Контрольная работа по электронике

Федеральное агентство связи

Федеральное Государственное Образовательное Бюджетное Учреждение

Высшего Профессионального Образования

«Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики»

(ФГОБУ ВПО «СибГУТИ»)

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ

Методическое руководство

Новосибирск 2011 г.

УДК 621.3.049.77

К. т.н., доцент

Контрольная работа по электронике / ФГОБУ ВПО СибГУТИ – Новосибирск, 2011 г. – 11с.

Методическое руководство содержит задания, исходные данные, методические указания и примеры выполнения двух задач контрольной работы, охватывающих разделы «Аналоговые электронные устройства» и «Цифровые электронные устройства» раздела «Электроника» учебной дисциплины «Электротехника и электроника».

Для студентов заочной формы обучения для направлений:

«Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем»;

230 101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».

Кафедра технической электроники.

Иллюстраций 11 , таблиц 2, список лит. 8 назв.

Редактор: к. т.н, доцент

Рецензент – д. т.н., профессор

Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве методического руководства.

© ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики», 2011 г.

ВВЕДЕНИЕ

Учебная дисциплина «Электротехника и электроника» содержит значительный по объему материала раздел «Электроника», в котором изучаются основные электронные приборы и функциональные модули, а также схемотехника аналоговых и цифровых электронных устройств.

Знание свойств и возможностей этих устройств и умение применять эти устройства в профессиональной деятельности являются целями изучения раздела «Электроника» учебная дисциплины «Электротехника и электроника».

Выполнение каждой из двух задач направлено на активизацию самостоятельной учебной деятельности студентов и на закрепление ее результатов.

Задача №1 «Аналоговые электронные устройства»

СТРУКТУРА УСТРОЙСТВА

Структура устройства представлена на рисунке 1.

Входные сигналы Uвх1 и Uвх2 подаются на модуль №1. Выходной сигнал модуля №1 Uвых1подается на вход модуля №2. Выходной сигнал модуля №2 Uвых2 является выходным сигналом устройства.

ЗАДАНИЕ:

1.  Разработать принципиальную электрическую схему аналогового электронного устройства с заданными входными сигналами и с заданной структурой, используя операционные усилители типа К153УД5 и дискретные элементы входных цепей и цепей обратных связей.

2.  Рассчитать параметры дискретных элементов входных цепей и цепей обратных связей.

3.  Изобразить временные диаграммы входных и выходных напряжений модулей №1 и №2, входящих в состав устройства. Диаграммы расположить друг под другом, синхронизовав их по времени.

УКАЗАНИЯ ПО ВЫБОРУ ВАРИНТА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ.

Вариант исходных данных задается в таблице №1 кодом из четырех цифр.

Первая цифра кода определяет параметры сигнала Uвх1:

1)  Линейно снижающееся пилообразное напряжение с амплитудой 5 В и периодом 1мс (рисунок 2).

2)  Линейно нарастающее пилообразное напряжение с амплитудой 5 В и периодом 1мс (рисунок 3).

3)  Линейно нарастающее и линейно снижающееся пилообразное напряжение с амплитудой 5 В и периодом 1мс (рисунок 4).

Вторая цифра кода определяет параметры сигнала Uвх2:

1)  Постоянное напряжение Uвх2 = +3 В.

2)  Постоянное напряжение Uвх2 = - 3 В.

Третья цифра кода определяет функцию, реализуемую модулем №1:

1)  Сумматор аналоговых сигналов с весовыми коэффициентами, равными 1.

2)  Вычитатель аналоговых сигналов с весовыми коэффициентами, равными 1.

3)  Компаратор аналоговых сигналов.

Четвертая цифра кода определяет функцию, реализуемую модулем №2.

1)  Интегрирующий усилитель.

2)  Дифференцирующий усилитель.

3)  Определитель модуля разнополярного входного сигнала (прецизионный выпрямитель).

Таблица №1. ВАРИАНТЫ КОДА ЗАДАНИЯ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Вариант №	Код	Вариант №	Код	Вариант №	Код	Вариант №	Код
1	1111	7	1211	13	2113	19	3133
2	2222	8	1212	14	3112	20	3233
3	2111	9	1223	15	3113	21	2233
4	1222	10	2211	16	3221	22	2231
5	3111	11	2213	17	3223	23	2232
6	3222	12	2112	18	3122	24	3123

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ №1

Код варианта – 1231(не входит в таблицу вариантов для студентов)

1)  Uвх1 - линейно снижающееся пилообразное напряжение с амплитудой 5 В и периодом 1мс.

2)  Постоянное напряжение Uвх2 = - 3 В.

3)  Функция, реализуемая модулем №1, - Компаратор аналоговых сигналов.

3)  Функция, реализуемая модулем №2, - Дифференцирующий усилитель.

Принципиальная электрическая схема устройства

Расчет параметров дискретных элементов R1,C1 модуля №2

Условием достаточно точной реализации операции дифференцирования является выполнения соотношения между длительностью выходного импульса tвых2 и периодом входного сигнала Т: tвых2 ~ 0,1 Т. Длительность tвых2 = (4…5) τ= R1*C1. Отсюда следует значение τ = 0.02 Т = 0,02 мс. Принимая сопротивление резистора в цепи отрицательной обратной связи R1 = 1 кОм, получим C1= τ/ R1 = 20 нФ.

Временные диаграммы сигналов на входах и выходах модулей №1и №2

Рисунок 6.

Объяснение вида временных диаграмм сигналов на входах и выходах

модулей №1 и №2

Сигнал Uвх1 подан на инвертирующий вход усилителя DA1, а сигнал Uвх2 - на неинвертирующи вход усилителя, вследствие чего напряжение, соответствующее их разности, получает положительный сдвиг относительно нулевого уровня входных сигналов. Инверсия разности входных сигналов вызывает на выходе компаратора прямоугольное напряжение, отрицательная часть которого превосходит по длительности положительную часть.

