Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания к практическим занятиям для студентов неэлектротехнических специальностей

Часть 2

ЭлекТРОНИКА

Могилев 2012

УДК 621.313

ББК 32.85

Э  45

Рекомендовано к опубликованию

учебно-методическим управлением

ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет»

 

    Одобренокафедрой«Электротехника иэлектроника»«13» сентября2012г., протокол № 2

 

Составители:  канд. техн. наук, доц. С. В. Болотов;

канд. техн. наук, доц. В.Ф. Гоголинский;

канд. физ.-мат. наук, доц. Ф.М. Трухачёв;

канд. техн. наук, доц. С.М. Фурманов

 

Рецензент канд. техн. наук, доц. Г. С. Леневский

 

Методические указания к практическим занятиям предназначены для студентов неэлектротехнических специальностей.

 

Учебное издание

 

ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА.ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА.

 

Часть 2

 

Ответственный за выпуск         С. В. Болотов

Технический редактор              А.Т.Червинская

Компьютерная верстка                       Н. П. Полевничая

 

Подписано в печать . Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс.

Печать трафаретная. Усл.-печ. л.. Уч.-изд. л.. Тираж 165 экз. Заказ № .

 

Издатель и полиграфическое исполнение

Государственное учреждение высшего профессионального образования

«Белорусско-Российский университет»

ЛИ № 02330/375 от 29.06.2004 г.

212000, г. Могилев, пр. Мира, 43

 

© ГУ ВПО «Белорусско-Российский

университет», 2012

Практическое занятие № 1. Расчет электронных устройств на основе полупроводниковых диодов

 

Задача 1. Расчёт однофазного неуправляемого выпрямителя.

Разработать схему мостового выпрямителя на полупроводниковых диодах с индуктивно-емкостнымLC-фильтром для выпрямления однофазного синусоидального напряжения. Исходные данные к задаче (напряжение сети U₁,номинальное напряжение нагрузки U_d, номинальная мощность нагрузки P _d, допустимый коэффициент пульсацийК_н) приведены в таблице 1.1. Частота питающего напряжения f= (50 Гц – группа №1; 100 Гц – группа №2; 400 Гц – группа №3; 60 Гц –группа №4). Необходимо выбрать тип вентилей, трансформатора, рассчитать параметры фильтра. Описать принцип работы схемы, осуществить моделирование её работы в среде Multisim.

 

Таблица 1.1 – Исходные данные к задаче 1

 

Номер варианта	U1, В	Ud, В	Pd, Вт	Kн, %
1	2	3	4	5
1	220	12	20	0,1
2	220	24	35	0,2
3	220	36	45	0,3
4	110	40	40	0,4
5	110	24	10	0,5
6	220	18	50	0,6
7	220	15	30	0,4
8	110	12	25	0,8
9	110	36	30	0,9
10	110	24	15	1,0
11	220	12	60	0,8
12	110	24	25	0,3
13	220	36	45	0,2
14	220	40	30	0,4
15	110	24	20	0,5
16	220	18	55	0,1
17	110	15	10	0,1
18	110	12	20	0,9
19	220	36	60	0,2
20	220	24	65	0,4
21	220	12	70	0,3
22	110	24	30	0,7
23	110	36	15	0,1
24	220	40	45	0,3
25	220	24	35	0,4
26	110	18	25	0,5

 

Окончание таблицы 1.1

 

1	2	3	4	5
27	110	15	30	0,6
28	110	12	45	0,9
29	220	36	80	0,7
30	110	24	25	0,5
31	220	50	30	0,7

Пример решения задачи 1. Вариант 31

 

Схема однофазного мостового выпрямителя с LC-фильтром приведена на рисунке 1.1. Принцип ее работы описан в [4].

Рисунок 1.1 – Схема однофазного мостового выпрямителя с индуктивно-емкостным LC-фильтром

 

Ток нагрузки равен:

А.

Сопротивление нагрузки

 

Ом.

Для однофазного мостового выпрямителя среднее значение прямого тока через вентиль (выпрямительный диод) определяется как

 

 А.

 

Обратное максимальное напряжение на вентилеравно:

 

 В.

 

Выбираем вентили (выпрямительные диоды) 1N4934 (приложение А или электронный «Справочник по полупроводниковым приборам» - файл « INQUIRY . EXE » или) c параметрами:

– максимальный прямой ток I_прmax=1A>I_а=0,3A;

– максимально допустимое обратное напряжение U _обрmax=100В >U _{а обрmax}=78,5В;

– максимальное напряжение в открытом состоянии U _прmax=1,1В.

Для однофазного мостового выпрямителя действующее значение вторичного напряжения равно:

 

В.

 

Расчётная мощность трансформатора определяется как

 

 В∙А.

 

Выбираем трансформатор (электронный справочник – файл «Силовые трансформаторы. pdf ») ТПП 271-127/220-50:

 

В∙А > В∙А.

 

При последовательном соединении вторичных обмоток А, Б, В, Г получаем U₂=9,95+10+20+20=59,95 В.

