Материал: Аналоговая и цифровая электроника. Учебное пособие. 2000
Контрольные вопросы
1.В чем отличие нелинейного элемента от линейного?
2.Назовите основные графоаналитические методы расчета нелинейных цепей.
3.В чем заключается метод пересечения характеристик?
4.По каким признакам классифицируются усилительные устройства?
5.Назовите основные характеристики усилителя.
6.Назовите основные параметры усилителя.
7.Какие искажения усиленного сигнала Вы знаете и в чем причина их появления?
8.Что такая обратная связь в усилителе?
9.Какие виды обратной связи Вы знаете?
10.Основные режимы работы усилителя.
11.Основные особенности работы усилителя в режиме А.
12.Перечислите основные методы стабилизации работы усилителя по схеме с ОЭ.
13.Чему равны KI, KU, KP в усилителях с ОЭ?
14.Чему равны KI, KU, KP в усилителях с ОК?
15.Что представляет собой дифференциальный усилитель? 16.Чему равен коэффициент KU для дифференциального усилителя? 17.Какие сигналы называются синфазными?
18.Чему равен KU многокаскадного усилителя?
19. Что такое дрейф нуля УПТ?
20.С какой целью в качестве первого каскада УПТ выбирают дифференциальный усилитель?
21.Принцип работы УПТ с преобразованиями сигнала.
22.Что такое избирательный усилитель?
23.Классификация усилителей мощности.
24.Почему в двухтактных усилителях мощности с трансформаторным выходом, работающих в режиме АВ, нелинейные искажения меньше, чем при работе в режиме В?
25.Что такое ОУ?
26.Пе речислите основные параметры ОУ.
27.Классификация ОУ.
28.Какие требования предъявляются к прецизионным ОУ? 29.Какой вид обратной связи используется в повторителе на ОУ?
30.Докажите, почему KU инвертируемого усилителя может быть меньше 1? 31.Объясните, почему входные резисторы на входах ОУ желательно иметь
одинаковыми?
32.Нарисуйте схему стабилизатора тока на ОУ.
33.Что представляют собой активные фильтры?
34.Как обеспечить защиту от короткого замыкания в ОУ? 35.Что такое “балансировка” ОУ?
36.В каких случаях применяется автоматическая установка нулей ОУ?
91
37.Назначение аналоговых компараторов?
38.Нарисуйте схему двухпорогового компаратора на ОУ?
39.Какие условия необходимо выполнить для работы генератора гармонических колебаний?
40.Что представляет собой компаратор?
41.Чем отличается генератор RC-типа от генератора LC-типа? 42.Перечислите основные параметры импульсного сигнала. 43.Что такое мультивибратор?
44.Как вычислить частоту импульсов мультивибратора на транзисторах?
45.Нарисуйте схему мультивибратора на ОУ.
46.Нарисуйте схему одновибратора на транзисторах.
47.Чем определяется длительность выходных импульсов в триггерах RS-типа? 48.Принцип работы ГПН.
49.От каких параметров зависит линейность ГПН?
50.Что представляет собой ИВН?
51.Перечислите основные параметры ИВН.
52.Приведите схемы однофазного двухполупериодного выпрямителя. 53.Поясните отличие между одно- и двухполупериодной схемами трехфазной
цепи.
54.Перечислите основные виды сглаживающих фильтров.
55.Классификация стабилизаторов напряжения.
56.Нарисуйте схему параметрического усилителя. Поясните методику его расчета.
57.Поясните принцип работы компенсационного стабилизатора напряжения.
58.Поясните принцип работы ключевого стабилизатора напряжения.
59.На какие группы подразделяются интегральные стабилизаторы напряжения?
60.Рассчитайте стабилизатор напряжения на ИС К142ЕН3 для Uвых=10±0,5В,
Iвых=0,5А.
92
4.Цифровые электронные устройства
4.1.Системы счисления.
Способ записи чисел цифровыми знаками называется системой счисления. Они делятся на непозиционные, например, римская система счисления, и пози- ционные.
Система называется позиционной, если значение каждой цифры, входя-
щей в запись числа, определяется ее местоположением в числе. В цифровой технике нашли применение только позиционной системе счисления.
Любое число в позиционной системе счисления можно представить в виде
суммы
Nq = Knqn + Kn-1qn-1 + … K1q1 +K0q0 + …,
где Nq – число, записанное в системе счисления q; Kn – разрядные коэффициенты;
n – разрядность;
q – основание системы счисления.