Передаточный коэффициент Ku дифференцирующего усилителя равен Uвых2 / U вых1 и равен отношению R1/Xc1 . Xc1 = 1/2πfвх C1 = 15,92 kOm. Следовательно, при R1 = 1kOm Ku = 0,063, а амплитуда Uвых2 = 0,63 В.

Задача №2. «Цифровые электронные устройства»

СТРУКТУРА УСТРОЙСТВА

Структура устройства представлена на рисунке 7.

Входные сигналы Uвх1, Uвх2, Uвх3 – положительные логические сигналы потенциального типа, сдвинутые друг относительно друга на 1/6 периода следования Т.

Входной сигнал U вх4 – положительные импульсы синхронизации с длительностью 1/12 периода Т и периодом следования Тсинхр. = 1/3 периода Т, синхронизованные с передним фронтом сигнала Uвх1.

Модуль №1- логическое устройство с заданной функцией, реализованное на элементах 2И-НЕ. Выходной сигнал модуля №1 Uвых1и входной сигнал U вх4 подаются на вход модуля №2.

Модуль №2 – синхронный триггер заданного типа, реализованный на элементах 2И-НЕ. Выходной сигнал модуля №2 Uвых2 является выходным сигналом устройства.

ЗАДАНИЕ:

1.  Разработать принципиальную электрическую схему цифрового электронного устройства с заданными входными сигналами и с заданной структурой, используя цифровые микросхемы типа К155ЛА3, (4 логических элемента с функцией 2И-НЕ), и дискретные RC-элементы цепей установки триггера в модуле №2 в исходное состояние.

2.  Рассчитать параметры дискретных RC-элементов цепей установки триггера в исходное состояние.

3.  Изобразить временные диаграммы входных и выходных напряжений модулей №1 и №2, входящих в состав устройства. Диаграммы расположить друг под другом, синхронизовав их по времени.

УКАЗАНИЯ ПО ВЫБОРУ ВАРИНТА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ.

Вариант исходных данных задается кодом из двух цифр в таблице №2.

Таблица №2. ВАРИАНТЫ КОДА ЗАДАНИЯ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Вариант №	Код	Вариант №	Код	Вариант №	Код	Вариант №	Код	Вариант №	Код
1	11	7	71	13	32	19	92	25	53
2	21	8	81	14	42	20	10,2	26	63
3	31	9	91	15	52	21	13	27	73
4	41	10	10,1	16	62	22	23	28	83
5	51	11	12	17	72	23	33	29	93
6	61	12	22	18	82	24	43	30	10,3

Первая цифра кода в таблице №2 определяет логическую функцию, реализуемую в модуле №1.

1	2	3	4	5
f1=ac+bd	f1=ad+bc	f1=ab+cd
6	7	8	9	10

Вторая цифра кода в таблице №2 определяет тип триггера, реализуемого в модуле №2.

1)  Двухтактный синхронный T-триггер со структурой “master-slave”.

2)  D-триггер со структурой “latch”.

3)  Однотактный синхронный JK-триггер, работающий в режиме Т-триггера

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ №2

Для реализации в модуле №1задана логическая функция . Пользуясь законом инверсии дизъюнкции, преобразуем заданную функцию к виду . Используя для реализации функции только элементы 2И-НЕ, получаем принципиальную электрическую схему модуля №1:

Рисунок 8

Для реализации в модуле №2 задан тип триггера - D-триггер со структурой “latch”. Используя для реализации триггера только элементы 2И-НЕ, получаем принципиальную электрическую схему модуля №2:

Рисунок 9

Элементы R1, R2, C1служат для установки триггера в исходное состояние, соответствующее Q=0. При включении питающего напряжения происходит процесс заряда конденсатора С1 от +Uпит. через R1. Напряжение на конденсаторе С1, изменяясь по закону Uc (t) = Uпит (1 – exp(-tз. р. / R1C1)), за время задержки распространения сигнала tз. р = 30 нс не должно превысить максимально допустимое напряжение логического нуля – 0,4 В. При Uпит = 4 В и R1 = 1кОм из приведенной формулы Uс (t) определяем емкость С1 = 0,3 нФ.

Временные диаграммы сигналов на входах и выходе модулей №1 и №2

Рисунок 10

Принципиальная электрическая схема цифрового устройства

Рисунок 11

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1.  Алексенко микросхемотехники. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИМЕДИАСТАЙЛ, 2002. – 448 с.: ил.

2.  , Шагурин : Учебное пособие для вузов – М.: Радио и связь, 1982.

3.  и др. Основы теории электрических цепей и электроники: Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 1989, - 528 с.: ил.

4.  и др. Классическая электроника и наноэлектроника: учеб. пособие – М.: Флинта: Наука, 2009. – 728 с.

5.  Степаненко микроэлектроники, изд. 2-е – М-СПб: Лаборатория Базовых знаний, 2001. – 488 с.

6.  Полупроводниковая схемотехника, справочное руководство, перевод 5-го издания с немецкого под ред. . - М.: Мир, 19с.

7.  Искусство схемотехники, изд.5-е (в 1-м томе, сокращенное), - М.: Мир, 1998.

8.  Применение операционных усилителей и линейных интегральных схем: - М.: Мир, 1985.

Борис Хаймович Левин

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ

Методическое руководство

Редактор:

Корректор:

Подписано в печать

Формат бумаги 60х84/16, отпечатано на ризографе, шрифт №10, изд. л. 1,0,

заказ № , тираж 100. СибГУТИ.

Новосибирск,