Главные вкладки

    Основы электроники и цифровой схемотехники

    Плеханова Оксана Анатольевна

     

    Богомолов С.А «Основы электроники и цифровой схемотехники», 2014

     

    Скачать:

    ВложениеРазмер
    Файл Лекция-Цифровые устройства схемотехники1 МБ
    Файл Практическая работа №1-Изучение принципа распространения сигналов в линиях связи1.11 МБ
    Файл Практическая работа №2-Изучение устройства и принципа действия волоконно-оптических линий связи134.11 КБ
    Файл Практическая работа №3-Изучение устройства и принципа действия радиопередатчика103.24 КБ
    Файл Практическая работа №4-Изучение состава элементной базы схемотехники21.29 КБ
    Файл Практическая работа №5-Изучение особенностей диодов278.36 КБ
    Файл Практическая работа №6-Изучение особенностей стабилитронов105.52 КБ
    Файл Практическая работа №7-Изучение устройства, принципа действия и основных характеристик полевых транзисторов 477.78 КБ
    Файл Практическая работа №8-Изучение принципа действия генераторов325.51 КБ
    Файл Практическая работа №9-Изучение принципа действия операционных усилителей (ОУ)25.99 КБ
    Файл Практическая работа №10-Изучение принципа действия сглаживающих фильтров и их характеристик52.97 КБ
    Файл Практическая работа №11-Изучение форм сигналов и их параметров92.23 КБ
    Microsoft Office document icon Практическая работа №12-Системы счисления.111 КБ
    Файл Практическая работа №13-Схемотехнические основы ЭВМ.178.19 КБ
    Файл Практическая работа №14-Изучение мультиплексоров и демультиплексоров127.59 КБ
    Файл Практическая работа №15-Изучение ОЗУ166.62 КБ
    Файл Практическая работа №16-Изучение ПЗУ48.74 КБ
    Файл Лабораторная работа №1-Исследование логических элементов98.57 КБ
    Файл Лабораторная работа №2-Исследование триггеров1.04 МБ
    Файл Лабораторная работа №3-Исследование регистра364.63 КБ
    Файл Лабораторная работа №4-Исследование сумматора224.87 КБ
    Microsoft Office document icon Лабораторная работа №6-Исследование шифратора и дешифратора103.5 КБ
    Файл Методические рекомендации по подготовке к экзамену235.32 КБ

    Предварительный просмотр:

    Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

    Подписи к слайдам:

    Слайд 1

    Цифровые (логические) устройства

    Слайд 2

    Элементная база современных ЭВМ в основном состоит из цифровых интегральных схем . Это связано с использованием двоичной системы счисления при кодировании информации. На самом деле, в аппаратуре для выполнения операций над числами, представленными в двоичном коде, достаточно пользоваться двумя значениями напряжения. Один уровень напряжения, например высокий U1=2,4 В, в двоичных элементах принимается за единичный. А другой, например низкий U0=0,4, - за нулевой.

    Слайд 3

    Числовая информация, представленная в двоичной системе счисления достоверно отображает состояние физических элементов. Например: транзистор может быть в открытом или закрытом состоянии и, следовательно, иметь на выходе высокое (1) или низкое (0) напряжение; ферритовый сердечник в устойчивом состоянии может иметь положительную (1) или отрицательную (0) магнитную индукцию; отверстия на перфокарте пробиты (1) или нет (0). Очевидно, что реализация двух состояний (0 или 1) оказывается проще и надежнее, чем реализация элементов, которые должны различать одно из десяти состояний.

    Слайд 4

    Цифровым сигналом представляются двоичные числа, поэтому он состоит из элементов только двух различных значений. По устоявшейся терминологии эти элементы сигнала называют единицей и нулем .

    Слайд 5

    Элементами потенциального цифрового сигнала являются потенциалы двух уровней. Каждый уровень остается неизменным в течение тактового интервала; на его границе уровень потенциала изменяется, если следующая цифра двоичного числа отличается от предыдущей. На рисунке изображен потенциальный цифровой сигнал, представляющий написанное сверху число; высоким потенциалом отображается 1, низким – 0. 2,4 U 0 ,4 0 1 0 0 1 1

    Слайд 6

    Элементами импульсного цифрового сигнала являются импульсы неизменной амплитуды и их отсутствие. 0 1 0 0 1 1 U На рисунке положительный импульс представляет 1, а отсутствие импульса – 0.

