Шпаргалка по УЦА

Шпаргалка по УЦА
Автор: drug \| Категория: Технические науки / Автоматизация \| Просмотров: \| Комментирии: 0 \| 02-01-2013 17:04

Неинвертирующий ОУ с ОС. (рис. а)
Вх. сигнал подается на неинверт-щий вход, а к инверт-щему входу подводится напряжение ОС с выхода ОУ. Таким обр-ом на на входах ОУ действ-т Uвх и Uос, называемой также последователбной ОС. Поскольку напряжение м/у входами = 0, то на инверт-щем входе будет:

Таким образом, коэфф-т усиления:
В част.случае, при R=0 и любом значении R1 (кроме 0) получится повторитель напряжения с коэф-том передачи К=1.

Полагаем
Вх. сигнал подается на неинверт-щий вход ОУ, а к инверт-щему входу подводится напряжение ОС с выхода ОУ. что RH>>RВЫХ; RВХ>>R1; R2>>RВЫХ;

3. ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (ИНВЕРТИРУЮЩИЙ, НЕИНВЕРТИР-Й С ОБРАТ. СВЯЗЬЮ)
ОУ – усилитель напряжения, предназначенный для выполнения различных операций. Идеальный ОУ имеет коэфф-т усиления по напряжению: KU=UBbIX/UBX; KU→ ∞;RBX→ ∞; RBbIX→ 0. ОУ явл-ся усилителем пост.тока. В ОУ очень мал дрейф нуля. Вых.напряжение для дифференц-го ОУ: UBbIX= KU(UBX 1- UBX 2). При подаче сигнала на прямой вход: UBbIX= KU(UBX 1), а при подаче на инвертирующий: UBbIX= -KUUBX.
Для улучшения параметров УО применяют ОС.
Инвертирующий ОУ с ОС. (рис 2.20) ОУ при подаче сигнала на инвертирующий вход при усилении изменяет полярность сигнала на противоположную. Вх-й сигнал и сигнал ООС подают на инвертирующий вход ОУ, при этом происх-т сложение iвх и iос, т.е.речь идет об ООС со сложением токов, наз-ой параллельной ООС.для осуществления сложения токов необходимо обеспечить R1≠0 R2≠0.
Ур-е для схемы(а):
Коэф-т усиления ОУ:

2.ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТРАНЗИСТОРНАЯ СХЕМА УСИЛЕНИЯ-ОСНОВА ОУ.РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ.

5. КАСКАДЫ УСИЛЕНИЯ МОЩНОСТИ.
Каскад усиления мощности класса А.(рис. 2.32)
Для усилителя мощности класса А применяют трансформаторную связь с нагрузкой. В режиме покоя за счет напряжения смещения подаваемого на базу IБ, П и IК, П (ток базы покоя и ток коллектора покоя). IК, П=IБ, П+(+1) IКБО. На рис. 2.33 РК=Р0–РН , РН–мощность нагрузки, Р0–мощность от ЕК. КПД каскада: =2.
Выводы:
1. Максимальный КПД достигается при больших значениях , т.е. при усилении больших сигналов.
2. Мощность потребляемая от источника Р0 не зависит от передаваемого сигнала.
3. Максимальная мощность потерь РК имеет место в режиме покоя, т.к. UВХ=0. Мощность потерь – это мощность затрачиваемая на нагрев транзистора для транзистора наиболее тяжелым является режим покоя. Недостатки класса А: низкий КПД, особенно при малых значениях вх напряжения; мощность Р0 не зависит от вх сигнала и при малых сигналах затрачивается впустую; каскад должен иметь трансформаторную связь с нагрузкой, отсюда невозможность передачи однополярных сигналов.
Однотактный каскад класса Б.(рис. 2.34)
В режиме покоя смещение на базу транзистора не подается и ток коллектора покоя равен IКЭО0. Мощность РК=0, т.е. нагрева транзистора в режиме покоя практически не происходит. отпирает транзистор V¬2 и транзистор работает как эмиттерный повторитель.
В схеме один источник питания, трансформаторная связь с нагрузкой. Оба транзистора работают по схеме с общим эмиттером. На их базы подаются сигналы +UВХ и –UВХ , что обеспечивает при UВХ >0, отпирание V1, при UВХ<0 – отпирание V2.