Тогда коэффициент трансформации

 

 

Коэффициент пульсации на выходе однофазного мостового выпрямителя К_п =0,67.

Требуемый коэффициент пульсации К_н = 0,007.

Коэффициент сглаживания фильтра равен:

 

Для LC–фильтра

 

Гн∙Ф,

 

где m– число пульс выпрямленного напряжения за период.

Зададимся  мкФ. Тогда

 

 Гн.

 

Параметры фильтра  мкФ,  Гн удовлетворяют условиям эффективной работы:

 

; .

 

; .

 

Модель однофазного неуправляемого мостового выпрямителя с фильтром приведена на рисунке 1.2 (файл «Мостовой выпрямитель.ms11»).

Рисунок 1.2 – Модель мостового выпрямителя с индуктивно-емкостным фильтром

 

Результаты моделирования:U₂= 59,921 В, I_d= 0,606 А, U _d = 52,04 В (задано U _d = 50 В), что соответствует заданию.Осциллограммы напряжений в контрольных точках приведены на рисунке 1.3.

Коэффициент пульсаций в нагрузке

 

,

 

что удовлетворяет заданиюК_н=0,7% ≥ 0,0069∙100 %.

 

       Рисунок 1.3 –Осциллограммы напряжения вторичной обмотки трансформатора U₂, выпрямленного напряжения U_ди значение первой гармоники U_1m выпрямленного напряжения

Амплитуда первой гармоники выпрямленного напряжения U_1mнаходится с помощью анализатора спектра XSA 1 на удвоенной частоте питающего напряжения f₁=2∙f=2∙50=100 Гц (рисунок 1.3).

Пример решениязадачи 2. Вариант 31

 

Схема параметрического стабилизатора напряжения приведена на рисунке 1.4. Принцип ее работы описан в [2].

 

Рисунок 1.4 – Схема параметрического стабилизатора напряжения

 

Выбираем стабилитрон 1N4736Апо заданному напряжению на нагрузке U_Н (приложение Б или электронный «Справочник по полупроводниковым приборам» – файл « INQUIRY . EXE ») cпараметрами:

– напряжение стабилизации U_ст=6,8 В;

– минимальный ток стабилизации I_стmin=21 мА (в справочнике I_ст);

– максимальный ток стабилизации I_стmax= 660 мА.

 

Найдём среднее значение напряжения источника U_ср и тока стабилитрона I_срст:

 

В,

 

мА.

 

Составим уравнение по второму закону Кирхгофа:

 

 

Из чего определим балластное сопротивление R_б:

 

 Ом,

 

гдеI _Н– номинальный ток нагрузки,

 

 А = 620 мА.

 

Принимаем из стандартного ряда Е24 (приложение В)R_б = 6,2 Ом. Рассмотрим, будет ли обеспечена стабилизация во всём диапазоне изменения входного напряжения:

 

 В.

 

 В.

 

Таким образом, стабилизация обеспечивается во всём диапазоне изменения входного напряжения (12…14 В).

Модель параметрического стабилизатора напряжения в среде Multisim приведена на рисунке 1.5(файл «Параметрический стабилизатор.ms11»). Входное напряжение задаётся с помощью источника постоянного напряжения U₁или с помощью источника переменного напряжения U₂= (14–12)/2=1 В(P_k) с постоянным смещениемU_ср= +13 В (напряжение смещения).

Необходимо привести результаты моделирования при минимальном входном напряжении U_min, максимальном входном напряжении U_max (задаются источником U₁и диаграммы входного и выходного напряжений (рисунок 1.6).

 

Рисунок 1.5 – Модель параметрического стабилизатора напряжения

Рисунок 1.6 – Диаграммы входного U и выходного U _ст напряжений

 

Стабилизация обеспечивается во всём диапазоне входных напряжений:

 

U_стmin= 6,845 В при U_min=12 В;U_стmax= 6,870 В при U_max=14 В.

 

Коэффициент стабилизации

 

,

 

где ΔU_вх=U_max–U_min=14 – 12 = 2В;

 

ΔU_ст=U_стmax–U_стmin=6,870 – 6,845 = 0,025 В.

Пример решения задачи 1. Вариант 31

 

Схема электронного ключа приведена на рисунке 2.1. Принцип ее работы описан в [3].

а)                              б)

 

Рисунок 2.1 – Схема электронного ключа (а) и выходные характеристики биполярного транзистора (б)

 

Максимальный ток нагрузки в режиме короткого замыкания транзистора VT1 составляет:

 

 А.

 

Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером не превысит напряжение питания

 

 В.

 

Выбираем транзистор 2N3879 (аналог КТ908А) со следующими параметрами (приложение Г):

– максимальный ток коллектора I _kmax = 7А;

– максимальное напряжение коллектора-эмиттера U _{КЭ max} = 75В;

– статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером ;

– постоянное напряжение между выводами эмиттера и базы при заданном обратном токе коллектора, равным нулю, В;

– постоянный обратный ток коллектора I_К0 = 1,5 мА;

– сопротивление цепи базы r_б = 1,5 Ом.

