Методические указания для выполнения контрольных работ (стр. 2 )

Усилители чаще состоят из двух и более каскадов. Надо знать виды межкаскадных связей и как определяется коэффициент усиления многокаскадного усилителя.

При изучении усилителей постоянного тока (УПТ) следует знать источники "дрейфа нуля" и способы его снижения (параметрические, структурные), уяснить принцип действия дифференциального УПТ и усилителей по системе "модуляция-демодуляция".

Литература: [1, с. 87-112, 131-160; 2, с. 52-73].

Вопросы для самопроверки

1.  Изобразите три схемы усилительных каскадов на транзисторах: ОЭ, ОК, ОБ. Объясните принцип их действия.

2.  Проведите графический анализ работы транзисторного усилителя с общим эмиттером (ОЭ).

3.  Изобразите схемы однотактного и двухтактного транзисторных каскадов усиления мощности, объясните принцип их работы.

4.  Приведите схему и объясните принцип действия дифференциального усилителя постоянного тока.

5.  Объясните принцип действия и назначения отрицательной обратной связи в усилителях.

6.  Объясните на типовых схемах транзисторных каскадов с общим эмиттером и одним источником питания способы компенсации напряжения смещения нуля.

7.  Определите общий коэффициент усиления трехкаскадного усилителя, если коэффициенты усиления каскадов К1=6, К2=5, К3=4.

ТЕМА 3. Усилительные и импульсные устройства

на аналоговых интегральных микросхемах

3.1. Операционный усилитель (ОУ) и его назначение, устройство и принцип действия. Параметры и характеристики идеального и реальных ОУ. Инвертирующий и неинвертирующий усилители на ОУ с отрицательной обратной связью; устройство, принцип действия, расчет параметров.

3.2. Частотные свойства и самовозбуждение операционных усилителей. Методы компенсации влияния напряжения смещения нуля и токов утечки. Понятие об усилителях с емкостной связью, их частотная характеристика.

3.3. Построение дифференциатора и интегратора на ОУ. Простейшие фильтры нижних и верхних частот, избирательные (полосовые) фильтры на ОУ.

3.4. Компаратор и триггер Шмитта на ОУ. Основные особенности импульсных устройств. Мультивибратор на ОУ: назначение, принцип действия, расчет основных параметров. Способы регулирования частоты и скважности мультивибратора. Одновибратор на ОУ: устройство, принцип действия, расчет. Генераторы линейно-изменяющегося напряжения, применение в них интеграторов на ОУ.

Методические указания

Операционные усилители (ОУ) в интегральном исполнении в настоящее время составляют основу аналоговых интегральных микросхем и широко используются для формирования аналоговых и импульсных сигналов.

Интегральные ОУ в схемотехническом отношении обычно строят по схеме усилителя с непосредственной связью между каскадами с дифференциальным входом. Основная особенность ОУ – большой коэффициент усиления, что позволяет пользоваться идеальной моделью ОУ (Коу =¥, Rвх =¥, Rвых = 0). В ходе изучения следует познакомиться с реальными характеристиками ОУ с тем, чтобы ясно представлять, в каких случаях можно ограничиться идеальной характеристикой, в каких нет.

На основе типовых операционных усилителей строятся различные функциональные узлы электроники: сумматоры, интеграторы, масштабные усилители, компараторы и т. д. Современные ОУ обладают достаточно широкой полосой пропускания, что позволяет использовать их в качестве усилителей импульсных сигналов и строить импульсные устройства.

Необходимо познакомиться с применением ОУ для создания формирователей импульсов (мультивибратор, одновибратор). Изучая эти устройства, необходимо обратить внимание на то, как с помощью времязадающих цепей и обратных связей в устройствах обеспечивается регулировка длительности импульса одновибратора и частоты следования импульсов мультивибратора.

Литература: [1, с. 131-160, 176-192, 194-199; 2, с. 76-125]

Вопросы для самопроверки

1.  Перечислите основные параметры операционного усилителя.

2.  Как с помощью отрицательной обратной связи обеспечивается требуемый коэффициент усиления инвертирующего и неинвертирующего усилителей?

3.  Объясните принцип работы сумматора на ОУ. Нарисуйте схему сумматора на 3 входа.

4.  Объясните принцип работы интегратора на ОУ и приведите его схему.

5.  Как работает компаратор и триггер Шмитта на ОУ?

6.  Поясните, какую роль играет положительная обратная связь в генераторе гармонических колебаний. Приведите схему простейшего генератора синусоидальных колебаний на ОУ.

7.  Приведите схему генератора линейно-изменяющегося напряжения с использованием интегратора на ОУ.

8.  Приведите схему симметричного мультивибратора на ОУ. Какие элементы схемы являются времязадающими?

9.  Приведите схему одновибратора на ОУ. Какие элементы схемы определяют длительность импульса одновибратора?

ТЕМА 4. Интегральные логические и цифровые устройства

4.1. Электронные устройства, реализующие логические операции И, ИЛИ, НЕ. Типовой логический элемент И-НЕ транзисторно-транзисторной логики и КМОП-структуры. Законы алгебры логики. Интегральные комбинационные схемы: дешифраторы, мультиплексоры, сумматоры, цифровые схемы сравнения. Построение оперативных и постоянных запоминающих устройств.