6.АЛГЕБРА ЛОГИКИ.ЗАКОНЫ И ТОЖДЕСТВА. СИНТЕЗ СХЕМ, МЕТОДЫ МИНИМИЗАЦИИ.ПРИМЕР
Для описания логических устройств используют алгебру логики (Булеву алгебру). Алгебра логики является аналогом обычной алгебры.
Ее особенность заключается в том, что аргументы и функции принимают только два значения: 0 и 1. Алгебра логики выполняет следующие функции:
1) позволяет математически записывать логические сообщения и связи между ними, что необходимо для определения порядка и принципа работы устройства;
2) позволяет реализовать логические уравнения в виде логических схем, т. е. переходить от аналитического описания процесса его схемной реализации в виде логического автомата;
3) позволяет проводить реализацию логических автоматов в оптимальном виде (минимальное число элементов, их однородность, надежность функционирования и т. д.).
Порядок действий в алгебре логики следующий: сначала выполняется операция «НЕ», затем «И» и наконец «ИЛИ». Как и в обычной алгебре, для изменения порядка действий используются скобки. Не следует забывать, что операций вычитания и деления в алгебре логики нет. Справедливы переместительный и сочетательный законы: А+В+С=В+С+А=С+В+А=А+С+В; А+В+С=А+(В+С)=(А+В)+С. Для осуществления операций над логическими выражениями

Характеистики ОУ – статические и динамические
Статические(определяют работу ОУ в установившемся режиме):1)Коэффициент усиления на постоянном напряжении (K=∆UВЫХ/∆UВХ); 2)Напряж-е смещения нуля UCM; 3)Входные токи iВХ+ и iВХ-4)Разность вх-х токов ∆iВХ 5)Температ. коэф-т напр-я смещения нуля (∆UCM/∆T) 6)Температ. коэф-т разн-ти вх-х токов (∆∆iВХ/∆T); 7)коэф-т ослабл-я синфазн. сигнала(KOOC); 8) макс. Вых ток;
Динамические(опр-ют работу ОУ в неустановивш-ся режиме):1)Предельная частота(частота единичного усиления)(fПР); 2)Максимальная скорость нарастания вых. напряж-я VUвыхMAX
Классификация ОУ: 1) Универсальные(общего применения); 2)Прецизионные(инструментальные); 3)Быстродействующие; 4) Микромощные;
Для улучш-я пар-ров усилит. устр-в применяют ОУ с ОС.
Инвертирующий ОУ с ОС. (рис а)
Входн. сигнал под-ся ООС подают на инвертир вход ОУ. При этом идет сложение токов iВХ и iОС
Найдем усилит пар-ры ОУс ООС. Полагаем что RH>>RВЫХ; RВХ>>R1; R2<<RВЫХ;
Так как у ИМС RВХ→∞, то iВХ = –iОС=i, тогда UВХ=iВХ∙R1= i∙R1; UВЫХ=iОС∙R2= -i∙R2;
отсюда KuОС= UВЫХ / UВХ=- R2 / R1;
| KuОС | ≤ Ku , но при этом KuОС зависит только от R2 / R1,поэтому его стабильность очень высока

Напряжение
Выходное напряжение опр-ся разн-ю напр-ий на входах ОУ UВЫХ=Ku(UВХ-UОС)= Kn(UВХ-UВЫХ)
Отсюда формула расчета ОУ с ООС имеет вид

Т.о KUOC опр-ся соотн-ем R1,R2 и не зависит от KOC и введ-е ООС позв-ет стабил-ть коэф. усил-я ИМС
Наклон передат хар-ки на линейном усчастке опр-ся коэф-том усил-я KuОС

пользуются рядом тождеств:
1) А+А=А; 2) ; 3) А+0=А; 4) А+1=1; 5) АА=А; 6) ; 7) А0=0; 8) А1=А; 9) ; 10) А+АВ+АС=А; 11) ; 12) ; 13) .
Используя данные тождества можно упростить логические уравнения и свести к минимуму число логических элементов необходимых для реализации логич функции. Следующие тождества называются формулами де Моргана:
,
Закон поглощения: а(а+в)=а; а+ав=а; а(а+в)(а+с)=а; а+ав+ас=а.
Закон склеивания: ;
Совокупность элементарных функций с помощью которых можно записать логическую функцию более сложного вида называется базисом. К базису относится система функций:
1. И, ИЛИ НЕ
2. И, НЕ
3. ИЛИ, НЕ
4. Реализация функции Шефера
5. Функция Пирса
Упрощение логических функций с помощью тождеств (аналитический) основывается на интуитивных решениях, и представляет трудности особенно при большем числе вх переменных. При этом трудно оценить, является ли полученное