На выходных характеристиках транзистора (рисунок 2.1, б) проведём нагрузочную прямую. Она пройдёт через точки U_КЭ = U_П=16 В и I_кз = 3,2 А. 

Определим параметры входной цепи транзистора (сопротивление R_у), обеспечивающие его включенное состояние в режиме насыщения, по уравнению

откуда

 

где – ток базы насыщения, ;

q _нас–коэффициент насыщения, определяющий превышение базового тока насыщения транзистора над его граничным значением I_Бгр. Принимается q _нас = 1,5…2,0;

I _{К нас} – ток коллектора насыщения (рисунок 2.1, б)

I _{К нас} =3А, тогда  А.

В результате:

Ом.

 

ВыбираемR _у = 13 Ом  из стандартного ряда Е24 (приложение В).

Определяем параметры входной цепи, обеспечивающие режим запирания транзистора (режим отсечки).

Для обеспечения режима глубокой отсечки сопротивление R _у должно удовлетворять неравенству

 

Ом.

Окончательно выбираемR _у = 13 Ом.

Модель электронного ключа в среде Multisim (файл «Ключ на биполярном транзисторе.ms11») приведена на рисунках 2.2 (режим насыщения - нагрузка включена) и 2.3 (режим отсечки – нагрузка отключена). Питание осуществляется от источника U_у1.

Рисунок 2.2 – Модель электронного ключа на биполярном транзисторе в режиме насыщения

Рисунок 2.3 – Модель электронного ключа на биполярном транзисторе в режиме отсечки

 

Результаты моделирования:

I _{Б нас}=0,29А; I _{К нас}=3,063А; U _вых=15,315В (режим насыщения);

I _Ботс=4,829мкА; I _Котс=0,021мА; U _вых=0,104мВ (режим отсечки),

хорошо согласуются с расчётными значениями.

Подав на вход схемы прямоугольные импульсы от источника U _У, получаем временные диаграммы работы электронного ключа (рисунок 2.4). В результате определяем: время фронта t_ф=1 мкc, время среза t _c =1,5 мкc.

 

 

Рисунок 2.4 – Временные диаграммы работы электронного ключа

 

Пример решения задачи 2. Вариант 31

Транзистор 2N3972 имеет канал n-типа и работает при U _С >0 и U _ЗИ ≤ 0. Такой режим может быть обеспечен одним источником питания с применением так называемого «автоматического смещения». Схема имеет вид, показанный на рисунке 2.5. Принцип ее работы описан в [3].

Рисунок 2.5 – Схема включения полевого транзистора с ОИ

 

Параметры транзистора2N3972(приложение Д):

–напряжение отсечки U _отс = 0,5 В;

–максимальный ток стока I _{С max} = 30мА.

Аналитическая зависимость имеет вид:

Откуда

 

 

Пусть ток стока в рабочей точке вдвое меньше максимального тока I _{С max}, т.е. I _С = 30/2 = 15 мА. Тогда

 

 

Найдем сопротивление автоматического смещения. Так как I _З << I _С, напряжение затвор-исток равно падению напряжения на R _И, поэтому

 

 

Ближайший номинал из стандартного ряда Е24 (приложение В) равен 10 Ом.

    Сопротивление резистора R _З выбираем из условия

 

, приняв А.

Отсюда получаем

 

 

Выбираем из ряда номиналов резистор с сопротивлением 100 кОм.

Сопротивление резистора R _С находим из уравнения токов и напряжений в схеме:

 

 

Считаем, что усилитель работает в режиме класса А, и принимаем

 

 

Решаем уравнение относительно R _С:

 

кОм.

 

Выбираем ближайший из ряда Е24 номинал R_C = 680 кОм.

Модель схемы включения полевого транзистора в среде Multisim (файл «Задание рабочей точки полевого транзистора.ms11») приведена на рисунке 2.6. Результаты моделирования: I_з=0,015мкА;U _зи = –0,147В, I _c =15мА (задано I _c =15мА), U _си =9,753В, хорошо согласуются с расчётами.

 

Рисунок 2.6 – Модель схемы включения полевого транзистора для обеспечения заданного выходного напряжения

Пример решения задачи 1. Вариант 31

 

Параметры операционного усилителя КР140УД11 (аналог LM318N8) (приложение Е):

– номинальное напряжение питания U _{пит ном}=±15 В;

– коэффициент усиления K _{u ОУ}=30000;

– максимально допустимое выходное напряжение U _выхmax=12 В;

– разность входных токов Δ I _вх=0,2 мкА;

– входное сопротивление R_вх=0,4 МОм;

– минимальное сопротивление нагрузки R_{Н min}=2 кОм.

 

Разработанная схема инвертирующего усилителя низкой частоты приведена на рисунке 3.1 (цепи балансировки нуля – NC и частотной коррекции – FC не используются). Принцип ее работы описан в [2].