Основанием системы счисления q называется общее количество цифр, используемых в данной позиционной системе для записи чисел. Если принять q = 10, 2, 8, 16 и т.д., то будем иметь соответственно десятичную, двоичную, восьмеричную, шестнадцатеричную системы счисления. В таблице 4 приведен натуральный ряд чисел в различных системах счисления.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
q=10 |
q=8 |
q=2 |
q=16 |
q=10 |
q=8 |
q=2 |
q=16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
8 |
10 |
1000 |
8 |
1 |
1 |
1 |
1 |
9 |
11 |
1001 |
9 |
2 |
2 |
10 |
2 |
10 |
12 |
1010 |
A |
3 |
3 |
11 |
3 |
11 |
13 |
1011 |
B |
4 |
4 |
100 |
4 |
12 |
14 |
1100 |
C |
5 |
5 |
101 |
5 |
13 |
15 |
1101 |
D |
6 |
6 |
110 |
6 |
14 |
16 |
1110 |
E |
7 |
7 |
111 |
7 |
15 |
17 |
1111 |
F |
|
|
|
|
16 |
20 |
10000 |
10 |
Для перевода чисел из одной системы счисления в другую существуют свои правила. Например, для перевода числа Nq из десятичной системы счисле- ния в систему счисления с основанием q необходимо осуществить последова- тельное деление этого числа и получающихся остатков на это основание. Ос-
татки от деления представляют собой число в системе счисления с основанием q. Например, перевести число 54 в двоичную, восьмеричную, шестнадцатерич- ную системы счисления:
93
54 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
54 |
|
16 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
54 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
54 |
|
8 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
0 |
26 |
13 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
48 |
|
3 ст. р. |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
48 6 |
ст. р. |
|
||||||||||||||||||||||
мл. р. 1 |
|
|
12 |
|
|
6 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
6 |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
6 |
|
|
|
3 |
|
|
2 |
|
|
|
|
мл. р. |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мл. р. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ст. р. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
54(10)→110110(2) |
|
|
|
|
|
|
|
54(10)→66(8) |
|
|
54(10)→36(16) |
||||||||||||||||||||
Обратный перевод чисел в десятичную систему производится вычислением суммы.
3216 |
8 4 2 1 |
=32+16+4+2=54(10) |
8 1 |
=8*6+6*1=54(10) |
16 1 |
=16*3+1*6=54(10) |
110110(2) |
66(8) |
36(16) |
||||
Применение двоичной системы счисления в цифровой электронике обес- печивает более высокую скорость выполнения операций и более высокую на- дежность электронной аппаратуры, т.к. элементной базой для ее построения служат элементы с двумя устойчивыми состояниями.
В ряде случаев в цифровой технике применяются двоично-десятичные коды Для преобразования чисел из десятичной системы в двоично-десятичные коды, необходимо каждую цифру в числе заменить соответствующей тетрадой (эквивалентом), а именно:
0 – 0000; 1 – 0001; 2 – 0010; 3 – 0011; 4 – 0100; 5 – 0101; 6 – 0110; 7 – 0111; 8 – 1000; 9 – 1001.
Например:
2934,5(10) → 0010.1001.0011.0100,0101(2-10)
Над числами в двоичной системе счисления выполняются арифметиче- ские и логические операции. К арифметическим относятся четыре операции: сложение, вычитание, умножение и деление. Алгоритм выполнения арифмети- ческих операций такой же, как и в десятичной системе счисления. Помимо арифметических операций существуют логические операции, которые относят- ся к поразрядным (операции выполняются внутри каждого разряда без перено- сов и заемов).
Логические операции.Для описания алгоритмов работы цифровых уст- ройств разработан соответствующий математический аппарат, который полу- чил название булевой алгебры или алгебры логики. Алгебра логики занимается изучением логических операций и оперирует с двумя понятиями: высказывание истинно или ложно. При этом истинное высказывание принимается за логиче- скую единицу, а ложное – за логический ноль. В алгебре логики высказывания могут быть простыми и сложными. Высказывание, значение истинности кото-
94
рого не зависит от значения истинности других высказываний, называется про- стым. При анализе и синтезе логических схем простое высказывание рассмат- ривается как независимая переменная Х, принимающая два значения: "0" или "1". Сложное высказывание зависит от простых высказываний и также может принимать два значения "0" или "1". Зависимость сложного высказывания от простых носит название логической или переключательной функции У.
У= f(x1,x2…xn).
Втеории логических функций особое значение имеют функции одной и
двух переменных. Для одной переменной Х существуют четыре логические
функции:0, 1, переменная Х и ее инверсия Х (операция "НЕ"). Первая и вторая функции – это константы "0" и "1"(рис. 109).
|
|
|
|
|
|
|
|
UП |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
Y(X)=X |
|||||||||
|
|
Y(X)=0 |
|
|
|
|
|
Y(X)=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
а) |
|
|
|
|
|
|
б) |
|
UП |
|
|
|
|
|
|
|
|
в) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Y(X)=X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
г) |
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y(X)=X |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д) |
|
|
|
|
|
||||||||
Рис.109. Функции одной переменной: "0"(а), "1"(б), Х (в), Х (г), схемная реализация опе- рации "НЕ"(д).
Для реализации операции "НЕ" обычно используют усилительный каскад
с ОЭ.
Для двух переменных Х1, Х2 существуют 16 логических функций, причем шесть операций зависят только от одной переменной: 0, 1, Х1, Х2, Х1 , Х2 и де-
X2 |
X1 |
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
П |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
0 |
0 |
0 |
X1 |
|
|
|
|
|
VD1 |
|
|
|
|
|
|
|
R |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
0 |
1 |
0 |
|
|
Y=X1&X2 |
X1 |
|
|
|
|
|
|
|
Y=X1ΛX2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
X2 |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
1 |
0 |
0 |
|
|
|
X2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
б) |
|
|
|
VD2 |
|
|
|
|
в) |
||||||||
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а)
Рис.110. Таблица а истинности элемента(а), логический элемент "И"(б), схемная реализация элемента(в).
95