Контрольная работа по "Электротехнике и электронике"

ВОЕННАЯ  АКАДЕМИЯ  

ВОЙСКОВОЙ ПРОТИВОВОЗДУШНОЙ ОБОРОНЫ 

ВООРУЖЕННЫХ СИЛ  РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

им. МАРШАЛА СОВЕТСКОГО СОЮЗА  А.М. ВАСИЛЕВСКОГО

 

 

 

Факультет «Радиотехники и информационных технологий»        

Рег. №

 

 

 

 

 

        КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2

по дисциплине

       Электротехника и Электроника

вариант 25

 

 

 

 

 

 

 

 

студента  группы 3.зп

               Солоненко И.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Смоленск 2009

ЗАДАНИЕ № 1

 

Расчет параметрического стабилизатора постоянного 

напряжения

 

Рассчитать  схему параметрического стабилизатора  на кремневом стабилитроне для постоянной величины нагрузки (рис. 1) при заданных параметрах:

выходное  напряжение U_{вых ,} В;

выходной  ток  I_вых , мА;

входное напряжение U_{вх ,} В;

нестабильность  входного напряжения DU_вх , %.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1

 

Исходные данные:

выходное  напряжение U_вых =U_н = U_cт = 180 В;

выходной  ток  I_вых = I_н  = Iст = 15 мА;

входное напряжение U_вх  = 380 В;

нестабильность  входного напряжения DU_вх = ±10%.

Решение

1. По напряжению  стабилизации в справочной литературе выбираем стабилитрон  КС680А  с параметрами:

U_ст = 180 В;

 I_{ст мин} = 2,5 мА, 

 I_{ст макс} = 28 мА

Среднее значение тока стабилизации I_ст0 = (I_{ст макс} + I_{ст мин})/2= 15,25 мА, 

r_ст = 330 Ом.

         *Если в стабилизаторе используют несколько маломощных стабилитронов (VD₂ и VD_{3 ,}  ), то в этом случае:

                                                

где n –  число стабилитронов.                     

2. Определяем  сопротивление нагрузки

 

R_н = U_ст / I_ст = 180 / 15×10^-3 = 12000 Ом.

 

3. Рассчитываем  R_ог для рабочей точки "о"  что обеспечит устойчивую работу стабилизатора при отклонении входного напряжения как в положительную, так и в отрицательную сторону:

 

    R_ог = (U_вх  – U_ст) / (I_н  + I_ст0) = (380 – 180) / (15 + 15,25) ×10^-3  = 6612 Ом.

 

По таблице номинальных сопротивлений определяем номинал

R_г = 6800 Ом (в расчетах используется выбранное значение).

 

4. Определяем  допустимые отклонения входного  напряжения:

 

        U_{вх макс} = U_ст + R_ог (I_н  + I_{ст mах}) = 180 + 6800(15 +28) ×10^-3  =  472,4 В;

 

      U_{вх мин} = U_ст + R_ог (I_н  + I_{ст min}) = 180 + 6800(15 + 2,5) ×10^-3= 299 В.

 

           Из  полученных  результатов  следует, что рассчитанный  стабилизатор устойчиво   работает    при    заданных   отклонениях      входного    напряжения U_вх = 380 В ± 10%.

5. Определяем  коэффициент стабилизации,  используя  выражение:

 

К_ст  » (U_ст / U_вх) (R_ог / r_ст) = (180 / 380) (6800/ 330) = 9,76.

 

6. Находим  нестабильность выходного напряжения

 

DU_вых = DU_вх  / К_ст = ±10% / 9,76 »  ± 1,02 %.

 

7. Определяем  КПД стабилизатора

 

                         

 

ЗАДАНИЕ № 2

 

Графо-аналитическим  способом определить режим работы полевого транзистора VT и коэффициент усиления по напряжению Кu  схемы, представленной на рис. 2, если на вход действует гармонический сигнал.

Нарисовать  графики напряжений в режиме покоя  и при гармоническом входном сигнале: 1) на входе схемы; 2) на затворе транзистора; 3) на стоке транзистора; 4) на выходе схемы. Графики выполнить в масштабе по амплитуде и времени [1, 2].

 

 

Рисунок 2. Усилитель на полевом транзисторе и ВАХ транзистора.

 

1.      Исходные данные: Е_п=12В  В; R1=0,7 МОм; R_н=1500 Ом; Е_см= -3В

2.    Определить графо-аналитическим способом напряжение на стоке U_си и ток стока I_с полевого транзистора (рис. 2), при заданном Е_см, В. Сделать вывод о режиме работы транзистора.

3.     Определить максимальное и минимальное напряжения на стоке, если на вход действует гармонический сигнал с указанной амплитудой U_вх и частотой  f_c. Определить коэффициент усиления по напряжению К_u каскада.

Решение

Для решения этой задачи построим  нагрузочную прямую по двум точкам, т.е. определяем статический режим

1) при  Iс=0 определяем значение Uси=Еп=12В – первая точка графика;

2) при Uси=0 определяем значение Iс=Еп/Rн=12/1500=8мА – вторая точка графика. 

Т=1/ f_c =1/5*10³=0,2мс

 

По точке пересечения (рабочей точке) нагрузочной прямой с ВАХ транзистора, соответствующей напряжению на затворе Uз=Есм= -3В определяем, что полевой транзистор находится в линейном режиме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Затем определяем максимальное и минимальное напряжения на стоке, исходя из амплитуды действующего на вход гармонического сигнала. По этим значениям на графике определяется амплитуда переменной составляющей напряжения сток-исток ΔUси.

По полученным значениям определяется коэффициент усиления по напряжению Кu для данной схемы усилителя.

К_u=U_вых/U_вх=ΔU_си/ΔU_зи=(11-4,5)/(|-3,5|-|-2,5|)=6,5

 

ЗАДАНИЕ № 3

 

Цифровые и аналоговые устройства

Триггеры. Назначение и классификация триггеров, условное 
схематическое обозначение, принцип построения.  
RS-триггер на транзисторах: схема, временные диаграммы, принцип работы, таблица истинности.

                                              

  ТРИГГЕРЫ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И  КЛАССИФИКАЦИЯ

Триггер (бистабильный мультивибратор — это цифровой автомат, имеющий несколько входов и 2 выхода.      Триггер — один из базовых (основных) элементов цифровой техники Некоторые исследователи включают триггер в 100 великих изобретений.            Триггер не является логическим элементом первого уровня, а сам состоит из логических элементов первого уровня - инверторов или логических вентилей. По отношению к логическим элементам первого уровня триггер является логическим устройством второго уровня.  Триггер — элементарная ячейка оперативной памяти.   Триггер - простейшее устройство, выполняющее логическую функцию с обратной связью, т.е. простейшее устройство кибернетики.  Триггеры - элементарные автоматы, содержащие элемент памяти и схемы управления им. При подаче на управляющие входы триггера соответствующих сигналов он устанавливается, как правило, в одно из двух устойчивых состояний, которое сохраняется в течении заданного времени после окончания действия входных сигналов.

Состояние триггера определяется значением  выходного сигнала Q на прямом выходе. Обычно триггер имеет и инверсный выход с сигналом . Стандартные серии ИС содержат большое количество различных триггеров, отличающихся друг от друга способом записи информации, принципом функционирования и т.д. Поэтому технически грамотное применение готовых триггеров зависит от понимания принципов их функционирования и ограничений по входным и управляющим сигналам. Помощь же в этом может оказать их классификация, приведенная ниже.            Триггерные схемы классифицируют по следующим признакам:

• числу целочисленных устойчивых состояний (основанию системы счисления) (обычно устойчивых состояний два, реже — больше;
• числу уровней — два уровня (высокий, низкий) в двухуровневых элементах, три уровня (положительный, ноль, отрицательный) в трёхуровневых элементах, …, N-уровней в N-уровневых элементах, … ;
• принципу построения;
• функциональным возможностям;
• способу приёма логических сигналов.      

По способу  работы с сигналами различают  асинхронные, синхронные и смешанные  триггерные схемы, статические и  динамические.  Асинхронный триггер изменяет своё состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала.   Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации С (от англ. clock). Этот вход также обозначают терминами «строб», «такт». Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим (статические) и динамическим (динамические) управлением по входу синхронизации С.    Статические триггеры воспринимают информационные сигналы при подаче на вход С логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход).        Динамические триггеры воспринимают информационные сигналы при изменении (перепаде) сигнала на входе С от 0 к 1 (прямой динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход).   Статические триггеры в свою очередь подразделяют на одноступенчатые (однотактные) и двухступенчатые (двухтактные).   В одноступенчатом триггере имеется одна ступень запоминания информации, а в двухступенчатом — две такие ступени. Вначале информация записывается в первую ступень, а затем переписывается во вторую и появляется на выходе (обычно двухступенчатые триггеры применяются в схемах, где логические функции входов триггера зависят от его выходов, во избежание временных гонок). Двухступенчатый триггер обозначают ТТ.

По структурному построению — однотактные (триггеры защёлки), двухтактные и триггеры с динамическим управлением. По способу реакции на помехи — прозрачные и непрозрачные. Непрозрачные, в свою очередь, делятся на проницаемые и непроницаемые. По функциональному назначению — RS, D, JK, T, RR, SS, EE, DV.    При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно полевые транзисторы), в прошлом — электромагнитные реле, электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС).    Используются, в основном, в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, ОЗУ.           По функциональным возможностям триггеры разделяют на следующие классы:            - с раздельной установкой состояния 0 и 1 (RS-триггеры). Если триггер является синхронным — добавляется вход синхронизации C.;  - универсальные (JK-триггеры);        - с приёмом информации по одному входу D (D-триггеры, или триггеры задержки);           - со счётным входом Т (Т-триггеры).      Каждый тип триггера имеет собственную таблицу работы (таблицу истинности).

Рисунок 3.1 Классификация триггеров

Триггеры RS типа имеют два входа раздельной установки в нулевое и единичное состояние. Воздействие по входу S (set-установка) переводит триггер в единичное состояние, а воздействие по входу R (reset - сброс) - в нулевое. Одновременная подача сигналов S и R не допускается.

Триггер типа D (от слова delay - задержка) принимает информацию по одному входу. Его состояние повторяет входной сигнал, с задержкой, определяемой тактовым сигналом.

Триггер типа Т (от слова toggle - защелка) называется счетным триггером. Он изменяет свое состояние на противоположное каждый раз, когда на его вход приходит очередной сигнал.

Триггеры типов DV и TV отличаются от своих прототипов D и T дополнительным входом V. Если на этот вход подан высокий уровень напряжения, то триггеры функционируют как прототипы. Если же на входе V низкий уровень напряжения, то триггеры находятся в режиме хранения и не воспринимают изменения информации на входах.

Триггер типа JK - универсален, с раздельной установкой нулевого и единичного состояний. В отличии от RS триггера в нем не запрещена одновременная подача сигналов на оба входа. Причем одновременная подача логической единицы на оба входа переводит его в счетный режим, и триггер начинает функционировать аналогично триггеру типа Т относительно тактового входа. При раздельном использовании входов установка триггера в единичное состояние осуществляется по входу J, а в нулевое - по входу K.

В комбинированных  триггерах совмещаются несколько режимов. Например, комбинированным является триггер типа RST с входами установки единичного и нулевого состояний, а также счетным.

Примером триггера со сложной входной  логикой может служить JK триггер, у которого имеется несколько  входов J и K. Причем как по входам J, так и по входам K выполняется логическая операция И.

 

      RS - триггер  

  

 Важным  методом, используемым для описания  функционирования RS-триггера, является  метод таблиц состояний (таблиц  переходов). Таблица состояний (рис. 3.2.а) RS-триггера в сокращенной форме (эту таблицу называют также управляющей таблицей, таблицей функционирования) содержит два входных сигнала (сигналы R и S) и один выходной сигнал Q (функция). Хотя триггеры имеют два выхода - один прямой Q, а другой - инверсный , в описании триггера и в таблице состояний указывают лишь состояние прямого выхода Q.  

 Из таблицы  состояний триггера видно, что  при подаче на вход R уровня  лог. «1» триггер принимает  состояние логического «0», а  при подаче управляющего сигнала  «1» на вход S - состояние «1».  Следует отметить также, что  если до подачи управляющего  сигнала, например, на вход R, триггер  находился в состоянии логического  «0», его состояние не изменится и после подачи сигнала «1» на вход R. Если на обоих входах триггера имеются уровни логического «0» - это состояние соответствует режиму хранения и триггер сохраняет предыдущее состояние. В таблице это состояние обозначено условно Q⁰. При подаче на входы R и S одновременно уровня «1» триггер будет находиться в неопределенном (или неправильном) состоянии, поэтому такое сочетание сигналов R и S называется запрещенной комбинацией управляющих сигналов и в таблице состояний обозначается буквой a.