 

 

Рисунок 3.1 – Схема инвертирующего усилителя на ОУ КР140УД11

 

Для инвертирующего усилителя на ОУ входное сопротивление R_вх= R₁. Чтобы не загружать источники сигнала, величину R₁ желательно иметь большой. Но падение напряжения на R₁ от разностного тока ΔI_вх воспринимается усилителем как сигнал. Чтобы отстроить эту помеху от полезного сигнала, надо иметь ΔI_вх·R₁ значительно меньше, чем U_вхmin.

 

кОм >>R₁.

 

Принимаем из стандартного ряда Е24 (приложение В)R₁ = 5,1 кОм, тогда

ΔI_вх·R₁ = 0,2·5,1= 1 мВ <<U_вхmin= 10 мВ.

 

Сопротивление обратной связи

 

R₂ =K_u·R₁= 20·5,1 = 102 кОм.

 

Принимаем R₂ =100 кОм.

Для уравнивания входных токов ОУ по обоим входам в цепь неинвертирующего входа включают резистор R₃:

 

кОм.

 

Принимаем R₃ =4,7 кОм.

Амплитуда выходного сигнала не может быть больше максимального выходного напряжения (для данного типа ОУ – 12 В). Поэтому действующее значение максимального входного синусоидального сигнала составит:

 

В.

 

Модель инвертирующего усилителя на ОУ в среде Multisim (файл «Усилитель на ОУ.ms11») приведена на рисунке 3.2. Результаты моделирования при напряжении, не превышающем U _вхmax: U _вх =0,2 В;U _вых =3,92 В.

Коэффициент усиления

 

≈20, что соответствует заданию.

 

Временные диаграммы работы усилителя при различных уровнях входного сигнала представлены на рисунке 3.3. Выходное напряжение U_вых смещено относительно входного U_вх на 180° (инвертирующий усилитель). При входном напряжении U_вх=1В, превышающем U_вхmax, наблюдается ограничение выходного напряжения на уровне U_выхmax=12В (рисунок 3.3, б).

Рисунок 3.2 – Модель инвертирующего усилителя на ОУ

а)

б)

 

Рисунок 3.3 – Временные диаграммы работы инвертирующего усилителя на ОУ при входном напряжении U _вхmax=0,2 В (а) и U _вхmax=1 В (б)

Пример решения задачи 2. Вариант 31

 

Схема параллельного сумматора для реализации заданной функции приведена на рисунке 3.4. Принцип ее работы описан в [2]. Количество неинвертирующих входов соответствует числу положительных, а число инвертирующих – числу отрицательных членов функции.

 

Рисунок 3.4 – Схема параллельного сумматора на ОУ КР140УД11

 

Выходное напряжение параллельного сумматора

 

U _вых= K_iн·U_iн – K_iи·U_iи,

 

где K_iн,U_iн, K_iи,U_iи – коэффициенты усиления (весовые коэффициенты) и входные напряжения по каждому из неинвертирующих и инвертирующих входов;

 

,

 

где R_oc– сопротивление обратной связи (резистор R₅);

R_i – сопротивление в цепи данного входа. По заданному значению R₅ и весовым коэффициентам входов (K₁ = 6, K₂ = 1, K₃ = 2, K₄ = 3) определяем:

 

кОм;

кОм;

кОм;

кОм.

 

Принимаем сопротивления из стандартного ряда (приложение В):R₁=8,2 кОм; R₂ =51 кОм; R₃ =24 кОм; R₄ =16 кОм.

Для нормальной работы сумматора надо уравнять сопротивления по обоим входам. В противном случае входные токи ОУ вызовут на них неодинаковое падение напряжений и на входе ОУ появится разностный сигнал, который будет им усилен. На выходе будет U_вых при отсутствии U_вх. Входное сопротивление по инвертирующему входу

 

 мОм^-1

(R_И=8 кОм);

 

по неинвертирующему входу

 

 кОм

Для уравнивания входных сопротивлений параллельно инвертирующему входу надо включить резистор R₆ так, чтобы

 

;

 кОм.

 

Выходное напряжение при выполнении данной операции U_вых=
= 6U + U – 2U – 3U = 2U. При максимальном выходном напряжении ОУ U_выхmax=12 В единичное входное напряжение (равное по всем входам)

 

В.

 

При единичном входном напряжении 100 мВ U₁ = U₂ = U₃ =
= U₄ = 100 мВ. Для выходного напряжения за счет первого входа U_вых1 = K₁U₁ = 6·100 = 600 мВ. Длядругих входов U_вых2 = K₂U₂ = 1·100 =100 мВ, U_вых3 =       =–K₃U₃ = –2·100 = –200 мВ, U_вых4 = –K₄U₄  = –3 × 100 = –300 мВ. Выходное напряжение сумматора

 

600+100-200-300=200 мВ.

 

Модель параллельного сумматора на ОУ в среде Multisim (файл «Сумматор на ОУ.ms11») приведена на рисунке 3.5. Результаты моделирования при входных напряжениях:U₁ = U₂ = U₃ =
= U₄ = 100 мВ;U _вых =191мВ≈ 200мВ, что соответствует расчёту.

