовательные и параллельно-последовательные.

Параллельный регистр. Запись числа одновременно во всех разрядах.

Обозначение на схемах.
Qn Qn-1 Q1
Вход

Последовательный (сдвиговый) регистр.

Условное обозначение.

Запись числа поразрядно в старший или младший разряд с последующим продвижением числа по регистру. За один тактовый импульс записывается один разряд числа.
Пример микросхемы - параллельного регистра 155ИР15.
Сдвиговый регистр 155ИР13.
3.3. Счетчики.
Устройства, предназначенные для подсчета количества импульсов. Основные параметры - коэффициент счета Ксч и быстродействие. По значению Ксч различают счетчики простые двоичные (Ксч=2n, где n-число разрядов счетчика), двоично-десятичные (Ксч=10k, где k=1,2,3,…) и с устанавливаемым (переменным) Ксч<2n.
По виду меж разрядных связей различают счетчики:
– с непосредственной связью.
– со связью по цепям переноса.
– с комбинированными связями.
По направлению счета: суммирующие, вычитающие, реверсивные.
По способу соединения разрядных триггеров счетчики с непосредственными связями подразделяют на последовательные, параллельные (синхронные), параллельно-последовательные.
Пример построения последовательного счетчика:

Количество импульсов, поступивших на вход счетчика, определяется по состоянию выходов разрядов счетчика.
Пример синхронного счетчика:

Коэффициент счета Ксч <2n устанавливается введением обратных связей с выходов некоторых разрядов счетчика на вход "Сброс”.
3.4. Принципы построения схем памяти.
Классификация схем памяти:
– оперативные запоминающие устройства (ОЗУ)
(статические, динамические, регистровые).
– постоянные запоминающие устройства (ПЗУ)
(матричные, программируемые пользователем, программируемые логические матрицы, ре-программируемые).
Основная составляющая часть ОЗУ – массив элементов памяти, объеденных в матрицу – накопитель. Элемент памяти хранит один бит информации. Каждый элемент памяти имеет свой адрес. Разрядность кода адреса определяет емкость памяти N=2m. Большинство ОЗУ имеют одноразрядную организацию. По типу элементы памяти разделяют на статические и динамические. Статические выполняются на триггерах, динамические – на конденсаторах. Динамические ОЗУ нуждаются в периодической перезаписи информации (регенерации), которая выполняется спиральной схемой (контроллером).
ПЗУ имеют словарную организацию. Слово – (n-разрядное двоичное число) хранится в ячейке памяти и имеет свой адрес.
Емкость ПЗУ N=2m?n.
Примеры микросхем – ОЗУ: 565РУ2, 555ИР26.
ПЗУМ - 155РЕ21, ППЗУ – 556РТ5, РПЗУ – 558ПП1,573РФ5.
Пример обозначения на принципиальных схемах:

3.5. Принципы построения ЦАП и АЦП.
Цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) называют устройства, генерирующие выходную аналоговую величину, соответствующую цифровому коду, поступающему на вход преобразователя.
Большинство схем ЦАП основано на суммировании тактов, величина каждого из которых пропорциональна весу цифрового разряда, причем суммироваться токи разрядов, на входах которых стоит ''1'' .

Пример построения ЦАП:

Токи задаются резисторами. Ключи выполняются на транзисторах или микросхемах. У этой схемы ЦАП существенный недостаток – большой диапазон сопротивлений резисторов. Свободна от этого недостатка схема ЦАП с использованием цепочной схемы R-2R, у которой любая ее часть имеет выходное сопротивление равное R.
Параметры ЦАП:
– разрешающая способность – значение младшего значащего разряда (МЗР). Она зависит от разрядности ЦАП.n – разрядный ЦАП имеет разрешающую способность Uоп/2n.
– Время установления.
– Монотонность.
– Нелинейность.
Примеры микросхем ЦАП: 572ПА2, 594ПА1.
Пример обозначения ЦАП на схемах:

Аналого-цифровые преобразователи.
АЦП преобразует уровень напряжения в двоичный код.
Основные типы:
– интегрирующие
– с широко импульсной модуляцией
– с поразрядным уравновешиванием
– параллельные
– каскадные
– следящие (с ЦАП в обратной связи).
Основные параметры:
– число двоичных разрядов
– быстродействие преобразования
– нелинейность характеристики (интегральная и дифференциальная)
– помехоустойчивость.
Характеристика преобразователя:
U
Пример АЦП, реализующего принцип двухтактного интегрирования:

Вначале вход интегратора закорачивается и производится измерение собственного дрейфа нуля. Затем интегрируется в течение времени Т1, на вход интегратора подается опорное напряжение противоположного знака и по модулю больше преобразуемого. Начнется процесс разряда интегратора до тех пор, пока напряжение интегратора не достигнет исходного уровня. Время Т2 пропорционально величине преобразуемого напряжения Ux. В течение этого времени на счетчик подаются тактовые импульсы. Цифровой индикатор зафиксирует величину Ux.
Пример условного обозначения:
4. Расчет усилителя мощности по двухтактной бестрансформаторной схеме.
4.1. Расчетные формулы.
Амплитуда напряжения на нагрузке:
Амплитуда тока нагрузки:
Амплитуда тока базы:
Амплитуда входного напряжения (напряжения на базе):
Сопротивление резисторов в цепи базы:
Ток, протекающий через диоды.
Ответы:
Вариант Uн
(B) Iн
(A) Uвхм
(B) Iбш
(A) R1,2
(B) Iд
(A)
1 5,66 1,42 6,26 0,071 80,8 0,22
2 6,32 1,58 6,92 0,079 80,6 0,23
3 4,9 1,22 5,5 0,061 106,6 0,158
4 5,65 1,42 6,25 0,028 205 0,086
5 6,32 1,58 6,92 0,032 158,8 0,115
6 4,9 1,22 5,5 0,024 270,8 0,062
7 5,66 0,7 6,26 0,035 164 0,108
8 6,93 0,86 7,53 0,043 104 0,182
9 4 0,5 4,6 0,025 296 0,054
10 5,66 0,7 6,26 0,014 410 0,043
11 6,93 0,86 7,53 0,017 263 0,072
12 4 0,5 4,6 0,01 740 0,022
13 8 1 8,6 0,05 148 0,162
14 8,94 1,12 9,54 0,057 113 0,22
15 6,93 0,86 7,53 0,043 197 0,116
16 8 1 8,6 0,02 370 0,065
17 11,3 1,4 11,8 0,028 432 0,082
18 12,6 1,58 13,2 0,032 337 0,108
19 9,8 1,22 10,4 0,024 567 0,06
20 8,94 2,24 9,54 0,045 321 0,103