При подаче на базу транзистора положительного вх сигнала вых напряжение равно: UВЫХ=iКRН. При отрицательном напряжении на входе транзистор заперт: UВЫХ =0. Такой усилитель класса Б может усиливать только однополярные сигналы. КПД каскада: =.
Выводы:
1. КПД каскада класса Б выше, чем класса А особенно для молодых и средних сигналов UВХ.
2. Мощность потребляемая от источника ЕК минимальна в режиме покоя и увеличивается при росте UВХ.
3. Мощность потерь максимальна при средних значениях , но меньше чем максимальная мощность потерь в усилителях класса А.
Двухтактный каскад усиления мощности класса Б.
1)Двухтактный каскад усиления с транзисторами разной проводимости. В режиме покоя оба транзистора заперты. При подаче положительного UВХ схема работает как однотактный каскад класса Б, транзистор V2 заперт. При UВХ0, V¬1 открыт, V¬2 заперт обратным напряжением на входе (–кUВХ). При UВХ<0, V¬1 заперт, кUВХ
выражение минимальным или возможно дальнейшее упрощение. Комбинационные (де- и шифраторы, де- и мультиплесоры, преобраз-ли кодов, цифр.компараторы) –схемы, в к-х значение вых величины зависит только от значений входных переменных в данный момент времени. Последовательность построения комбинационных логических устройств:
1. построение таблицы истинности
2. составление логических выражений
3. минимизация полученных выражений
4. синтез устр-ва по полученным выражениям
К методам минимизации от-ся: диаграмма Вейча, карты Карно, м-д неопред-х коэф-ов, м-д Квайна.
Пример: М-д диаграммы Вейча
Предположим что задана логич. фун-я:

2 ЭТ.- заполнение клеток диагр. Вейча:

Склейка:

8.ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ СХЕМЫ. ТРИГЕРЫ.
Комбинационные устройства устанавливают однозначную зависимость между вх и выходными сигналами (в данный момент времени). Необходимо задавать последовательность работы различных устройств. Например, при счете импульсов необходимо учитывать не только значение поступившего сигнала в данный момент времени, но и учитывать предыдущее состояние. И такие последовательностные логические устройства создаются с использованием триггеров. При поступлении повторных сигналов на один и тот же вход состояние триггера не изменяется, т.е. при отсутствии внешних воздействий триггер может долго пребывать в одном из двух устойчивых состояниях. Поступивший входной сигнал может перевести триггер из одного устойчивого состояние в другое. Рассмотрим простейший асинхронный RS-триггер (R–Reset, S–Set). Его работу можно определить таблицей истинности.
Когда S=1, триггер переходит в Q=1. При отсутствии вх сигнала состояние триггера не изменяется. В момент установления R=1, триггер переходит в состояние Q=0, и находятся в таком состоянии до поступления сигнала S=1. RS – триггер может быть построен на различных логических элементах. В схеме имеется обратная связь с выходов триггера на вход логических элементов. Именно наличие обратной связи отличает триггеры от комбинационных устройств,
D – триггер.(триггер задержки) В нем . В этом триггере кроме тактового входа имеется один вход D; он запоминает на входе сигнал в момент тактового импульса и хранит его до следующего тактового импульса.
R S Qn+1
0 0 Qn
1 0 0
0 1 1
1 1 x
J K Qn+1
0 0 Qn
1 0 1
0 1 0
1 1

1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРАНЗИСТОРА. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ И ИХ ПАРАМЕТРЫ.(коэф. усиления, вх. и вых. сопротивления)
Определение "биполярный" указывает на то, что работа транзистора связана с процессами, в которых принимают участие носители заряда двух типов - электроны и дырки.
Транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя электронно-дырочными переходами, предназначенный для усиления и генерирования электрических сигналов. В транзисторе используются оба типа носителей – основные и неосновные, поэтому его называют биполярным.
Биполярный транзистор состоит из трех областей монокристаллического полупроводника с разным типом проводимости: эмиттера, базы и коллектора.

