Тема 2.4 Электронные усилители                                                                                  

 

Студент должен иметь представление:

· об основных схемах усилителей

        Знать :

· принцип работы усилителей напряжения, тока мощности;   

        Уметь :

· читать электрические схемы усилителей.   

            

             Принцип усиления напряжения, тока, мощности. Назначение и классификация усилителей. Основные технические показатели и характеристики усилителей. Усилительный каскад. Динамические характеристики усилительного элемента; определение рабочей точки на нагрузочной линии, построение графиков напряжений и токов в цепи нагрузки. Каскады предварительного усиления, основные варианты оконечных каскадов. Варианты междукаскадных связей. Обратные связи и стабилизация режима работы каскада усилителя. Электронные реле.

Усилители постоянного тока. Импульсные усилители.

 

            Методические указания :

Ламповые и полупроводниковые усилители ,называемые электронными усилителями , нашли самое широкое применение. Благодаря им появилась возможность создания высокочувствительных радиоприемников быстродействующих систем автоматического управления и регулирования и т.д.

Усилению подвергается электрическое напряжение , ток и мощность ; в зависимости от этого различают усилители напряжения тока и мощности .Следует оговорить , что во всех трех случаях происходит усиление мощности . Именно это отличает усилитель от других устройств , например , от трансформатора. Известно, что трансформатор тоже может усилить переменное напряжение или ток, но при этом соответственно ток или напряжение понижаются , так что мощность на выходе трансформатора никогда не может оказаться больше, чем мощность на входе ;  наоборот , она всегда несколько меньше из-за потерь в трансформаторе

Мощность на входе усилителя создает источник входного напряжения (микрофон, антенна, различного типа датчики, предыдущий каскад усилителя и т.д.) – источник сигнала. Этот сигнал необходимо усилить , не изменяя по возможности его форму . Но мощность на выходе усилителя должна , как правило , превышать мощность источника сигнала. Для этого к усилителю необходимо подводить дополнительную энергию от другого источника ,называемого источником питания. Следовательно, в усилителе на самом деле используется энергия источника питания ,причем мощность на выходе усилителя ,конечно , меньше мощности ,затрачиваемой источником питания. Энергия же источника сигнала необходима лишь для того , чтобы изменить по своему подобию форму напряжения или тока источника питания.

Для подобного преобразования мощности , получаемой от источника питания , в усилителе необходимо иметь специальный усилительный элемент , в котором энергия источника сигнала регулировала бы энергию источника питания. Бывают различные типы усилительных элементов : вакуумные (триоды, тетроды, пентоды), полупроводниковые (транзисторы),ионные (тиратроны) , электромеханические (реле и электромашинные усилители ), магнитные сверхпроводниковые и другие.

 

Вопросы для самоконтроля :

1. Какие электронные элементы используют для построения усилительных каскадов?

2. Какие основные показатели характеризуют усилительный каскад?

3. В чем преимущество усилителя на транзисторах перед ламповым?

4. Что называют обратной связью и, как она влияет на режим работы усилителя?

    [1,3,5]

 

Тема 2.5 Электронные генераторы и измерительные приборы

 

Студент должен знать :

· назначение колебательного контура,

· переходные процессы зарядки и разрядки конденсатора.

Уметь :

· использовать осциллограф в экспериментальных исследованиях различных процессов.

 

              Колебательный контур: незатухающие и затухающие колебания. Электронные генераторы синусоидальных колебаний с трансформаторной, автотрансформаторной и емкостной связями.

Переходные процессы зарядки и разрядки конденсатора (без выхода), постоянная времени цепи. Генераторы пилообразного напряжения. Мультивибраторы. Триггеры.

Электронный осциллограф (структурная схема, принцип действия). Электронно-лучевая трубка с устройствами отклонения и фокусирования луча. Примеры использования осциллографа в экспериментальных исследованиях различных процессов.

Принцип действия электронного вольтметра, его основные узлы.

 

             Методические указания:

Во многих случаях выходное напряжение вовсе не должно повторять форму входного, а, напротив, преобразовывать ее. В других случаях сигнал на вход электронного устройства не подается и оно должно само создавать сигнал той или иной формы , используя при этом энергию источников питания постоянного напряжения . Такие устройства носят название генераторов .

Рассмотрим три типа генераторов в зависимости от формы создаваемого ими сигнала : генераторы синусоидального напряжения, пилообразного напряжения и прямоугольного напряжения . Существуют и др. типы генераторов . Однако ранне указанные часто применяются в самых разнообразных электронных устройствах .

Для создания синусоидального напряжения можно использовать различные методы , но наиболее простым является применение колебательного контура , который , раз возбудившись , сам создает колебания синусоидальной формы .Необходимо только сделать так , чтобы эти колебания не затухали .

Для создания в контуре незатухающих колебаний последовательно или параллельно с ним включают источник переменного напряжения частотой , равной собственной частоте контура .Генератор, принимающий напряжение от внешнего источника , называется генератором с посторонним возбуждением .

Пилообразным напряжением называется напряжение , которое нарастает или спадает со скоростью , близкой к постоянной в течение относительно большого промежутка времени , после чего оно быстро возвращается к своему первоначальному значению.

Генераторы пилообразного напряжения применяются в электронных осциллографах, в радиолокационных станциях и телевизорах.

Под действием пилообразно изменяющегося напряжения, подаваемого на горизонтально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки , происходит перемещение электронного луча по горизонтали с постоянной скоростью .

Во всех случаях получения пилообразного напряжения используются процессы заряда и разряда конденсатора.

 Мультивибратором называется генератор несинусоидальных колебаний, имеющих форму, близкую к прямоугольной. Слово мультивибратор означает генератор многих колебаний, поскольку импульсы прямоугольной формы состоят из бесчисленного числа частот гармоник различных частот. Мультивибраторы могу быть использованы для различных целей: для генерирования колебаний прямоугольной формы, деления частоты, изменения длительности импульсов и т.д.

  Мультивибраторы могут работать в различных режимах. При автоколебательном режиме частота колебаний определяется только параметрами схемы самого мультивибратора. В режиме синхронизации частота колебаний зависит не только от параметров схемы мультивибратора, но и от частоты и параметров колебаний, подводимых к мультивибратору извне . Работа мультивибратора в ждущем режиме начинается только от момента получения извне запускающего импульса .

Достоинством мультивибратора является большая крутизна фронтов генерируемых импульсов, что часто является необходимым для точной работы различных устройств . Наибольшую крутизну имеет задний фронт импульсов . Поэтому в тех случаях , когда достаточно использовать один из фронтов , целесообразно использовать задний фронт импульса.

Триггером называется спусковое устройство , обладающее двумя устойчивыми состояниями равновесия . Выходные величины ( напряжение , ток) триггера изменяются скачкообразно при получении им входного сигнала , подобно тому как это происходит при замыкании и размыкании реле.

Преимуществом их по сравнению с обычными электромеханическими реле является то , что скорость срабатывания у них в тысячи и десятки тысяч раз больше , чем у электромеханических реле . Кроме того , они не имеют контактов , которые подвержены относительно быстрому износу . К недостаткам относятся малая величина рабочего тока . Триггеры являются одним из основных элементов электронных счетных машин .

Триггеры могут выполняться на лампах , тиратронах с горячим и холодным катодом и на транзисторах.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Назовите основные электронные измерительные приборы.

2. Для чего применяется мультивибратор?

3. Объяснить принцип работы и применение триггера.

4. Как устроена электронно-лучевая трубка?

[1,3,5]

 

Тема 2. 6 Электронные устройства автоматики и вычислительной техники

              Студент должен знать:

· Схему включения треггера: диаграмму состояния триггера

 

 Принцип работы триггера. RS-, T-, D-триггер.

Одноконтактный, двухконтакотный тргиггер. Регистры, сетчики, сумматоры.

Примеры электронных устройств ЭВМ.

 

           Методическое указание:

Логические интегральные микросхемы (ИМС) служат для операций с дискретными сигналами ,принимающими два значения , например ,высокий и низкий (нулевой) потенциалы. Одному из уровней сигнала приписывается символ 1 , другому – 0.

Каждая серия логических элементов содержит несколько типов логических схем , реализующих различные логические функции (И,ИЛИ,НЕ)

Упрощенная структурная схема ЭВМ содержит следующие устройства: арифметическое устройство , запоминающие устройства , устройства управления , пульт управления, устройства ввода и вывода ,которые относятся к внешним устройствам , как и внешние запоминающее устройство .

Арифметическое устройство (АУ) преназначено для выполнения основных арифметических и логических операций. В состав арифметических устройств входят сумматоры ,регистры ,логические элементы.

Сумматор- основной узел арифметического устройства , он состоит из тригеров с логическими элементами . В арифметических устройствах применяют накапливающие сумматоры , в которых слагаемые поступают на входы последовательно и комбинационные , в которых слагаемые поступают одновременно.

Подсчет импульсов в двоичном коде осуществляется счетчиками. Они строятся на основе тригеров. Счетчики могут работать в режиме суммирования и в режиме вычитания . В первом случае единица переноса на выходе какого-либо разряда возникает при переходе этого разряда из единичного состояния в нулевое , а во втором –единица переноса возникает при переходе разряда из нулевого состояния в единичное .

Регистры- устройства, предназначенные для записи, хранения и выдачи в соответствующие цепи ЭВМ двоичного кода числа. Регистры собирают из триггеров, число которых соответствует числу разрядов в машинном слове (цифровом коде). Запоминающее устройство (ЗУ) или память предназначена для приема, хранения и выдачи исходных данных: команд,

чисел ,промежуточных и конечных результатов вычислений.

Устройство управления (УУ) предназначено для управления, выполнения алгоритма вычислений.

Устройство ввода-вывода (УВВ) является внешним, или переферийным устройством ЭВМ. Оно предназначено для преобразования информации на машинный язык в устройстве ввода и обратного преобразования в устройстве вывода. Число внешних устройств современных ЭВМ сильно расширилось . Созданы специальные унифицированные устройства управления вводом-выводом – каналы ввода –вывода (КВВ). КВВ соединяются с ОЗУ по средством унифицированной системы связей ,называемой интерфейсом ОЗУ.

 

           Вопросы для самоконтроля:

1. Какие основные логические элементы используют в ЭВМ?

2. Назвать области применения информационных технологий

[1,3,5]