Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников образовательных учреждений среднего профессионального образования по специальности 27011651
| Вид материала | Методические указания |
- Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников образовательных, 965.28kb.
- Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников образовательных, 643.86kb.
- Егорова Олеся Валерьевна методические указания, 555.32kb.
- Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников образовательных, 1090.79kb.
- Методические указания и контрольные задания для студентов заочников образовательных, 177.26kb.
- Методические указания и контрольные задания для студентов заочников образовательных, 163.52kb.
- Методические указания и контрольные задания для студентов заочников образовательных, 369.95kb.
- Методические указания и контрольные задания для студентов- заочников, экстерната образовательных, 211.24kb.
- Методические указания и контрольные задания для студентов -заочников образовательных, 815.61kb.
- Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников образовательных, 955.58kb.
2 Тематический план
| Наименование разделов и тем | Макс. учебная нагрузка студента (час) | Кол-во аудиторных часов при очной форме обучения | Само-стоят. работа студента (час) | ||
Всего | В том числе | ||||
| Лаб. раб | Практ. раб | ||||
| Введение | 2 | 2 | - | - | - |
| Раздел 1 Элементная база электронной техники | 53 | 44 | 12 | - | 9 |
| Тема 1.1 Физические процессы в полупроводниках | 2 | 2 | - | - | - |
| Тема 1.2 Полупроводниковые диоды | 10 | 8 | 4 | - | 2 |
| Тема 1.3 Транзисторы | 10 | 8 | 4 | - | 2 |
| Тема 1.4 Тиристоры | 4 | 4 | 2 | - | - |
| Тема 1.5 Интегральные микросхемы | 6 | 4 | - | - | 2 |
| Тема 1.6 Средства отображения информации | 5 | 4 | - | - | 1 |
| Тема 1.7 Газоразрядные устройства | 2 | 2 | - | - | - |
| Тема 1.8 Электронно-лучевые трубки | 7 | 6 | 2 | - | 1 |
| Тема 1.9 Фотоприемники с внешним и внутренним фотоэффектами | | 4 | - | - | 1 |
| Раздел 2 Аппаратные средства информационной электроники (АСИЭ) | 45 | 32 | 10 | - | 13 |
| Тема 2.1 Электронные усилители и усилительные каскады | 9 | 6 | 2 | - | 3 |
| Тема 2.2 Усилители постоянного тока (УПТ) | 10 | 8 | 2 | - | 2 |
| Тема 2.3 Электронные генераторы | 9 | 6 | 2 | - | 3 |
| Тема 2.4 Импульсные устройства | 6 | 4 | - | - | 2 |
| Тема 2.5 Логические элементы и логические операции | 5 | 4 | 2 | - | 1 |
| Тема 2.6 Триггеры | 6 | 4 | 2 | - | 2 |
| Раздел 3 Основы микропроцессорной техники | 13 | 12 | - | - | 3 |
| Тема 3.1 Архитектура и функции микропроцессоров | 3 | 2 | - | - | 1 |
| Тема 3.2 Технические характеристики микропроцессоров и микро-ЭВМ | 5 | 4 | - | - | 1 |
| Тема 3.3 Микропроцессоры и микро-ЭВМ в автоматизации производственных процессов | 5 | 4 | - | - | 1 |
| Раздел 4 Аппаратные средства обеспечения энергетической электроники | 22 | 16 | 2 | - | 6 |
| Тема 4.1 Выпрямительные устройства | 10 | 8 | 2 | - | 2 |
| Тема 4.2 Вентильные преобразователи | 6 | 4 | - | - | 2 |
| Тема 4.3 Импульсные преобразователи | 6 | 4 | - | - | 2 |
| Всего: | 133 | 102 | 24 | - | 31 |
3 Содержание и методические указания по изучению дисциплины
Введение [Л1, Л2]
Общее содержание дисциплины, ее цели и задачи. Краткий обзор развития отечественной промышленной электроники и микропроцессорной техники. Приоритетные направления науки и техники по внедрению автоматизированных информационных технологий в газовой отрасли. Понятия об информационной и энергетической электронике. Связь дисциплины с учебными дисциплинами специальности «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий».
Вопросы для самопроверки :
1 Что такое информационная электроника.
2 Что такое энергетическая электроника.
3 Что Вы знаете о внедрении автоматизированных информационных технологий в газовой отрасли.
Раздел 1 Элементная база электронной техники
Тема 1.1 Физические процессы в полупроводниках [Л.1;Д.19]
Отличительные особенности полупроводниковых материалов от металлов и диэлектриков. Электрофизические свойства полупроводников. Собственная проводимость и способы образования примесных проводимостей (электронной и дырочной) полупроводников. Образование электронно-дырочного перехода и его свойства. Виды пробоев.
Тема 1.2 Полупроводниковые диоды [Л.2, 4;Д.19]
Устройство, принцип действия, условные графические обозначения полупроводниковых диодов. Классификация и маркировка диодов. Технология изготовления диодов и область применения. Схемы включения (последовательная, параллельная и смешанная), принцип их применения. Выпрямительные диоды: вольтамперные характеристики, принцип выпрямления, основные классификационные параметры, условия выбора.
Стабилитроны, импульсные диоды, туннельные, обращенные диоды, варикапы: принцип действия, вольтамперные характеристики и энергетические характеристики, схема включения, основные классификационные параметры, функциональное назначение.
«Мезадиоды» (диоды для наиболее коротких импульсов) и специальные диоды, область применения.
Тема 1.3 Транзисторы [Л.6;Д.21]
Биполярные транзисторы.
Общие сведения о транзисторах: определение, условные графические обозначения, маркировка, классификация. Устройство, физические процессы в транзисторе. Принцип усиления, схемы включения (с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ), общим коллектором (ОК)). Статический и динамический режимы. Характеристики и параметры. Рабочая область характеристик транзистора.
Полевые транзисторы
Устройство, принцип работы, схемы включения (общий исток (ОИ), общий затвор (ОЗ), общий сток (ОС)) полевого транзистора. Условное графическое обозначение и маркировка полевых транзисторов. Понятие о МОП и МДП, технологиях изготовления полевых транзисторов. Характеристики и классификационные параметры. Область применения полевых транзисторов.
Тема 1.4 Тиристоры [Л.1;Д.22] [ ]
Общие сведения о тиристорах: определение, назначение, условные графические обозначения, маркировка, разновидности, структура, ВАХ. Принцип управления тиристорами (диодный, триодный, симметричный). Применение тиристоров в различных схемах радиоэлектроники, автоматики, промышленной электроники.
Тема 1.5 Интегральные микросхемы [Л.5, 17;Д.24]
Полупроводниковые интегральные микросхемы (ИМС).
Понятие микроэлектроники, элементной интеграции, компонентов и элементов ИМС. Классификация, параметры ИМС. Технология изготовления ИМС, область применения. Полупроводниковые ИМС: Классификация, параметры, маркировка. Цифровые и аналоговые устройства на базе ИМС. Понятие электромагнитной совместимости.
Гибридные и совмещенные ИМС.
Понятие о пленочной технологии изготовления ИМС; конструктивные элементы, активные и пассивные элементы. Преимущество технологии изготовления совмещенных ИМС. Виды корпусов ИМС. Применение гибридных и совмещенных ИМС.
Тема 1.6 Средства отображения информации [Л.8;Д.24]
Общие сведения о компонентах средств отображения информации.
Классификация средств отображения информации: по элементной базе, по физическим явлениям, по знаковой индикации.
Понятие об информационных системах; элементная база, принцип передачи информации, применение.
Жидкокристаллические индикаторы: конструкции (на просвет и отражение), принцип работы, маркировка, совместимость с КМОП (комплиментарная металл-окисел-полупроводник) – технологией интегральных схем (ИС).
Полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы
Классификация, параметры и характеристики. Матричные и многоразрядные полупроводниковые индикаторы; конструкция, работа, параметры и применение. Способы передачи информации и схемные решения.
Тема 1.7 Газоразрядные устройства [Л.4;Д.22]
Понятие электрического разряда в газах. Виды электрических разрядов, ВАХ тлеющего разряда. Устройство, принцип действия, схема включения, ВАХ, область применения неоновых ламп. Знаковые индикаторы и индикаторные панели: конструкция, принцип получения сигнала и изображения, параметры, область применения.
Тема 1.8 Электронно-лучевые трубки [Л.5;Д.23]
Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ).
Определение и классификация. Назначение и принцип действия ЭЛТ с электростатическим и с магнитным управлением. Устройство фокусировки электронного луча, получение изображения на экране. Параметры ЭЛТ.
ЭЛТ специального назначения: запоминающие, знакопечатающие, электронно-оптические (ЭОП). Маркировка и область применения.
Вакуумно-люминисцентные индикаторы.
Принцип действия, устройство, маркировка, и область применения. Цоколевка многоразрядных вакуумно-люминисцентных индикаторов (ВЛИ). Микросборки для управления ВЛИ. Мониторы и осциллографы- приборы визуального наблюдения и исследования.
Тема 1.9 Фотоприемники с внешним и внутренним фотоэффектами [Л.1;Д.19]
Понятие фотоэлектронной эмиссии; сущность внешнего и внутреннего фотоэффекта. Вакуумные и газонаполненные фотоприборы; устройство. принцип работы, характеристики, параметры, маркировка, применение.
Полупроводниковые фотоприборы: фотодиоды, фоторезисторы, спе- циальные полупроводниковые фотоприборы: устройство, принцип работы, характеристики, параметры, маркировка, применение.
Оптоэлектронные приборы
Оптоэлектронные приборы: оптоэлектронные интегральные микро- схемы, оптроны (оптопары): конструкция, совместимость с ЭВМ и МПС. Применение в системах автоматического управления электроприводом.
Вопросы для самопроверки:
1 Какие критерии положены в основу деления вещества на проводники, полупроводники и диэлектрики?
2 Что называется собственной и примесной проводимостью полупроводников?
3 Объяснить свойства и характеристику электронно-дырочного перехода.
4 Укажите основную особенность вольтамперной характеристики р-п –перехода при туннельном эффекте.
5 Приведите примеры полупроводниковых материалов, используемых для изготовления полупроводниковых приборов.
6 Какие диоды имеют наибольшую концентрацию подвижных носителей заряда?
7 Можно ли использовать свойства фотодиода, если к нему подведено прямое напряжение?
8 Чем объясняется высокая надежность и экономичность современных транзисторов?
9 Как объяснить название транзистора – «биполярный»?
10 Составьте схему для снятия статических характеристик транзистора типа ГТ109А при его включении с общей базой.
11 Объясните построение Т-образных эквивалентных схем транзистора.
12 Объясните физический смысл вольтамперной характеристики тиристора.
13 Почему процесс отпирания тиристора при подаче тока управления протекает лавинообразно?
14 Сформулируйте отличительные особенности полупроводниковых и гибридных ИМС.
15 Какие существуют виды электронной эмиссии?
16 Почему все электроды прожектора ЭЛТ изготовляются цилиндрической формы?
17 Сформулируйте основные законы фотоэффекта.
18 Чем отличается интегральная и спектральная чувствительности фотоэлектронных приборов?
19 Почему фоторезисторы можно применять в цепях как постоянного, так и переменного токов?
20 Можно ли использовать свойства фотодиода, если к нему подведено прямое напряжение?
21 Чем объяснить увеличение интегральной чувствительности фототранзистора по сравнению с фотодиодом?
22 Укажите основные области применения различных фотоприборов.
Раздел 2 Аппаратные средства информационной электроники (АСИЭ)
Тема 2.1 Электронные усилители и усилительные каскады [Л.8;Д.21]
Общие сведения.
Общие сведения об электронных усилителях (ЭУ): определение, структурная схема, классификация, элементная база. Характеристики ЭУ: частотная, амплитудная, фазочастотная. Основные параметры электронных усилителей. Понятие электромагнитной совместимости. Область применения.
Усилительные каскады (УК).
УК на биполярных транзисторах с общим эмиттером (ОЭ); элементная база, режимы работы, температурная стабилизация. Графический анализ работы. УК на полевых и интегральных микросхемах (ИМС); элементная база, режимы работы. Область применения. Методика расчета УК.
Тема 2.2 Усилители постоянного тока (УПТ) [Л.2;Д.19]
Общие сведения об УПТ: определение, назначение, виды, особенности построения однотактных УПТ. Причины возникновения «дрейфа нуля» и методы снижения его влияния на работу УПТ. Дифференциальные усилители: определение, назначение, симметричные и несимметричные; на транзисторах и на ИМС; схемы, работа, область применения.
Операционные усилители (ОУ)
Определение, назначение, виды, универсальные достоинства, схемное
обозначение, упрощенная структурная схема. Параметры реальных ОУ и передаточная характеристика. Инвертирующий и неинвертирующий ОУ с отрицательной обратной связью (ООС); схемы, форма сигналов на входе и выходе. Практическое применение глубокой ООС в схемах ОУ (неинвертирующий и инвертирующий).
Разновидности усилительных устройств, выполненных на ОУ. Операционные схемы сумматора, интегратора, компаратора; дифференциатор: принципиальные схемы, принцип функционирования, оценка входных и выходных параметров, практическое применение. Управляемые источники на ОУ: источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН), источник напряжения, управляемый током (ИНУТ): источник тока, управляемый напряжением (ИТУН); источник тока, управляемый током (ИТУТ); схемные решения и функциональное назначение.
Тема 2.3 Электронные генераторы [Л.3;Д.19]
Основные понятия из истории генераторов: определение, режимы работы, классификация (по частоте, возбуждению, усилительному режиму). Условия самовозбуждения автогенератора (баланс амплитуд и фаз). Генератор на ОУ; схема, передаточная характеристика, временные диаграммы выходных напряжений, схемы.
Автогенераторы гармоничных колебаний
Назначение, типы, элементная база функциональных схем. Два способа реализации фазового сдвига в каналах ОС. Роль колебательного контура в схемах автоколебательного LC-генератора и RC-генераторы.
Мультивибраторы и принципы их функционирования: автоколебательный и жидкий.
Тема 2.4 Импульсные устройства [Л.7,16;Д.24]
Общие сведения об импульсных устройствах и процессах, сопровождающих их работу. Способы передачи информации в цифровом коде (аналог-код). Формы импульсов и параметры. Простейшие формирователи импульсов: дифференцирующие и интегрирующие цепи: схема включения, принцип действия, применение.
Диодные и транзисторные ключи: схемы включения и передаточные характеристики. Электронные генераторы релаксационных колебаний как формирователи импульсов; генераторы прямоугольных импульсов (мультивибраторы на ИМС на ОУ, одновибраторы). Генераторы пилообразных импульсов (ЛИН (линейно-изменяющегося напряжение) и ЛИТ (линейно-изменяющегося тока): схемные решения, принципы функционирования, практическое применение.
Тема 2.5 Логические элементы и логические операции [Л.7;Д.20]
Способы представления логических переменных электрическими сигналами. Классификация основных типов логических элементов. Простейшие логические элементы «ИЛИ», «И», «НЕ» и логические элементы базиса «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ», выполненные на диодных ключах, диодно-транзисторной логике (ДТЛ), транзисторно-транзисторной логике (ТТЛ). Параметры логических элементов. Реализация логических функций в конкретных базисах.
Тема 2.6 Триггеры [Л.4;Д.19]
Общие сведения о триггерах: определение, разновидности, назначение, классификация. Схема триггерной ячейки, принцип работы. Триггеры:
RS, D, T, JK; схемы, принципы функционирования, условные обозначения, временные диаграммы, применение.
Вопросы для самопроверки:
- Привести классификацию электронных усилителей.
- Влияет ли емкость разделительных конденсаторов на форму амплитудно-частотной характеристики предварительных каскадов усиления?
- Какая обратная связь называется отрицательной?
- Что называется дрейфом нуля и каковы его причины в транзисторных схемах?
- Как работает балансный каскад УПТ на транзисторах?
- Начертите принципиальные электрические схемы типичных каскадов предварительного усиления на электронной лампе, биполярном и полевом транзисторе, сравните их свойства и назначение элементов.
- Какое из приведенных выражений характеризует усилитель, охваченный отрицательной обратной связью:
- Укажите основные преимущества двухтактного выходного каскада перед однотактным.
- Почему в области средних частот амплитудно-частотная характеристика транзисторного УНЧ идет параллельно оси частот?
- Чем отличаются электронные генераторы от усилителей?
- Перечислить условия самовозбуждения генератора.
- Объяснить работу транзисторного мультивибратора.
- Какое влияние окажет несимметрия источников питания на работу мультивибратора?
- Проанализировать работу асинхронного RS – триггера при подаче на оба его входа единичных сигналов. Почему этот режим приводит к неопределенности в работе триггера?
Раздел 3 Основы микропроцессорной техники
Студент должен:
иметь представление:
- о базовой конфигурации персональных компьютеров;
- о базовой модели устройства ЭВМ;
- об особенностях построения микропроцессоров, программируемых контроллеров для комплексной автоматизации;
знать:
- особенности проектирования микро-ЭВМ; микропроцессоров, контроллеров;
- направления развития систем автоматического управления технологическими процессами газовой отрасли на базе микропроцессорных систем;
- упрощенную схему МП и выполнения операций;
- применение логических ИС в составе МП;
уметь:
- составлять простые структурные схемы элементов;
- приводить примеры применения МП на базе ИС и БИС;
- объяснить внутрисистемные связи между функциональными узлами МП.
Тема 3.1 Архитектура и функции микропроцессоров [Л.7;Д.24]
Назначение и структура базовой ЭВМ. Основные характеристики ЭВМ. Базовая конфигурация персональных компьютеров, микропроцессоров, программируемых контроллеров.
Тема 3.2 Технические характеристики микропроцессоров и микро-
ЭВМ [Л.8;Д.20]
Структура и принцип функционирования ЭВМ
Устройства ввода-вывода базовой ЭВМ. Характеристика запоминаю-
щих устройств; иерархическая память. Полупроводниковые ОЗУ с произвольным обращением и ПЗУ (постоянное ЗУ). Организация дисковой памяти. Периферийные устройства и их связь с объектами управления. Внешние запоминающие устройства большой емкости.
Каналы обмена и интерфейс ЭВМ. Программно-управляемая передача информации: синхронный, асинхронный обмен по прерыванию программы. Интерфейс ЭВМ; основные понятия, типы интерфейса. Видеоадаптеры (или видеоконтроллеры); конструктивное исполнения, режимы работы, типы современных видеоконтроллеров, применение. Компьютерные сети: понятие локальных вычислительных и глобальных сетей (ЛВС и ГВС). Виды топологий и методы доступа.
Тема 3.3 Микропроцессоры и микро-ЭВМ в автоматизации производственных процессов [Л.4;Д.24]
Архитектура управляющих вычислительных комплексов на базе микропроцессоров (МП) для комплексной автоматизации; структура однопроцессорных УВК. Пример применения микропроцессорного комплекта БИС КР580, для реализации процессов обмена данными с пультом управления и индикации.
Общие сведения о построении микропроцессорных типовых схем управления технологическими процессами и электроприводами на базе микро-ЭВМ. Классификация систем управления. Структурная схема системы управления и принцип функционирования системы автоматизированного управления (САУ).
Вопросы для самопроверки:
1 Что такое микропроцессор?
2 Назначение микропроцессора в микроЭВМ.
3 Какая разница между ПЗУ и ОЗУ?
4 Для чего нужны внутренние регистры в микропроцессорах?
5 В чем заключается разница между 4 и 16 – разрядными микропроцессорами?
6 В чем отличие микропроцессоров с гибкой и жесткой логикой?
7 Назвать основные параметры БИС микропроцессорных комплектов.
8 В каких единицах измеряется емкость памяти?
9 Сколько нужно иметь матриц накопителей для хранения трехразрядного числа?
10 Что такое интерфейс?
11 Как осуществляется прямой доступ к памяти?
12 Для чего нужны периферийные устройства микроЭВМ?
13 Чем отличаются современные ЭВМ от более ранних моделей?
14 Указать основные области применения электроники в технике, электроавтоматике.
Раздел 4 Аппаратные средства обеспечения энергетической
электроники
Тема 4.1 Выпрямительные устройства [Л.9;Д.22] [ ]
Общие сведения и классификация источников электропитания. Выпрямительные устройства; классификация, назначение, структурная схема. Однофазные и трехфазные выпрямители; схемы, временные диаграммы, основные электрические параметры. Понятие об управляемых выпрямителях. Способы управления тиристорами, пик-генераторное управление.
Сглаживающие фильтры и устройства стабилизации напряжения питания.
Схемы и временные диаграммы: LC (Г-образного) фильтра, С-фильтра
(емкостного), комбинированного; основные расчетные параметры. Примеры расчета фильтров и выбор элементов. Основные принципы стабилизации мгновенного и среднего значений выходной электрической
величины источника выходного напряжения (ИВП). Параметрический, компенсационный стабилизаторы напряжения и тока; схемы, принцип работы, основные электрические параметры. Практическое применение других типов стабилизирующих устройств.
Методика расчета электрических параметров выпрямительных схем и устройств стабилизации напряжения питания.
Тема 4.2 Вентильные преобразователи [Л.5;Д.19]
Общие сведения о вентильных преобразователях: назначение, виды, классификация. Инверторы, ведомые сетью: однофазный, трехфазный, схема, принцип работы, временные диаграммы, применение. Внешние характеристики.
Автономные инверторы: назначение, особенности применения, типы. Автономные инверторы тока (АИТ): схемы, принцип работы, временные
диаграммы, управление, применение. Автономные инверторы напряжения (АИН): схемы, принцип работы, временные диаграммы, управление, применение. Общие сведения об автономных резонансных инверторах (АИР).
Тема 4.3 Импульсные преобразователи [Л.8, 16;Д.23]
Импульсные преобразователи постоянного напряжения; схема мостового преобразователя на ключевых транзисторах. Понятие о широтно-импульсных преобразователях. Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока и с непосредственной связью питающей сети и нагрузочного устройства: схема, принцип работы, применение.
Фазосмещающее устройство; функциональные и структурные схемы управления (общие сведения). Электромагнитная совместимость, коэффициент полезного действия (к.п.д.) и коэффициент мощности (cos ) вентильных преобразователей.
Вопросы для самопроверки:
1 Почему большинство активных элементов электронных устройств питается от источников постоянного напряжения?
2 Укажите основные технические показатели выпрямительных схем. Проведите сравнение выпрямительных схем по их основным параметрам.
3 Как подбирают вентили (диоды) для работы в схемах выпрямления?
4 Объясните физический смысл коэффициента пульсаций.
5 Укажите достоинства и недостатки сглаживающих RС – фильтров по сравнению с фильтрами типа LС.
- В каких режимах, и какие вентильные преобразователи потребляют от сети только активную мощность? Какие вентильные преобразователи не потребляют реактивную мощность; мощность искажения?
7 Объяснить работу однофазного выпрямителя с нулевым вентилем. Почему введение нулевого вентиля повышает коэффициент мощности?
8 Объяснить причины отрицательного влияния вентильных преобразователей на качество электрической энергии в сетях соизмеримой мощности, перечислить экономические издержки при ухудшении качества электрической энергии.
9 Объясните назначение стабилизаторов напряжения и тока в схемах источников питания.
10 Нарисуйте графики, объясняющие работу двухтактного преобразователя постоянного напряжения.
11 Как влияет величина нагрузки и соотношение между Rн и Lн в инверторе напряжения на форму выходного напряжения и тока?
12 Как зависит мощность в нагрузке резонансного инвертора от частоты? Чем ограничена максимальная рабочая частота?
13 В портативных телевизорах и осциллографах часто используют преобразователи постоянного напряжения. С какой целью?
4 Перечень лабораторных работ
| № работы | Наименование | Кол-во часов |
| 1 | Лабораторная работа № 1 Снятие вольтамперных характеристик полупроводникового диода | 2 |
| 2 | Лабораторная работа № 2 Снятие характеристик биполярного транзистора | 2 |
| 3 | Лабораторная работа № 3 Исследование работы усилительного каскада | 2 |
5 Литература
Основная:
- Жеребцов И.П. Основы электроники, Л., Энергоиздат, 1985.
- Герасимов В.В. Основы промышленной электроники, М., Высшая школа, 1986.
- Криштофович А.К Основы промышленной электроники, М., Высшая школа, 1985.
- Харченко В.М. Основы электроники, М., Энергоиздат, 1982.
- Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника, М., Энергоатомиздат, 1988.
- Гершунский Б.С. Основы электроники, Киев, Высшая школа, 1977.
- Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы, М., Радио и связь, 1997.
- Федосеева Е.О., Федосеева Г.П. Основы электроники и микроэлектроники, М., Искусство, 1990.
- Кучумов А.И. Электроника и схемотехника, М., ГЕЛИОС АРВ,2002.
- Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы, методы проектирования, М., Мир, 2001.
11 РМЭК 536-94 - Классификация электротехнического и электронного оборудования по способу защиты от поражения электрическим током.
12 Р50462 (МЭК446-89) – Идентификация проводников по цветам или цифровым обозначениям.
13 Р34.1350-93 - Информационная технология. Интерфейсы для сопряжения радиоэлектронных средств. Основные положения.
- ОСТ 2.730-73 ЕСКД Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые. – Взамен ГОСТ 2.730-68, ГОСТ 2.747-68, в части 33-34 таблицы.
- ГОСТ 2.731-81 ЕСКД Обозначения условные графические в схе мах. Приборы электровакуумные – Взамен ГОСТ 2.731-68.
- ГОСТ 2.763-85 ЕСКД Обозначения условные графические в электрических схемах. Устройства с импульсно-кодовой модуляцией.
- ГОСТ 2.764-86 ЕСКД Обозначения условные графические в электрических схемах. Интегральные оптоэлектронные элементы индикации.
- ГОСТ 2.701-84 ЕСКД Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению. Взамен ГОСТ 2.701-76.
Дополнительная:
- Электротехника и электроника в 3-х книгах. Электрические измерения и основы электроники /Под редакцией В.Г. Герасимова, М., Энергоатомиздат, 1998.
- Партала О.Н. Цифровая электроника, СПб., Наука и техника, 2000.
- Гуревич Б.М., Иваненко Н.С. Справочник по электронике для молодого рабочего, М., Высшая школа, 1987.
- Кисаримов Р.А. Справочник электрика, М., Радио 2000 Софт.
- Булычев А.Л., Лямин П.М. Туминов Е.С. Электронные приборы, М., Лайт Лтд, 2000.
- Осадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника, М., Горячая линия-Телеком, 2002.
6 Методические указания к выполнению
контрольной работы
Задания к контрольной работе разработаны 100 вариантов. Вариант для каждого студента представляет собой две последние цифры его шифра. Перед тем как приступить к решению задач контрольной работы, следует изучить методические указания. Для правильного и качественного ответа следует изу-чить соответствующий материал из рекомендованной литературы. Ответ на вопрос должен быть конкретным с пояснением физической сущности работы того или иного устройства.
Контрольная работа № 1 включает в себя разделы и темы, рассматрива-емые по курсу учебной дисциплины «Основы электронной и микропроцес-сорной техники».
Задание 1 - теоретический вопрос.
Задание 2 - решение задач.
Задание 3 - практическое составление схем.
Задание 4 - теоретический вопрос.
Для решения задач по теме «Полупроводниковые диоды» следует изучить устройство, параметры, характеристики, принцип действия и маркировку приборов.
Принцип работы диода заключается в том, что он пропускает ток только в одном направлении, а именно: от анода к катоду (электроны же движутся от катода к аноду), когда к аноду приложен «плюс» источника питания, а к катоду – «минус». Если изменить полярность, то ток проходить не будет. Рассмотреть вольтамперную характеристику диода. Зависимость анодного тока диода от анодного напряжения на рабочем участке подчиняется закону степени трех вторых.
ia = gUa3/2 ,
где g - коэффициент, зависящий от формы и геометрических размеров элект-
родов диода.
Для понимания принципа работы полупроводниковых приборов необхо-димо изучить проводимость полупроводников, влияние примесей на проводимость полупроводников, образование электронной проводимости типа «n» и дырочной проводимости типа «р».
Рассмотрим образование проводимости типа «n» и «p» упрощенным способом. Полупроводники обладают кристаллическим строением. Все атомы связаны между собой ковалентными связями. То есть у двух соседних атомов по одному валентному электрону вращается на одной общей орбите. Если меж-ду атомами четырехвалентного полупроводника поместить атом другого пяти-валентного элемента, то этот атом с помощью своих четырех электронов всту-пит в ковалентную связь с четырьмя соседними атомами полупроводника, а пятый электрон остается свободным. Полупроводник приобретает электрон-ную проводимость типа «n». Если же в полупроводник ввести трехвалентную примесь, то одна ковалентная связь остается свободной. Эта незаполненная связь называется дыркой, а полупроводник приобретает проводимость типа «р».
После изучения основных положений полупроводниковых приборов необходимо приступить к изучению принципа действия полупроводникового диода.
Если совместить полупроводник типа “n” с полупроводником типа “p”, то получится полупроводниковый диод. Свободные электроны атомов примеси будут проникать из “n” полупроводника в дырки “p” полупроводника и на границе между ними образуется разность потенциалов; потенциальный барьер называется p-n переходом.
Этот двойной электрический слой на границе препятствует дальнейшему проникновению электронов из “n” области в “p” область.
Наличие запорного слоя объясняет одностороннюю проводимость диода. Если внешний источник включить минусом к “n” области, а плюсом - к “p”, то он будет способствовать движению электронов из “n” области в “p” область. ([1], рис. 3.4, стр.60). В цепи потечет прямой ток. Сопротивление диода мало. При обратной полярности через диод проходит незначительный обратный ток, обусловленный движением неосновных носителей зарядов через p-n переход. Сопротивление диода велико. При повышении температуры разрушаются ковалентные связи в полупроводнике, что приводит к образованию пар носителей заряда «электрон-дырка». Поэтому увеличивается и прямой ток и обратный. Пробой диода может быть при меньшем обратном напряжении.
После этого приступают к рассмотрению вопросов применения маломощных двухэлектродных приборов в качестве выпрямителей.
Выпрямители предназначены для преобразования переменного тока в постоянный. Существуют различные схемы выпрямления однофазного переменного тока. Простейшей является однополупериодная, в которой после-довательно с диодом включается нагрузочное сопротивление.
Ток в цепи протекает, когда клемма «а» имеет положительный потенциал. Вольтметр, включенный на зажимы а, б, показывает действующее значение напряжения: U1 = 0,707Umax. Вольтметр, включенный на зажимы нагрузки, показывает среднее выпрямленное значение, которое для данной схемы равно U2 = 0,45U1. Этот выпрямитель работает только в один полупериод. В непроводящую часть периода к диодам приложено все напряжение U1. Максимальная величина обратного напряжения определяется как амплитуда выпрямленного напряжения
Uобр = Umax = 3,14U2
Если допустимое обратное напряжение диода превышает величину выпрямляемого напряжения, то последовательно включает п-е количество диодов, которые шунтируют обязательно высокоомными равными сопротивле-ниями для выравнивания обратных напряжений. Выпрямитель может быть собран на электровакуумных, ионных и полупроводниковых диодах. Выпрямитель по такой схеме дает сильно пульсирующий ток. Двухполупериодные выпрямители имеют коэффициент пульсации в два раза меньший.
Существует ток со средней точкой. Ток протекает каждую часть периода, но под действием половины вторичного напряжения. U = Uобр.max = 3,14Uo ([1], рис.5.3а, стр. 127).
Наиболее распространена мостовая схема выпрямителя ([1],рис.5.3б, стр.127). По вторичной обмотке трансформатора протекает синусоидальный ток, а по нагрузке – выпрямленный, U0 = 0,9U2 – выпрямленное напряжение. В непроводящую часть периода к диоду приложена половина вторичного напряжения U = Uобр.max = 1,57U0. При одном и том же выпрямленном напряжении обратное напряжение для мостовой схемы в два раза меньше, чем в схеме со средней точкой.
Для уменьшения пульсации напряжения на нагрузке применяют сглажи-вающие фильтры.
Наличие пульсации выпрямленного напряжения ухудшает работу потребителей, питаемых выпрямленным напряжением. Например, при питании усилителей радиоприемных и радиопередающих устройств переменная составляющая выпрямленного напряжения создает фон на выходе усилителя, то есть дополнительные колебания амплитуды выходного напряжения низкой частоты. При питании тяговых двигателей пульсирующим напряжением ухудшаются условия коммутации тока и увеличиваются потери в двигателе. Вследствие этого пульсации напряжения на нагрузке должны быть снижены до значений, при которых не сказывается их отрицательное влияние на работу установки.
Задачи по теме «Биполярные транзисторы» предусматривают определение его основных параметров и характеристик.
Для получения транзистора совмещают три полупроводника. Средний проводник, называемый базой, имеет обратный тип проводимости по отноше-нию к крайним полупроводникам – эмиттеру и коллектору: р-п-р или п-р-п.
На переход эмиттер – база напряжение подается в прямом направлении, поэтому даже при небольших напряжениях через него проходят значительные токи. На переход коллектор- база напряжение подается в обратном направле-нии. Оно обычно в десятки раз выше напряжения между эмиттером и базой. Через этот переход протекает небольшой обратный ток IКБо под действием UКБ.
Рассмотрим работу полупроводникового триода типа р-п-р. [1], рис.3.13, стр.75.
При прямом включении эмиттера дырки начинают двигаться в сторону базы. База выполнена из полупроводника, поэтому дырки являются для нее неосновными носителями заряда, и под действием поля коллектора большинство этих неосновных зарядов достигает коллектора, образуя в коллекторной цепи ток Iк. Часть дырок, попавших в базу, рекомбинирует с ее электронами, образуя базовый ток Iб. Коэффициент передачи тока
Iк
= ------ < 1 составляет 0,9.
Iб
Iк = Iко + Iэ.
Вывод. Путем изменения тока базы или тока эмиттера, в зависимости от схемы включения, можно изменять величину выходного коллекторного тока.
В радиотехнике и автоматике часто приходится иметь дело с очень малыми сигналами, которые непосредственно на исполнительные механизмы не могут воздействовать. Их усиливают с помощью усилителей.
Структурная схема усилителя дана в [1], стр.141, рис.6.1.
Усилитель всегда имеет входную цепь, куда подключается напряжение Uвх , которое необходимо усилить (вход), выходную цепь, откуда снимается усиленное напряжение Uвых (выход) и цепь питания, куда подается напряжение питания Еа .
Следует уяснить, что входное усиливаемое напряжение не попадает в выходную цепь. В выходной цепи только воспроизводится входной сигнал. Выходной сигнал отличается от входного только величиной.
Усиленное свойство транзистора в схеме с ОБ ([1], рис.3.13, стр.75) за-ключается в следующем: Rн rк , где rк – велико, а следовательно, и Rн велико, так как коллекторный переход включен обратно, а rэ мало, так как эмиттерный переход включен согласно.
Под действием входного напряжения ток эмиттера изменяется на
Uвх
Iэ = ------- ,
rэ
почти так же изменится и ток коллектора Iк Iэ .
Следовательно, изменится напряжение на нагрузке к коллекторной цепи, которое будет равно: Uк = Iк . rк или Uк = Uвх . rк / rэ , rк >> rэ , то есть прошло усиление по напряжению. Аналогично объясняется и усиление по мощности.
Рвх = I2э *rэ
Рвых = I2к *rк
или
rк
Рвых = Рвх ----- .
rэ
См. [1], рис.3.13, стр. 75.
Вывод: Усилительное свойство транзистора объясняется тем, что сопро-тивление коллекторной цепи значительно больше сопротивления эмиттерной цепи.
Различают три основные схемы включения транзистора: с общей базой, с общим эмиттером, с общим коллектором. Наибольшее применение получила схема с большим эмиттером. Она дает усиление и по напряжению КU = Uк / Uэ ; и по току Ki = Iк / Iб , а следовательно, имеет наибольший коэффициент усиления по мощности Кр = Кi . KU . Каждой их перечисленных схем включения транзисторов соответствует своя система характеристик и параметров. [1], рис. 3.14, стр. 80. Для транзисторов наиболее важными являются два семейства статических характеристик: входные характеристики Iвх = f (Uвх), при Uк = const, выходные характеристики I к = f (Uк) при Uвх = const.
В транзисторе ток всех трех электродов: базы, эмиттера, коллектора – взаимозависимы. Поэтому статические характеристики изменяются в зави-симости от схемы включения транзистора.
Следует рассмотреть выходные и входные характеристики транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.
Переход эмиттер- база включен в прямом направлении, поэтому входная характеристика его представляет собой вольтамперную характеристику, анало-гичную прямой ветви вольт-амперной характеристики полупроводникового диода. Источник к коллекторному переходу включен в обратном направлении, поэтому выходная характеристика транзистора (Iб = 0) аналогична обратной ветви вольт-амперной характеристики полупроводникового диода.
Работа транзистора в схеме во многом зависит от правильно выбранного режима по постоянному току, то есть от величин постоянных напряжений, подаваемых на р-п переходы.
Постоянное напряжение, которое подается на эмиттерный переход, называется напряжением смещения. Напряжение смещения включается в прямом направлении.
Существуют способы подачи напряжения смещения фиксированным током базы, фиксированным напряжением ([1], рис. 3.14б, стр. 80). Для подачи смещения фиксированным током база соединяется с источником Ек через сопротивление Rб .
Напряжение Ек фактически приложено к делителю напряжения, состоящему из двух сопротивлений: Rб и сопротивления перехода эмиттер-база.
При подаче смещения фиксированным напряжением в цепь источника Ек включен делитель напряжения R1 R2 . Чтобы изменение тока базы ( при подаче входного сигнала) не приводило к изменению напряжения смещения, сопротивления R1R2 выбираются такими, чтобы ток I, протекающий через них был в несколько раз больше тока Iб при максимальном входном сигнале.
Пример. Определить напряжение UЭБ для данной схемы включения транзистора с ОБ.
Дано: Ек = 5В; Rб = 30 кОм; Iбо = 150 мкА; UЭ-Б - ?
Транзистор включен по схеме с общей базой, базу в этой схеме заземлить прямо нельзя, потому что постоянная составляющая базового тока не пойдет через сопротивление Rб . База получает нулевой потенциал по переменной составляющей благодаря большой емкости Сб . Напряжение Ек приложено к делителю напряжения: Rб и RЭ-Б (р-п перехода)
Ек = URб + UЭ-Б
Отсюда
UЭ-Б = Ек - URб
UЭ-Б = 5 – 30 х 103 х 150 х 10-6 = 0,5 В.
7 Задание для контрольной работы