• Э - эмиттер,

• Б - база,
• К - коллектор,
• ЭП - эмиттерный переход,
• КП - коллекторный переход,
• W - толщина базы.
В схеме с общей базой (рис. а) электрод база является общим для входной и выходной цепи, в схеме с общим эмиттером (рис. б) общим является эмиттер, в схеме с общим коллектором (рис. в) общим является коллектор.
На рисунке показаны: Е1 – питание входной цепи, Е2 – питание выходной цепи, Uвх – источник усиливаемого сигнала.
В качестве основной принята схема включения, в которой общим электродом для входной и выходной цепи является эмиттер (схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером). Для такой схемы входной контур проходит через переход база-эмиттер и в нем возникает ток базы:

Малое значение тока базы во входном контуре обусловило широкое применение схемы с общим эмиттером.
Параметры биполярного транзистора
К основным параметрам транзистора относятся:
• Статический коэффициент усиления по току:
B = Iк / Iб
Его величина находится а пределах 50…250
• Дифференциальный коэффициент усиления по току:

4.ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ НА ОУ(интегратор, диффернциатор, сумматор).
Аналоговые вычислительные уст-ва:-сумматор, -интегратор, -диф-тор. Устр-ва выполняются на базе ОУ по схеме инвертирующего усилителя, обесп-его макс.точность.
Сумматор-уст-во, в к-ом все вх.токи и ток обр.связи складываются.

Интегратор-уст-во,в к-ом вых сигнал пропор-ен интегралу от вх

Диф-ры-уст-ва,в к-ых вых сигнал пропор-ен скорости изменения вх.сигнала во времени.
7.КОМБИНАЦИОННЫЕ СХЕМЫ (МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ, ДЕШИФРАТОРЫ, ШИФРАТОРЫ, ПЗУ).
Дешифраторы, шифраторы и преобразователи кода образуют класс кодирующих устройств, под которыми обычно понимают логические функциональные узлы преобразующий многоразрядный вх код в вых код, построенный по другому закону.
Дешифраторами (DC) (декодерами) называется кодирующее устройство преобразующее двоичный код в десятичный. Шифраторами (CD) называется устройство выполняющая функции обратные дешифрированию, т.е. образующий сигнал поданный на один из входов в выходной двоичный код. Преобразователи кодов (А/В, X/Y) – это логические устройства, с помощью которых код одного вида преобразуется в код построенный по другому закону.
Дешифраторы. (DC) Дешифратором называется комбинационное устройство в котором при каждой комбинации вх переменных формируется единичный сигнал только на одном выходе. – число выходов (формула для полного дешифратора), где n – число входов. Данный дешифратор является полным, т.е. в нем используются все возможные комбинации вх переменных. Применяются также дешифраторы с меньшим числом выходов. Например, при 4х переменных на входе может быть 10 или 12 называют «декодер–кодер». Сущность его заключается в том, что входные сигналы подаются на дешифратор. Сигналы с выхода дешифратора подаются на входы шифратора, число выходов у которого равно числу выходов для кода, в который производится преобразование. Если у дешифратора и шифратора имеется большее число входов или выходов, то часть из них можно не использовать. Когда нескольким входным комбинациям соответствует одна и та же выходная комбинация, то
соответствующие выходы дешифратора объединяются с помощью элемента «ИЛИ». Выход его подают на нужный вход шифратора. Для вышерассмотренного примера преобразователь кода, построенный по структуре «декодер–кодер» будет иметь вид, показанный на рис. При Х1=0, Х2=0 выходной код 100. Это соответствует коду 4 в двоичном коде. Следовательно, выход 0 дешифратора следует соединить с входом 4 шифратора. При Х1=1, Х2=0 выходной код должен быть равен 011. Это соответствует числу 3 в двоичном коде. Т.к. при сочетании Х1=1, Х2=0 сигнал «1» появляется на выходе1 дешифратора, его следует соединить со входом 3 шифратора и т.д.
Мультиплексоры. Мультиплексором называется комбинационное устройство в котором выход соединяется с одним из входов в соответствии с кодом адреса, который задается x, y(управ.входы). Если x=0 , y=0, т.е. код адреса 00, F=A; x=0 , y=1, 01, F=B; x=1 , y=0, 10, F=С; x=1 , y=1, 11, F=D.
Каждый из переходов транзистора можно включить либо в прямом, либо в обратном направлении. В зависимости от этого различают три режима работы транзистора:
1. Режим отсечки – оба p-n перехода закрыты, при этом через транзистор обычно идет сравнительно небольшой ток
2. Режим насыщения – оба p-n перехода открыты
3. Активный режим – один из p-n переходов открыт, а другой закрыт
В режиме отсечки и режиме насыщения управление транзистором невозможно. Эффективное управление транзистором осуществляется только в активном режиме. Этот режим является основным. Если на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном – обратное, то включение транзистора считают нормальным, при противоположной полярности – инверсным.
В нормальном режиме коллекторный p-n переход закрыт, эмиттерный – открыт. Ток коллектора пропорционален току базы.
Три схемы включения биполярного транзистора
Различают схему включения с общей базой, общим эмиттером, общим коллектором. Схемы для p-n-p транзистора показаны на рисунках а, б, в:

т.е. в этих схемах за счет обратной связи учитывается предыдущее состояние триггера.

Синхронные триггеры. Во многих устройствах необходимо синхронизировать во времени переключение триггеров: неодновременное переключение ведет к появлению не предусмотренных состояний. Синхронные триггеры имеют дополнительный тактовый вход, на который подаются положительные тактовые импульсы. Он воспринимает информацию только при наличии тактового импульса и переходит в новое состояние в момент среза тактового импульса.
JK-тригер явл-ся универсальным,т.к на его основе можно построить др.тригеры.
В отличие от RS – триггера у JK – триггера при вх сигнале J=K=1 начальное состояние триггера меняется на противоположное, т.е. .
Синхронные RS – триггеры. Если J=S, а K=R, то этот триггер превращается в RS – триггер, сохраняется тактовый сигнал «С».
Счетный Т-триггер. Он называется тактовым. В нем используется 4ая строка истинности. J=K=1. Для того, чтобы его реализовать на основе JK-тригера н/входы J и K объединить и подключить к уровню, соответствующему логической единице.
Знаком 1 заполн-ся клетки входящие в состав преобр-ой ф-ции, все переем-е заносим в диагр. №2 . Следующий этап – «склейка клеток». Производится «склейка клеток» по столбцам, по строкам, полустрокам, полустолбцам. Склейка невозможна по диаг-ме и по нечетному числу клеток.
Результатом 1-й склейки: 2-й столбец – АС; 2-й склейки: правый верхний угол 4 скл. - ; 3 нижняя и верхняя клетка 4 столбца - . Результат минимизации

. На x, y подаются сигналы определяющие какой из входных сигналов будет передан на выход устройства. Мультиплексоры нашли применение в устройствах отображения информации и в различных микропроцессорных устройствах управления.

выходов, т.е. ряд комбинаций вх переменных не используется. Дешифратор реализует следующие логические функции. Если вх переменные представить как двоичную форму записи, то логическая единица будет появляться на том выходе номер которого соответствует десятичной форме записи числа. Например, 910=10012. Следовательно, дешифраторы могут использоваться как преобразователи двоичного кода в десятичный. Схемотехническая реализация дешифратора бывает следующей: пирамидальная; линейная; прямоугольная. Также различают: одноступенчатую и многоступенчатую структуру. Линейные дешифраторы наиболее быстродействующие, т.к. там используется одна ступень логических элементов. Прямоугольный дешифратор считается самым экономичным по аппаратурным затратам при большом количестве выходов. При увеличении разрядности используют каскадное включение, при котором образуется многоступенчатый дешифратор(сигналы 2-х
ст.разрядов(х4,х5)подаются на 1 ступень дешифрования. Ост.сигналы-на дешифраторы 2-ой ступени. Сигналы х1,х2,х3 м/изменять состояние выходов т/той схемы,у к-ой на разрешающем входе Е б/логическая «1»). СХЕМА
Преобразователи кодов.В преобразователях кода законы их функционирования обычно задаются с помощью соответствующей таблицы. Этот способ R1 для ↑ точности

при Uкэ = const
• Статический коэффициент передачи тока эмиттеру:

• Дифференциальный коэффициент передачи тока эмиттеру:
Коэффициенты α0 и α практически одинаковы. Их значения находятся в пределах 0,9…0,998 и являются функциями температуры и напряжения Uкэ
• Дифференциальное выходное сопротивление:
при Uбэ = const
• Дифференциальное входное сопротивление:
при Uкэ = const

Не Пропустите: