Недостатки

· Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.

Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем».

6, Однофазные выпрямители. Электрические схемы, принцип работы выпрямителя.

Однополупериодный выпрямитель (четвертьмост)[править | править исходный текст]

Однополупериодный выпрямитель: график напряжения по времени до выпрямления — одна из возможных схем выпрямителя — и график напряжения по времени после выпрямления

Простейшая схема однополупериодного выпрямителя состоит только из одного выпрямляющего ток элемента (диода). На выходе — пульсирующий постоянный ток. Напромышленных частотах (50—60 Гц) не имеет широкого применения, так как для питания аппаратуры требуются сглаживающие фильтры с большими величинами емкости и индуктивности, что приводит к увеличению габаритно-весовых характеристик выпрямителя. Однако схема однополупериодного выпрямления нашла очень широкое распространение в импульсных блоках питания с частотой переменного напряжения свыше 10 кГц, широко применяющихся в современной бытовой и промышленнойаппаратуре. Объясняется это тем, что при более высоких частотах пульсаций выпрямленного напряжения, для получения требуемых характеристик (заданного или допустимого коэффициента пульсаций), необходимы сглаживающие элементы с меньшими значениями емкости (индуктивности). Вес и размеры источников питания уменьшаются с повышением частоты входного переменного напряжения.

Однополупериодный выпрямитель или четвертьмост является простейшим выпрямителем и включает в себя один вентиль (диод или тиристор).

Допущения: нагрузка чисто активная, вентиль — идеальный электрический ключ.

Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке Uн равно нулю.

. Эта величина вдвое меньше, чем в полномостовом.

Недостатки:^[10]

· Большая величина пульсаций

· Сильная нагрузка на вентиль (требуется диод с большим средним выпрямленным током)

· Низкий коэффициент использования габаритной мощности трансформатора (около 0,45) (не путать с КПД, который зависит от потерь в меди и потерь в стали и в однополупериодном выпрямителе почти такой же, как и в двухполупериодном).

Преимущество: экономия на количестве вентилей.

Полумост[править | править исходный текст]

Схема Гренашера

Схема Латура — Делона

На двух диодах и двух конденсаторах, широко известный как «с удвоением напряжения» или «удвоитель Латура — Делона — Гренашера».

Известна также схема с удвоением тока: параллельно единственной вторичной обмоткетрансформатора включаются два последовательно соединённых дросселя, средняя точка соединения между которыми используется как средняя точка в «двухполупериодном выпрямителе со средней точкой». ^[11]

Полный мост (Гретца)[править | править исходный текст]

На четырёх диодах, широко известный как «двухполупериодный», изобретён немецким физиком Лео Гретцем. Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна то есть вдвое больше, чем в четвертьмостовом.

Эквивалентное внутреннее активое сопротивление равно .

Частота пульсаций равна , где — частота сети.

Наибольшее мгновенное значение напряжения на диодах —

7, Трехфазные выпрямители. Электрические схемы и принцип работы выпрямителя.

Наиболее распространены трёхфазные выпрямители по схеме Миткевича В. Ф. (на трёх диодах, предложена им в 1901 г.) и по схеме Ларионова А. Н. (на шести диодах, предложена в 1923 г.). Выпрямитель по схеме Миткевича является четвертьмостовым параллельным, по схеме Ларионова —полумостовым параллельным.^{[12][неавторитетный источник?]}

Три четвертьмоста параллельно (схема Миткевича)[править | править исходный текст]

Три четвертьмостапараллельно (Миткевича В. Ф.)

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной)

(«Частично трёхполупериодный со средней точкой»). Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна:

На холостом ходу и близких к нему режимах ЭДС в ветви с наибольшей на данном отрезке периода обратно смещает (закрывает) диоды в ветвях с меньшей на данном отрезке периода ЭДС и относительное эквивалентное активное сопротивление равно сопротивлению одной ветви При увеличении нагрузки (уменьшении ) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых обе ветви работают на одну нагрузку параллельно и относительное эквивалентное активное сопротивление на этих отрезках равно В режиме короткого замыкания эти отрезки максимальны, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Частота пульсаций равна , где — частота сети.

Три полумоста параллельно, объединённые кольцом/треугольником («треугольник-Ларионов»)[править | править исходный текст]

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной)

В некоторой электротехнической литературе иногда не различают схемы «треугольник-Ларионов» и «звезда-Ларионов», которые имеют разные значения среднего выпрямленного напряжения, максимального тока, эквивалентного активного внутреннего сопротивления и др.