 

Рисунок 3.5 – Модель параллельного сумматора на ОУ

 

 

Пример решения задачи 1. Вариант 31

 

Схема генератора гармонического сигнала на операционном усилителе с мостом Вина в цепи обратной связи приведена на рисунке 4.1. Принцип ее работы описан в [2].

Рисунок 4.1 – Генератор гармонических колебаний на операционном усилителе с мостом Вина и цепи обратной связи

 

Частоту генерации определяют по формуле

 

 

ПриС = С₁ = С₂, R = R₃ = R₄ частота выходного напряжения

 

 

На неинве ртирующий вход ОУ поступает сигнал положительной обратной связи, а несколько меньший по амплитуде сигнал отрицательной обратной связи – на инвертирующий вход ОУ, состоящей из резисторов R₁ и R₂.

Для обеспечения нормальной работы автогенератора коэффициент усиления по напряжению усилителя должен иметь значение

 

K_u= (1+ R₂/ R₁)=1/b³ 3.

 

В реальном RC-ге­не­раторе обычно частота плавно перестраивается в пределах заданного диапазона, для чего используются сдвоенные переменные резисторы R₃ и R₄ или сдвоенный блок конденсаторов С₁ и С₂ с изменяемыми ёмкостями.

Принимаем R₂ = R₃ = R₄= R =10 кОм.

ТогдаR₁ = R₂/ (3-1) =10∙10³ /2 = 5 кОм.

С₁ = С₂=С=1 /(2∙π∙f_г∙R)=1 /2∙3,14∙1000∙10∙10³ = 15,9 нФ.

Принимаем из стандартного ряда (приложение В) С=16 нФ.

Модель генератора гармонических колебаний на ОУ КР140УД11 (LM318N8) в среде Multisim (файл «Генератор гармонических колебаний.ms11») приведена на рисунке 4.2. Для возбуждения колебаний в модели предусмотрен источник постоянного напряжения U₁, подключаемый на короткое время ключом SB1. Незатухающие колебания возможны при K_u³ 3, следовательно, сопротивление R₁³5 кОм. Примем R₁ = 4,9 кОм.

Для обеспечения требуемого напряжения на выходе можно установить делитель напряжения:

Задаваясь сопротивлением R_d2=2 кОм и зная напряжение на выходе генератора без делителя U_г=9,56 В (рисунок 4.2), находим

 

 

Рисунок 4.2 – Модельгенератора гармонических колебаний на ОУ с осциллограммой выходного напряжения

 

Результаты моделирования: U₁=0,966 В, f=0,993 кГц, что соответствует заданию.

Пример решения задачи 2. Вариант 31

 

Схема симметричного мультивибратора на ОУ приведена на рисунке 4.3.Принцип ее работы описан в [2].

 

Рисунок 4.3– Симметричный мультивибратор на операционном усилителе

При выборе конкретного типа операционного усилителя для построения симметричного мультивибратора исходим из того, что он должен обеспечивать необходимую скорость нарастания выходного напряжения  и амплитуду импульса U _m<U_П.

Выбираем операционный усилитель К140УД11, имеющий следующие параметры (приложение Е):

– номинальное напряжение питания U _{пит ном}=±15 В;

– коэффициент усиления K _{u ОУ}=30000;

– максимально допустимое выходное напряжение U _{вых max}=12 В;

–скорость нарастания выходного напряженияV _u=50 В/мкс;

– входное сопротивление R_вх=0,4 МОм;

– минимальное сопротивление нагрузки R_{Н min}=2 кОм.

Такой усилитель обеспечивает U_m = ±10 В при снижении напряжения питания до U_П = 12В. Скорость изменения выходного напряжения, которую обеспечивает такой усилитель, выше требуемой 5 В/мкс.

Из условий: 10· R _Нmin<R₁≤ R _вх; R₂+ R₃>10· R _{Н min}; R₂= 10· R₃. Выбираем R₁ = 50 кОм, R₂ = 20 кОм, R₃ = 2 кОм. Ёмкость конденсатора С₁ рассчитывается из соотношения

 

нФ.

Принимаем из стандартного ряда С₁ =56 нФ.

Модель симметричного мультивибратора на ОУ КР140УД11 (LM318N8)в среде Multisim (файл «Мультивибратор.ms11») приведена на рисунке 4.4.

 

Рисунок 4.4 – Модель симметричного мультивибратора на ОУ с осциллограммой выходного напряжения

Результаты моделирования: U _m=20/2=10 В, t_И=(1/1,11∙10³)/2=   =450мкс, что соответствует заданию.

 

Пример решения задачи 1. Вариант 31

 

Необходимо реализовать двоичный счётчик на микросхемах К555ИЕ7 (SN74LS193) с коэффициентом счёта К_сч=31∙3=93.

Микросхема К555ИЕ7(SN74LS193) представляет собой четырёхразрядный двоичный счётчик (рисунок 5.1).

а)                                                                      б)

          

Рисунок 5.1 – Условное обозначение микросхемы К555ИЕ7 (а) и SN74LS193 (б)

 

Выводы 15, 1, 10, 9 предназначены для предварительной установки счётчика при нулевом уровне сигнала на входе 11. Высокий уровень напряжения на входе 11 (+5В) исключает предварительную установку. Вход 5 используется для прямого счёта, а вход 4– для обратного. Сброс счётчика осуществляется при подачи высокого уровня напряжения на вход 14. Для увеличения разрядности счётчика используется выход 12 (≥15).

Одна микросхема может иметь максимальный коэффициент счёта, равный 16. Две последовательно соединённые микросхемы дадут коэффициент счёта, равный 256. Так как заданный коэффициент счёта К_сч=31∙3=93, то для построения счетчика-делителя с заданным коэффициентом счёта достаточно двух микросхем. Определим двоичный код заданного коэффициента счёта:

 

=128∙0+64∙1+32∙0+16∙1+8∙1+4∙1+2∙0+1∙1.

 

При поступлении 93-го импульса на вход микросхемы DD1 на выходах Q_i микросхем DD1 и DD2 установятся следующие логические сигналы:

 

DD2: Q₃Q₂Q_lQ_O; DD1: Q₃ Q₂Q_lQ_O .

0101   1101

 

Так как сброс счётчиков в исходное (нулевое) состояние осуществляется сигналом высокого уровня, подаваемым на входы 14, то, объединив с помощью логического элемента 8И-НЕ (DD3) выходы Q_iсчетчиков, на которых появятся логические единицы при поступлении на вход 93-го импульса, подадим результирующий сигнал с выхода DD3, предварительно проинвертировав его с помощью логического элемента 3И-НЕ DD4 на входы 14 микросхем DD1 и DD2.

В качестве DD3 можно использовать микросхему К555ЛА2 (74LS30D), в которой содержится один логический элемент 8И-НЕ;в качестве DD4 – микросхему К555ЛА4 (74LS10D), в которой содержится два логических элемента ЗИ-НЕ.

Модель разработанной схемы счётчика в среде Multisim (файл «Двоичный счётчик.ms11») приведена на рисунке 5.2. Данная схема осуществляет подсчёт 93-х импульсов и отображение их двоичного кода. С приходом 93-го импульса выходы счётчиков обнуляются и счёт возобновляется.

Рисунок 5.2–Модель двоичного счётчика с коэфициентом счёта К_сч=93

Пример решения задачи 2. Вариант 31

 

Необходимо реализовать двоично-десятичный счётчик на микросхемах К555ИЕ6 (SN74LS1932 с коэффициентом счёта К_сч=31∙3=93.

Микросхема К555ИЕ6 (SN74LS192) по назначению выводов аналогична микросхеме К555ИЕ7 (SN74LS193) (рисунок 5.1). Однако подсчёт числа импульсов осуществляет в двоично-десятичном коде.

Одна микросхема может иметь максимальный коэффициент счёта, равный 10. Две последовательно соединённые микросхемы дадут коэффициент счёта, равный 100. Так как заданный коэффициент счёта К_сч=31∙3=93, то для построения счетчика-делителя с заданным коэффициентом счёта достаточно двух микросхем. Определим двоично-десятичный код заданного коэффициента счёта. При этом каждый из разрядов десятичного числа представляется двоичным кодом из четырёх разрядов:

 

=8∙1+4∙0+2∙0+1∙1;

 

=8∙0+4∙0+2∙1+1∙1.

 

При поступлении 93-го импульса на вход микросхемы DD1 на выходах Q_i микросхем DD1 и DD2 установятся следующие логические сигналы:

 

DD2: Q₃Q₂Q_lQ_O; DD1: Q₃ Q₂Q_lQ_O.

1001   0011

 

Так как сброс счётчиков в исходное (нулевое) состояние осуществляется сигналом высокого уровня, подаваемым на входы 14, то, объединив с помощью логического элемента 8И-НЕ (DD3) выходы Qi счетчиков, на которых появятся логические единицы при поступлении на вход 93-го импульса, подадим результирующий сигнал с выхода DD3, предварительно проинвертировав его с помощью логического элемента 3И-НЕ DD4 на входы 14 микросхем DD1 и DD2.

В качестве DD3 можно использовать микросхему К555ЛА2 (74LS30D), в которой содержится один логический элемент 8И-НЕ;в качестве DD4 –микросхему К555ЛА4 (74LS10D), в которой содержится два логических элемента ЗИ-НЕ.

Модель разработанной схемы счётчика в среде Multisim (файл «Двоично-десятичный счётчик.ms11») приведена на рисунке 5.3. Данная схема осуществляет подсчёт 93-х импульсов и отображение их двоично-десятичного кода. С приходом 93-го импульса выходы счётчиков обнуляются и счёт возобновляется.

Для отображения двоично-десятичного кода воспользуемся семисегментными индикаторами DCD_HEX.

Рисунок 5.3 – Модель двоично-десятичного счётчика с коэффициентом счёта К_сч=93

Пример решения задачи 1. Вариант 28

 

Заданное десятичное число 28преобразуем в двоичное: 11010. Нормальное значение параметров: X₅=1, X₄=1, X₃=0, X₂=1,X₁=0.

Так как F=1 только для одного состояния параметров, то логическая функция будет содержать только один минтерм:

Используемые логические элементы выполняют следующие функции:

Преобразуемая функция F содержит 5 переменных, а у каждого из логических элементов можно использовать не более 2 входов. Поэтому надо произвести декомпозицию функции F, т. е. представить ее в виде набора функций F₁ иF₂, каждая из которых должна содержать не более 2 переменных. Подобные преобразования проводят, используя законы и теоремы алгебры и логики. Применив закон ассоциативности, исходную функцию представим в следующем виде:

Выполнив операцию двойного отрицания каждого члена и используя теорему де-Моргана , получим

В такой форме функция F может быть реализована на заданных элементах серии К555 (74LS) (приложение Ж). Для реализации схемы требуется 4логических элемента:2 элемента 2И-НЕ – DD1 микросхема К555ЛА3 (74LS00) содержит 4 элемента в одном корпусе, 2 элемента2ИЛИ-НЕ – DD2 микросхема К555ЛЕ1 (74LS02) содержит 4 элемента в одном корпусе.

Модель разработанной схемы реализации логической функции в среде Multisim (файл «Логическая функция.ms11») приведена на рисунке 6.1.

 Для проверки работы схемы на входах X₁…X₅ указаны значения переменных, задаваемых с помощью соответствующих ключей (уровню логической единицы соответствует напряжение 5В (VCC), а уровню логического нуля – напряжение 0В (GND)).Значение функции F =1и промежуточных функций контролируется логическими пробниками. Легко проверить, что при любом другом наборе переменныхF=0.

Рисунок 6.1 – Модель устройства управления механизмом на логических элемента серии 74LS

Задача 2.Разработка сумматора.

Разработать устройстводля суммирования двух двоичных чисел A и B(таблица 6.1) на микросхеме(К555ИМ3 (74LS83) – группа №1; К561ИМ1 (СD4008) – группа №2; К564ИМ1 (CD4008А) – группа №3; К555ИМ7 (74АLS385)). Результат сложения отобразить с помощью семисегментного индикатора. Осуществить моделирование сложения двоичных чисел. Описать работу схемы.

Таблица 6.1 – Исходные данные к задаче 2

 

Номер варианта	A	B
1	0001	1111
2	0010	1111
3	0011	1111
4	0100	1111
5	0101	1111
6	0110	1111
7	0111	1111
8	1000	1111
9	1001	1111
10	1010	0110
11	1011	0110
12	1100	0110
13	1101	0110
14	1110	0110
15	1111	0110
16	0001	0100
17	0010	0100
18	0011	0100
19	0100	0100
20	0101	0100
21	0110	1010
22	0111	1010
23	1000	1010
24	1001	1010
25	1010	0111
26	1011	0111
27	1100	0111
28	1101	0011
29	1110	0011
30	1111	0011
3 1	1 11 0	0 11 0

Пример решения задачи 1. Вариант 31.

 

ЧетырёхразрядныедвоичныечислаA =1110 (A₄=1, A₃=1, A₂=1, A₁=0) иВ=0110 (A₄=0, A₃=1, A₂=1, A₁=0) поступают на соответствующие входы сумматора 74LS83(рисунок 6.2). Коды слагаемых формируются с помощью интерактивных цифровых постоянных и отображаются посредством шеснадцатиричных индикаторов.

Результат сложения S=10101(C₄=1, S₄=0, S₃=1, S₂=0, S₁=1)отображается в двоичном коде с помощью соответствующих логических пробников. Сумма поступает на дешифратор 74LS248Dдвоичного кода в код семисегментного индикатора S.На входы 3, 4, 5 дешифратора необходимо подать сигнал высокого уровня +5В. Для ограничения тока семисегментного индикатора на уровне 20 мА на выходах дешифратора установлены резисторы R₁.. R₇номиналом 270 Ом.

Модель разработанногосумматора в среде Multisim (файл «Сумматор.ms11») приведена на рисунке 6.2.

 

Рисунок 6.2 – Модель двоичного сумматора с отображением результата сложения на семисегментном индикаторе

 

 

Список литературы

    1 Сборник задач по электротехнике и основам электроники /Под ред. В. Г. Герасимова. – М.: Высш. шк., 1987. – 288 с.

    2 Лачин, В. И. Электроника : учеб.пособие / В. И. Лачин, Н. С. Савелов. – 7-е изд., перераб. и доп. – Ростов н/Д: Феникс, 2009. – 703 с.

    3 Клочков, М. И. Расчет элементов и моделирование схем энергетической и информационной электроники: учеб.пособие / М. И. Клочков. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004. – 138 c.

    4 Марченко, А. Л.Основы электроники: учеб.пособие для вузов / А. Л. Марченко.– М.: ДМК Пресс, 2008. – 296 с.

    5 Москатов, Е. А. Справочник по полупроводниковым приборам / Е. А. Москатов – М.: Радио, 2005. – 208 с.

    6 Панфилов, Д. И. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях. Лаборатория на компьютере: в 2 т. / Д. И. Панфилов, В. С. Иванов, И. Н. Чепурин. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: МЭИ, 2004. – 304 с.

        

 

ПриложениеА

(справочное)

Таблица А.1 – Параметры выпрямительных диодов

Тип диода	I прmах , А	U обр,mах , В	U пр,mах , В
1N3600	0,2	50	1
1N4001	1	50	1,1
1N4002	1	100	1,1
1N5400	3	50	1,1
1N5401	3	100	1,1

 

ПриложениеБ

(справочное)

Таблица Б.1 – Параметры стабилитронов

Тип стабилитрона	U ст , В	Iстmin, мА	Iст max, мА
1N4733A	5,1	49	890
1N4742A	12	21	380
1N4744A	15	17	304
1N4747A	20	12,5	225
1N4749A	24	10,5	190
1N4753A	36	7	125

 

ПриложениеВ

(справочное)

Приложение Г

(справочное)

Таблица Г.1 – Параметры биполярных транзисторов

Тип транзистора	I Кmax, А	U КЭmах , В	h 21Э	I K0, мкА	R б, Ом	U Б0, В
ВС547A (КТ3102Б)	0,1	45	220	0,05	7	0,6
2N2218 (КТ928А)	0,8	30	25	5	3	1,0
BD135 (КТ815Б)	1,5	45	40	50	5	0,6
BD237 (КТ817Г)	4	60	25	100	2	0,6

ВС547A (КТ3102Б)	2N2218 (КТ928А)
BD135 (КТ815Б)	BD237 (КТ817Г)

Рисунок Г.1 –Выходные характеристики биполярных транзисторов

ПриложениеД

(справочное)

Таблица Д.1 – Параметры полевых транзисторов

Тип транзистора	U СИmax , В	IC max, А	U ОТС, В
2N2608	30	0,005	6
2N3970	40	0,15	10
2N4091	50	0,03	10
2N4318	25	0,012	5
2N4318	30	0,09	10

 

ПриложениеЕ

(справочное)

Таблица Е.1 – Параметры операционных усилителей

Тип операционного усилителя	U пит ном , В	K U	Uвых,mах , В	Δ I вх, мкА	Rвх, МОм	R нmin, , кОм	V u, В/мкс
КР140УД11	±15	30000	12	0,2	0,4	2	50
КР140УД7	±15	50000	10,5	0,05	0,4	2	0,3
КР140УД14Б	±15	25000	12	0,001	10	1	0,05
КР1408УД1	±27	70000	18	0,01	1	2	2
КР140УД18	±15	50000	11	0,0002	10	2	5
К140УД10	±15	50000	12	0,07	0,4	2	30

КР140УД11 (LM318N8)	КР140УД7 (μA741CD)	КР140УД14 (LM308AM8)
КР1408УД1 (LM343H)	КР140УД17 (LF355BN)	К140УД10 (LM118P)

       Рисунок Е.1 –Схемы включения операционных усилителей

ПриложениеЖ

(справочное)

ИЛИ-НЕ

И-НЕ

К555ЛЕ1(74LS02) К 1 5 33 ЛЕ1(74АLS02) К 561 ЛЕ5 (CD4001) К 564 ЛЕ5 (CD4001) К555ЛА3(74LS00) К 1 5 33 ЛА3(74АLS00) К 561 ЛА7 (CD4011А) К 564 ЛА7 (CD4001А)        

       Рисунок Ж.1 – Логические элементы

ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания к практическим занятиям для студентов неэлектротехнических специальностей

Часть 2

ЭлекТРОНИКА

Могилев 2012

УДК 621.313

ББК 32.85

Э  45

Рекомендовано к опубликованию

учебно-методическим управлением

ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет»

 

    Одобренокафедрой«Электротехника иэлектроника»«13» сентября2012г., протокол № 2

 

Составители:  канд. техн. наук, доц. С. В. Болотов;

канд. техн. наук, доц. В.Ф. Гоголинский;

канд. физ.-мат. наук, доц. Ф.М. Трухачёв;

канд. техн. наук, доц. С.М. Фурманов

 

Рецензент канд. техн. наук, доц. Г. С. Леневский

 

Методические указания к практическим занятиям предназначены для студентов неэлектротехнических специальностей.

 

Учебное издание

 

ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА.ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА.

 

Часть 2

 

Ответственный за выпуск         С. В. Болотов

Технический редактор              А.Т.Червинская

Компьютерная верстка                       Н. П. Полевничая

 

Подписано в печать . Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс.

Печать трафаретная. Усл.-печ. л.. Уч.-изд. л.. Тираж 165 экз. Заказ № .

 

Издатель и полиграфическое исполнение

Государственное учреждение высшего профессионального образования

«Белорусско-Российский университет»

ЛИ № 02330/375 от 29.06.2004 г.

212000, г. Могилев, пр. Мира, 43

 

© ГУ ВПО «Белорусско-Российский

университет», 2012