4.2. Особенности последовательных цифровых устройств. Асинхронный RS-триггер, его устройство и принцип действия. Синхронные триггеры: RSC, T, D, JK, таблица истинности, роль тактового входа, назначение триггера. Принцип построения двоичных и двоично-десятичных счетчиков импульсов. Понятие о реверсивных счетчиках и счетчиках с произвольным коэффициентом счета. D-триггер с динамическим входом и построение регистров хранения и сдвига.

4.3. Формирователи и генераторы импульсов на цифровых интегральных микросхемах.

4.4. Цифро-аналоговые и аналогово-цифровые преобразователи (ЦАП и АЦП): структура, принцип действия, применение.

Методические указания

Логические элементы вместе с запоминающими элементами составляют основу устройств цифровой электроники. Логические элементы выполняют простейшие логические операции над двоичными числами, а запоминающие устройства служат для их хранения. Понимание элементарных логических операций И, ИЛИ, НЕ послужит в дальнейшем основой для изучения всех сложных вопросов вычислительной техники.

Изучение электронных схем, реализующих логические операции, необходимо начать с простейших ключевых элементов, освоить таблицу истинности, а затем изучить типовой логический элемент И-НЕ на основе транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) и на комплементарных полевых транзисторах КМОП-структуры. Изучив базовую схему ТТЛ, можно переходить к синтезу комбинационных устройств, содержащих различные комбинации логических схем.

К таким устройствам относятся: дешифраторы - преобразователи двоичного кода в десятичный или шестнадцатеричный; мультиплексоры – коммутаторы логических сигналов; полусумматоры и сумматоры.

Значительную группу логических устройств последовательного типа составляют триггеры-устройства, имеющие два устойчивых состояния. В первую очередь необходимо разобраться в принципе работы простейшего асинхронного RS-триггера, построенного на базе логических элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ и освоить таблицу состояний триггера. Затем рекомендуется изучить более сложные триггеры: тактируемый синхронный RSС, T, D, JK. Следует знать, что наибольшее распространение находят универсальные JK-триггеры, с помощью которых можно получить все другие триггеры.

На базе триггеров строятся счетчики разных типов с разными коэффициентами счета. Необходимо ясно представлять принципы работы двоичного счетчика и регистра. На цифровых интегральных микросхемах более просто по сравнению с ОУ реализуются импульсные устройства, такие как триггер Шмитта, одновибратор, генератор прямоугольных импульсов (мультивибратор) и другие. Некоторые из них выпускаются в готовом интегральном исполнении.

Литература: [1, с. 207-262; 2, с. 134-163].

Вопросы для самопроверки

1.  Что такое многоэмиттерный транзистор (пояснить на схеме логики ТТЛ элемента И-НЕ)?

2.  Приведите условно-графические изображения двухвходовых элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Объясните их действия с помощью таблицы истинности.

3.  Приведите таблицу истинности и схему логического элемента "Исключающее ИЛИ".

4.  Нарисуйте принципиальную схему асинхронного RS-триггера на элементах И-НЕ или ИЛИ-НЕ.

5.  Нарисуйте схему двоичного счетчика на базе Т-триггеров. Объясните принцип его работы.

6.  Нарисуйте и объясните принцип работы регистра хранения на потенциальных D-триггерах.

7.  Нарисуйте и объясните принцип работы регистра сдвига на D-триггерах с динамическим входом.

8.  Объясните назначение и принцип работы ЦАП и АЦП.

ТЕМА 5. Основы микропроцессорной техники

5.1. Типовая архитектура микропроцессора (МП) и микроЭВМ. Представление чисел в МП. Структура однокристального восьмиразрядного МП. Схема и назначение выводов типового МП серии К 580. Блок регистров. Арифметическо-логическое устройство. Буферные схемы (шинный драйвер). Назначение и устройство оперативной (ОЗУ) и постоянной (ПЗУ) памяти. Стековая память МП.

5.2. Логическая организация и интерфейс МП. Работа устройства управления МП. Основные принципы программирования команд на языке Ассемблера. Команды операций пересылки данных, ветвления, вызова подпрограммы и возврата в основную программу. Способы адресации. Пример простейшей программы на Ассемблере.

Методические указания

Микропроцессор (МП) – это информационное устройство, обладающее способностью выполнять по определенной программе, задаваемой управляющими сигналами, обработку информации, включая ввод и вывод данных, арифметические и логические операции, принятие решений и выдачу управляющий воздействий на внешние объекты. На основе МП строятся микроЭВМ – устройства, содержащие МП, запоминающие устройства (ЗУ), органы управления и средства связи с периферийными устройствами (интерфейс). Совокупность микроЭВМ и средств сопряжения с объектами (датчики, АЦП, ЦАП, исполнительные элементы) называется микропроцессорной системой. При изучении структуры МП и микроЭВМ обратить внимание на назначения и принцип действия отдельных функциональных узлов МП: арифметическо-логического устройства (АЛУ), регистра-аккумулятора, регистров общего назначения (РОН), регистра признаков, буферных регистров, обладающих способностью отключаться от шин, т. е. принимать состояние высокого импеданса, порта ввода-вывода, ОЗУ, ПЗУ и других элементов. Для передачи информации между элементами имеются три магистральных шины: двунаправленная шина данных (ШД), адресная шина (ША) и шина сигналов управления (ШУ).