В выпрямителе "треугольник-Ларионов" потери в меди больше, чем в выпрямителе «звезда-Ларионов», поэтому на практике чаще применяется схема «звезда-Ларионов».

Кроме этого, выпрямители Ларионова А.Н. часто называют мостовыми, на самом деле они являются полумостовыми параллельными.

В некоторой литературе выпрямители Ларионова и подобные называют «полноволновыми» (англ. full wave), на самом деле полноволновыми являются выпрямитель «три последовательных моста» и подобные.

Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна: , то есть больше, чем в выпрямителе Миткевича.

В работе схемы «треугольник-Ларионов» есть два периода. Большой период равен 360° ( ). Малый период равен 60° ( ), и повторяется внутри большого 6 раз. Малый период состоит из двух малых полупериодов по 30° ( ), которые зеркальносимметричны и поэтому достаточно разобрать работу схемы на одном малом полупериоде в 30°.

На холостом ходу и в режимах близких к нему ЭДС в ветви с наибольшей на данном отрезке периода обратносмещает (закрывает) диоды с меньшими на данном отрезке периода ЭДС.

В начальный момент ( ) ЭДС в одной из ветвей равна нулю, а ЭДС в двух других ветвях равны 0,86*Em, при этом открыты два верхних диода и один нижний диод. Эквивалентная схема представляет собой две параллельные ветви с одинаковыми ЭДС (0,86) и одинаковыми сопротивлениями по 3*r каждое, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равно 3*r/2. Далее, на малом полупериоде, одна из двух ЭДС, равных 0,86, растёт до 1,0, другая уменьшается до 0,5, а третья растёт от 0,0 до 0,5. Один из двух открытых верхних диодов закрывается, и эквивалентная схема является параллельным включением двух ветвей, в одной из которых большая ЭДС и её сопротивление равно 3*r, в другой ветви образуется последовательное включение двух меньших ЭДС, и её сопротивление равно 2*3*r=6*r, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равно

Частота пульсаций равна , где — частота сети. Абсолютная амплитуда пульсаций равна

.
Относительная амплитуда пульсаций равна .

Три полумоста параллельно, объединённые звездой («звезда-Ларионов»)[править | править исходный текст]

Три полумоста параллельно, объединённые звездой («звезда-Ларионов»)

Выпрямитель звезда-Ларионов (шестипульсный) применяется в генераторах электроснабжения бортовой сети почти на всехсредствах транспорта (автотракторных, водных, подводных, воздушных и др.). В электроприводе тепловозов и дизель-электроходов почти вся мощность проходит через выпрямитель звезда-Ларионов.

Площадь под интегральной кривой равна:

.

Средняя ЭДС равна: , то есть в раз больше, чем в схемах «треугольник-Ларионов» и«три параллельных полных моста» и вдвое больше, чем в схеме Миткевича.

В этом выпрямителе есть большой период равный 360° и малый период, равный 60°. В большом периоде помещаются 6 малых периодов. Малый период в 60° состоит из двух зеркальносимметричных частей по 30°, поэтому для описания работы этой схемы достаточно разобрать её работу на одной части в 30° малого периода.

В начале малого периода ( ) ЭДС в одной из ветвей равна нулю, в двух других — по . Эти две ветви включены последовательно. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно Далее, одна из ЭДС. увеличивается от 0,86 до 1,0, другая уменьшается от 0,86 до 0,5, а третья растёт от 0,0 до 0,5.

Эквивалентная схема при этом представляет собой две последовательно включенные ветви, в одной из которых одна ЭДС и её сопротивление равно сопротивлению одной обмотки 3*r, в другой две параллельно включенные ЭДС с сопротивлением каждая, эквивалентное сопротивление двух параллельных ветвей равно . Эквивалентное активное внутреннее сопротивление всей цепи равно . В режимах близких к холостому ходу (при малых нагрузках) в параллельных ветвях э.д.с. в ветви с большей э.д.с. обратносмещает (закрывает) диод в ветви с меньшей э.д.с., при этом изменяется эквивалентная схема. При увеличении нагрузки появляются и увеличиваются отрезки периода на которых обе ветви работают нанагрузку параллельно. В режиме короткого замыкания отрезки параллельной работы увеличиваются до длины всего периода, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Частота пульсаций равна , где — частота сети. Абсолютная амплитуда пульсаций равна .

Относительная амплитуда пульсаций равна .

Три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича параллельно (6 диодов)[править | править исходный текст]

В литературе иногда называют «шестифазный» (см. также Gleichrichter für Dreiphasenwechselstrom рис. Sechspuls-Sternschaltung (M6): 6-Phasen-Gleichrichter mit Mittelpunktanzapfungen am Drehstromtransformator) нем. .

Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста параллельно» и имеет почтитакие же свойства, как и выпрямитель «три полных моста параллельно», но эквивалентноевнутреннее активное сопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больший.

Площадь под интегральной кривой равна:

.

Средняя ЭДС равна: , то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».

Три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича последовательно (6 диодов)[править | править исходный текст]

Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста последовательно» и имеет почти такие же свойства, но эквивалентное внутреннее активноесопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больше.

Три полных моста параллельно (12 диодов)[править | править исходный текст]

Менее известны полномостовые трёхфазные выпрямители по схеме «три параллельныхмоста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах), и др., которые по многим параметрам превосходят выпрямитель Ларионова А.Н.

По схемам выпрямителей можно видеть, что выпрямитель Миткевича В. Ф. является «недостроенным» выпрямителем Ларионова А.Н., а выпрямитель Ларионова А.Н. является «недостроенным» выпрямителем «три параллельных моста».

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

Площадь под интегральной кривой равна:

.

Средняя ЭДС равна: , то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».

В режиме холостого хода ЭДС в мосту с наибольшей на данном отрезке большого периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды в мостах с меньшими на данном отрезке большого периода ЭДС.Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно сопротивлению одного моста При увеличении нагрузки (уменьшении ) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых двамоста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активноесопротивление на этих отрезках периода при этом равно сопротивлению двух параллельных мостов При дальнейшем увеличении нагрузки появляются иувеличиваются отрезки периода на которых все три моста работают на нагрузкупараллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода равно сопротивлению трёх параллельных мостов В режиме короткого замыкания все три параллельных моста работают на нагрузку, но полезная мощность в этом режиме равнанулю.

Выпрямитель «три параллельных полных моста» на холостом ходу имеет такую же среднюю ЭДС, как в выпрямителе «треугольник-Ларионов» и такие же сопротивления обмоток, но, таккак у него схема с независимыми от соседних фаз диодами, то моменты переключения диодов отличаются от моментов переключения диодов в схеме «треугольник-Ларионов». Нагрузочные характеристики этих двух выпрямителей получаются разными.

Частота пульсаций равна , где — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна .

Относительная амплитуда пульсаций равна .

Три полных моста последовательно (12 диодов)[править | править исходный текст]

Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна: , то есть вдвое больше, чем в схеме «треугольник-Ларионов».

Эквивалентное внутреннее активное сопротивление равно сопротивлению трёх последовательно включенных мостов с сопротивлением 3*r каждый, то есть .

Ток в нагрузке равен

Мощность в нагрузке равна

Частота пульсаций равна , где — частота сети.

Этот выпрямитель имеет наибольшую среднюю ЭДС и может найти применение в высоковольтных источниках напряжения (в установках электростатической очистки промышленных газов (электростатический фильтр) и др.).

9, Операционные усилители. Параметры и характеристики. Применение операционных усилителей.

Операционный усилитель (ОУ, OpAmp) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

В настоящее время ОУ получили широкое применение, как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

10, Элементы логических функций И. ИЛИ. НЕ. Таблица состояния логического элемента и его реализация.

Отрицание, НЕ[править | править исходный текст]

Инвертор, НЕ

Мнемоническое правило для отрицания звучит так: На выходе будет:

· «1» тогда и только тогда, когда на входе «0»,

· «0» тогда и только тогда, когда на входе «1»

Конъюнкция (логическое умножение). Операция И[править | править исходный текст]

И

Логический элемент, реализующий функцию конъюнкции, называется схемой совпадения. Мнемоническое правило для конъюнкции с любым количеством входов звучит так: На выходе будет:

· «1» тогда и только тогда, когда на всех входах действуют «1»,

· «0» тогда и только тогда, когда хотя бы на одном входе действует «0»

Словесно эту операцию можно выразить следующим выражением: "Истина на выходе может быть при истине на входе 1 И истине на входе 2".

Дизъюнкция (логическое сложение). Операция ИЛИ[править | править исходный текст]

ИЛИ

Мнемоническое правило для дизъюнкции с любым количеством входов звучит так: На выходе будет:

· «1» тогда и только тогда, когда хотя бы на одном входе действует «1»,

· «0» тогда и только тогда, когда на всех входах действуют «0»

Инверсия функции конъюнкции. Операция И-НЕ (штрих Шеффера)[править | править исходный текст]

И-НЕ

Мнемоническое правило для И-НЕ с любым количеством входов звучит так: На выходе будет:

· «1» тогда и только тогда, когда хотя бы на одном входе действует «0»,

· «0» тогда и только тогда, когда на всех входах действуют «1»

11, Классификация и основные параметры серийных логических ИМС(интегральная микро схема).

Классификация[править | править исходный текст]

Степень интеграции[править | править исходный текст]

В зависимости от степени интеграции применяются следующие названия интегральных схем:

· малая интегральная схема (МИС) — до 100 элементов в кристалле,

· средняя интегральная схема (СИС) — до 1000 элементов в кристалле,

· большая интегральная схема (БИС) — до 10 тыс. элементов в кристалле,

· сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — более 10 тыс. элементов в кристалле.

Ранее использовались также теперь устаревшие названия: ультрабольшая интегральная схема (УБИС) — до 1 млрд элементов в кристалле и гигабольшая интегральная схема (ГБИС) — более 1 млрд элементов в кристалле, сейчас (2013 г.) названия «УБИС» и «ГБИС» практически не используются, и все микросхемы с числом элементов более 10 тыс. относят к классу СБИС.

Технология изготовления[править | править исходный текст]

Гибридная микросборка STK403-090, извлечённая из корпуса

· Полупроводниковая микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены на одномполупроводниковом кристалле (например, кремния, германия, арсенида галлия, оксид гафния).

· Плёночная интегральная микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде плёнок:

· толстоплёночная интегральная схема;

· тонкоплёночная интегральная схема.

· Гибридная микросхема (часто называемая микросборкой), содержит несколько бескорпусных диодов, бескорпусных транзисторов и(или) других электронных активных компонентов. Также микросборка может включать в себя бескорпусные интегральные микросхемы. Пассивные компоненты микросборки (резисторы,конденсаторы, катушки индуктивности) обычно изготавливаются методами тонкоплёночной или толстоплёночной технологий на общей, обычно керамической подложке гибридной микросхемы. Вся подложка с компонентами помещается в единый герметизированный корпус.

· Смешанная микросхема — кроме полупроводникового кристалла содержит тонкоплёночные (толстоплёночные) пассивные элементы, размещённые на поверхности кристалла.

Вид обрабатываемого сигнала[править | править исходный текст]

· Аналоговые.

· Цифровые.

· Аналого-цифровые.

Аналоговые микросхемы — входные и выходные сигналы изменяются по закону непрерывной функции в диапазоне от положительного до отрицательногонапряжения питания.

Цифровые микросхемы — входные и выходные сигналы могут иметь два значения: логический ноль или логическая единица, каждому из которых соответствует определённый диапазон напряжения. Например, для микросхем типа ТТЛ при напряжении питания +5 В диапазон напряжения 0…0,4 В соответствует логическому нулю, а диапазон 2,4—5 В — логической единице; для микросхем ЭСЛ-логики при напряжении питания −5,2 В диапазон от −0,8 до −1,03 В — логической единице, а от −1,6 до −1,75 В — логическому нулю.

Аналого-цифровые микросхемы совмещают в себе формы цифровой и аналоговой обработки сигналов, например, усилитель сигнала и аналого-цифровой преобразователь.

12, Активные и пассивные логические уровни элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ.

Активные и пассивные логическиеуровни элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ.

Интегральные триггеры обычно реализуются на логических элементах И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Обратимся к таблицам истинности функции, реализуемых логическими элементами И-НЕ и ИЛИ-НЕ (табл. 4.1). Легко убедиться, что каждый из этих элементов характеризуется некоторым логическим уровнем (лог. 0 или 1),действие которого на одном из входов полностью определяет логический уровень на выходе. При этом логический уровень на выходе элемента не изменяется, какие бы комбинации логических уровней ни подавались на другие входы этого элемента. Такими логическими уровнями для элементов И-НЕ является уровень лог. 0, для ИЛИ-НЕ - уровень лог. 1.

Действительно, если на один из входов элемента И-НЕ подан лог. 0, то на выходе этого элемента возникает лог. 1 независимо от того, каковы логические уровни на других входах; лог. 1, поданная на один из входов элемента ИЛИ-НЕ, установит на выходе уровень лог. 0, который не будет зависеть отлогических уровней, действующих на других входах элемента.

Такие логические уровни, которые, действуя на одном из входов элемента, однозначно задают логический уровень на его выходе независимо от уровней на других входах, будем называть активными логическими уровнями. Таким образом, активный логический уровень для элементов И-НЕ - уровень лог. 0, для элементов ИЛИ-НЕ - уровень лог. 1.

Так как при подаче активного логического уровня на один из входов элемента он и определяет уровень на выходе элемента (выходной уровень элемента приэтом не зависит от уровней на других входах), можно говорить, что при этом происходит логическое отключение остальных входов элемента.

Уровни, обратные активным, будем называть пассивными логическими уровнями. Пассивными уровнями для элементов И-НЕ служит уровень лог. 1, для ИЛИ-НЕ - уровень лог. 0. При действии на одном из входов пассивного логического уровня уровень на выходе элемента определяется логическими уровнями на других его входах.

Пользование понятиями активного и пассивного логических уровней облегчает анализ функционирования триггеров, построенных на элементах И-НЕ при ИЛИ-НЕ.

Назначение триггера

Триггер - устройство, предназначенное для хранения значения одной логической переменной (или значения одноразрядного двоичного числа, при хранении многоразрядных двоичных чисел для запоминания значения каждого разряда числа используется отдельный триггер). В соответствии с этим триггер имеет два состояния: одно из них обозначается как состояние лог. 0, другое - состояние лог. 1.

Воздействуя на входы триггера, его устанавливают в нужное состояние.

Основные обозначения.

Триггер имеет два выхода: прямой Q и инверсный . Уровнями напряжения на этих выходах определяется состояние, в котором находится триггер: если напряжение на выходе Q соответствует уровню лог. 0 (Q = 0), то принимается, что триггер находится в состоянии лог. 0, при Q = 1 триггер находится в состоянии лог. 1. Логический уровень на инверсном выходе представляет собой инверсию состояния триггера (в состоянии 0 Q = 1 и наоборот).

Триггеры имеют различные типы входов. Приведем обозначение и назначение входов триггеров:

R (от английского RESET) - раздельный вход установки в состояние 0;

S (от английского SET) - раздельный вход установки в состояние 1;

K - вход установки универсального триггера в состояние 0;

J - вход установки универсального триггера в состояние 1;

T - счетный вход;

D (от английского DELAY) - информационный вход установки триггера в состояние, соответствующее логическому уровню на этом входе;

C - управляющий (синхронизирующий) вход.

Наименование триггера определяется типами его входов. Например, RS-триггер - триггер, имеющий входы типов R и S.

По характеру реакции на входные сигналы триггеры делятся на два типа: асинхронные и синхронные. Асинхронный триггер характеризуется тем, что входные сигналы действуют на состояние триггера непосредственно с момента их подачи на входы, в синхронных триггерах - только при подаче синхронизирующего сигнала на управляющий вход С.

Типы триггеров.

Рассмотрим общие характеристики основных типов триггеров. Каждый тип триггера характеризует таблица переходов (табл. 4.1).

Таблица переходов (табл. 1,а) соответствует работе RS-триггера. Здесь Q₀ - текущее состояние триггера (состояние до подачи на вход активного сигнала). При отсутствии на входах R и S активного уровня триггер сохраняет текущее состояние Q₀. Активный сигнал R = 1 устанавливает триггер в состояние 0, а сигнал S = 1 - в состояние 1. Звездочкой в таблице отмечено состояние, соответствующее запрещенной комбинации входных сигналов.

Таблица 1,б является таблицей переходов JK-триггера. Этот тип триггера отличается от RS-триггера отсутствием запрещенной комбинации входных сигналов, при J = K = 1 триггер устанавливается в состояние, противоположное текущему состоянию Q₀.

Таблица 1,в является таблицей переходов D-триггера. Триггер устанавливается в состояние, соответствующее уровню сигнала на входе 0.

Таблица 1,г определяет работу Т-триггера. При входном сигнале Т = 0 триггер сохраняет текущее состояние Q₀, при входном сигнале Т = 1 триггерпереключается в состояние, противоположное текущему.

13. Типы триггеров. Основные обозначения и таблица переходов.

Типы триггеров[править | править исходный текст]

RS-триггеры[править | править исходный текст]

RS-триггер асинхронный[править | править исходный текст]

Асинхронный RS-триггер с инверсными входами

<!-

RS-триггер синхронный[править | править исходный текст]

Схема синхронного RS-триггера совпадает со схемой одноступенчатого парафазного (двухфазного) D-триггера, но не наоборот, так как в парафазном (двухфазном) D-триггере не используются комбинации S=0, R=0 и S=1, R=1.

Алгоритм функционирования синхронного RS-триггера можно представить формулой

где x — неопределённое состояние.

Условное графическое обозначение синхронного RS-триггера

Схема синхронного RS-триггера на элементах 2И-НЕ

Граф переходов синхронного RS-триггера

Карта Карно синхронного RS-триггера