    Слайд 7

    Обоими цифровыми сигналами двоичное число 011010 передается в последовательной форме ( последовательным кодом ): разряды числа представляются последовательно, друг за другом. При этом потенциалы (импульсы), соответствующие разрядам числа, передаются по одной линии и обрабатываются устройством последовательно .

    Слайд 8

    Чаще двоичные числа передаются в параллельной форме ( параллельным кодом ), т.е. его разряды передаются одновременно. При этом количество линий передачи, а также однотипных элементов устройства, обрабатывающих цифровой сигнал, должно быть равно количеству разрядов числа, т.е. существенно увеличивается. Такой цифровой сигнал значительно быстрее обрабатывается устройством. На рисунке изображен потенциальный цифровой сигнал, передающий двоичное число 011010 в параллельной форме.

    Слайд 9

    Устройства, в которых действуют цифровые сигналы, называют цифровыми . Цифровые сигналы используются в устройствах различного назначения. В ЭВМ и цифровой автоматике входная информация представляется цифровыми сигналами, над которыми эти устройства осуществляют необходимые действия.

    Слайд 10

    В системах радиосвязи цифровыми сигналами передаются сообщения, имеющие разную форму: звуковую, печатную, форму изображения и т.п. такая связь отличается скрытностью и помехоустойчивостью. Последнее обусловлено тем, что цифровой сигнал имеет только два различимых уровня. Поэтому когда значение сигнала попадает между ними, то это фиксируется как помеха. Если помеха меньше половины разности уровней сигнала, то она легко различается и значения уровней просто восстанавливаются регенераторами. Непрерывный сигнал очистить от помех значительно сложнее, что объясняется следующим. Мгновенные значения непрерывного сигнала, разделенные бесконечно малым временным интервалом, отличаются на бесконечно малую величину, т.е. непрерывный сигнал имеет несчетное (бесконечное) количество значений. Поэтому, искаженный помехой, он может быть принят за полезный.

    Слайд 11

    Сигнал, передающийся по каналу передачи информации, может быть: аналоговым или цифровым t U сигнал с помехами полезный сигнал 5 ,0 U 1 0 1 t сигнал с помехами полезный сигнал 0,6

    Слайд 12

    Высокая надежность. (Если шум ниже входного порога, его влияние не ощущается, возможна повторная посылка кода). Отсутствие зависимости от источника информации (звук, изображение или цифровые данные). Возможность шифрования, что повышает безопасность передачи. Независимость от времени. (Можно передавать не тогда, когда информация возникла, а когда готов канал). Преимущества цифрового метода передачи информации перед аналоговым:

    Слайд 13

    На передающей стороне канала цифровой связи непрерывный сигнал преобразуется в цифровой с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) . Цифровой сигнал может непосредственно передаваться по проводам. Для передачи по радиоканалу им модулируется высокочастотное колебание. Аналого-цифровой преобразователь – электронное устройство, осуществляющее преобразование аналогового электрического сигнала y ( t ) в двоичный цифровой L - разрядный электрический сигнала. Основные характеристики АЦП: разрядность ( L); скорость (частота) преобразования.

    Слайд 14

    На приемной стороне радиоканала цифровой связи принятые радиоимпульсы преобразуются детектором в видеоимпульсы – цифровой сигнал. Этот сигнал может быть использован непосредственно (например, введен в ЭВМ) или преобразован в исходный непрерывный сигнал с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) . Цифро-аналоговый преобразователь – электронное устройство, осуществляющее преобразование двоичного цифрового L разрядного электрического сигнала в аналоговый электрический сигнал y ( t ) . Основные характеристики ЦАП: разрядность ( L); скорость (частота) преобразования.

    Слайд 15

    Обобщенная схема логического устройства Устройства, поведение которых описывается при помощи функций алгебры логики, называют - логическими устройствами

    Слайд 16

    Логические устройства могут быть классифицированы по различным признакам. Так, в общем случае, на входе логического устройства действуют n , а на выходе - m переменных, т.е. присутствуют соответственно n- и m- разрядные коды. Поэтому логические устройства могут быть классифицированы по способу ввода-вывода переменных (информации). С этой точки зрения они подразделяются на последовательные, параллельные и последовательно-параллельные (смешанные).

    Слайд 17

    Классификация цифровых (логических) устройств по способу ввода-вывода переменных

    Слайд 18

    По принципу действия все логические устройства делятся на два класса: комбинационные; последовательностные . Комбинационными устройствами или автоматами без памяти называют ЛУ, выходные сигналы которых однозначно определяются только действующей в настоящий момент на входе комбинацией переменных и не зависят от значений переменных, действовавших на входе ранее. Последовательностными устройствами или автоматами с памятью называют ЛУ, выходные сигналы которых определяются не только действующей в настоящий момент на входе комбинацией переменных, но и всей последовательностью входных переменных, действовавших в предыдущие моменты времени. Этот тип устройств часто называют цифровыми автоматами .


    Предварительный просмотр:

    Чтобы пользоваться предварительным просмотром создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com


    Предварительный просмотр:

    ПР№2-Изучение устройства и принципа действия волоконно-оптических линий связи                                                                                                            

    Практическая работа №2

    Тема: «Изучение устройства и принципа действия волоконно-оптических линий связи (ВОЛС)»

    Цель:

    • рассмотреть классификацию оптических систем связи;
    • изучить принцип работы устройств на базе оптоволокна;
    • изучить виды компонентов ВОЛС и их применение;
    • рассмотреть принципы работы основных видов архитектур построения ВОЛС.

    Указания по выполнению работы:

    1. Ознакомиться с основными теоретическими сведениями.

    2. Классифицировать оптические системы связи.

    3. Составить схему и описать принцип работы устройств на базе оптоволокна.

    4. Составить таблицу назначения компонентов ВОЛС:

    Вид компонента ВОЛС

    Название компонента ВОЛС

    Принцип действия

    Применение

    5. Описать основные архитектуры построения ВОЛС.

    6. Составить отчет о работе. Сделать выводы. Ответить на контрольные вопросы

    Основные теоретические сведения

    Сегодня для передачи оцифрованных видео, аудио сигналов и информации предпочтение отдается оптоволоконным системам. В сфере бизнеса и индустрии устройства на оптоволоконной базе стали стандартами для передачи телекоммуникационной информации на суше.

    Для военных и оборонных целей требуется передача информации в больших объемах и с большей скоростью, поэтому ведутся работы по модернизации уже готовых и проектированию новых оптоволоконных устройств. И хотя это только на начальной стадии, планируется, что в скором времени волоконно-оптические системы управления заменят проводные системы управления, при этом кабельная часть будет легче, компактнее и надежнее. Оптоволоконная технология в сочетании со спутниковыми и радиовещательными средствами передач, предлагает новое устройство мира со средствами коммуникации гражданского и специального назначения, например, в авиационной радиоэлектронике, робототехнике, системах вооружений, датчиков, транспортных средствах и других сферах, где требуется высокая производительность.

    В оптических диапазонах волн можно создавать системы связи с громадной пропускной способностью. Поэтому очень велик интерес к освоению этих диапазонов. По принципу организации оптические системы связи можно разделить на системы открытого распространения света в атмосфере или в космическом пространстве и закрытые системы, в которых свет распространяется по стеклянным волокнам.

    Оптические системы связи открытого распространения, получающие развитие в последние годы, подразделяются на инфракрасные и лазерные. Эти системы позволяют передавать значительные объемы информации на малые расстояния (сотни и тысячи метров). Небольшая дальность объясняется потерями в атмосфере из-за тумана, дождя, снега, смога, града и различными естественными и искусственными препятствиями. Лучшие системы позволяют передавать цифровые потоки со скоростью до 622 Мбит/с на расстояние до 4-5 км при любых погодных условиях (например, системы Canobeam и Lightpoint), концентрируя сигнал в чрезвычайно плотный луч и применяя автоматический поиск и юстировку системы, которая удерживает луч света в апертуре приемной антенны.

    К важнейшему преимуществу инфракрасного и лазерного оборудования можно отнести то, что оно применимо везде, без всяких лицензий или разрешений, в отличие от многих других систем.

    На рисунке 1 показан вид одного из типов оптической связной аппаратуры и некоторые примеры ее использования. Космические оптические системы связи позволяют строить линии связи, например, между космическими аппаратами на большие расстояния. Основная технологическая трудность - обеспечение очень высокой точности наведения антенн и автоматическое сопровождение.

    http://vlobatch.narod.ru/RTC/rts11.gif

    Рисунок 1.

    ВОЛС позволяют надежно передавать наибольшие объемы информации (скорость передачи цифровых потоков превысила 1 Тбит/с) на расстояния до нескольких тысяч километров. С уменьшением расстояний экономический эффект от внедрения ВОЛС может уменьшаться и требуется проводить тщательный анализ в каждом конкретном случае. Сигнал в волоконно-оптических системах передается по стеклянной нити, диаметром 0.1-0.2 мм, состоящей из светонесущего сердечника, диаметром 2-30 микрометров и оболочки. Оболочка и сердечник имеют разные коэффициенты преломления, которые обеспечиваются добавкой в стекло окислов разных металлов (чаще всего - германия и кремния).

    С уменьшением диаметра сердечника возрастает полоса пропускания оптического волокна и качественные показатели системы связи. Однако, при этом возрастают технологические трудности, как при изготовлении волокна, так и при сращивании отдельных звеньев, что приводит к увеличению стоимости.

    В последние годы появляются новые технологии и принципы организации связи по оптическим волокнам. В частности, развиваются системы на основе солитонных импульсов, позволяющие получать ничтожно малые потери и искажения сигналов.

    Принцип работы устройств на базе оптоволокна. Оптические системы

    С функциональной точки зрения, оптоволоконные системы схожи с проводными, которые они стремительно вытесняют. Основанная разница между ними состоит в том, что для передачи информации в оптоволоконных системах используется световой импульс (фотон), а не электронный импульс, как в проводах. Другая разница становится понятной при взгляде на поток передачи информации от точки до точки в оптоволоконной системе

     http://www.fopc.ru/images/sxemrus.jpg

    Рисунок 2: сигнал на входе – передающее устройство (драйвер – источник – соединитель волокно-кабель) – оптоволокно – принимающее устройство (соединитель волокно-кабель – детектор – выходная цепь) – сигнал на выходе.

    Та часть оптической системы связи, на которой осуществляется преобразование сигнала, называется передающим устройством. Это источник всей информации, которая поступает в оптоволоконную систему. Передающее устройство трансформирует электрические сигналы в световые импульсы. Фактическим источником импульсов света является светоизлучающий диод (LED), или лазерный диод (ILD). Посредством линзы импульсы света направляются в волоконно-оптический соединитель и далее по линии.

    По волоконно-оптической линии световые импульсы передаются легко, исходя из принципа «полного внутреннего отражения». Согласно этому принципу, если угол падения превышает определенный показатель, то свет не будет проходить через отражающую поверхность материала, а будет возвращаться назад. В случае с оптоволоконными системами связи, этот принцип позволяет передавать световые импульсы по изогнутым кабелям без потерь светового сигнала в волоконной нити.

    На другом конце линии световые импульсы попадают на декодирующий элемент, который называется оптическим приемником или детектором. Соединитель, подводящий кабель непосредственно к детектору, оснащен специальным оптоволоконным контактом. Оптоволоконный приемник предназначен для декодирования светового сигнала и последующей обработки его в электрический сигнал. После этого информация передается на электронные приборы, такие как компьютеры, устройства навигационного управления, видеомониторы и т.д.

    Виды компонентов ВОЛС

    ВОЛС – это волоконно-оптическая линия связи, современная система информационного сообщения.

    Основой метода передачи информации является трансляция световых сигналов по оптоволокну (нити из пластика или кварца) путем полного внутреннего отражения от стенок волокна. Ширина канала и пропускная способность обеспечивают передачу больших массивов данных за меньшее время, чем в классической витой паре, что вкупе с низким показателем затухания и высокой защищенностью позволило оптоволоконной связи получить широкое распространение в военной отрасли и гражданских системах передачи сообщений (телефонная связь и интернет).

    Преимущества ВОЛС

    • широкополосность, позволяющая, при грамотном проектировании, передавать информацию со скоростью до 1 тбит/с.;
    • устойчивость к электромагнитному воздействию;
    • пожаробезопасность оптоволокна вследствие отсутствия в нём течения тока;
    • большая длина участков с устойчивой передачей данных без ретрансляторов;
    • конфиденциальность, из-за отсутствия течения электрических сигналов оптоволокно не излучает радиоволн, а прослушка линии возможна только в случае физического вмешательства;
    • помехоустойчивость, так как оптоволокно нечувствительно к электромагнитным излучениям;
    • большой срок службы без ухудшения качества передачи, это обусловлено устойчивостью материала к окислению;
    • небольшой вес, по сравнению с витой парой.

    Компоненты ВОЛС

    Устройства, используемые в построении волоконно-оптической сети связи делятся по принципу их работы.

    Активные компоненты – элементы линии связи, прямо влияющие на передаваемый световой сигнал, а пассивные – осуществляющие только транспортировку и не требующие дополнительного электропитания.

    Активные компоненты.

    • Модулятор — устройство, переводящее электрический сигнал в оптический. Используется в системах, где отсутствует модуляция при помощи лазера.
    • Оптоволоконный лазер — источник, передающий модулированную информацию в виде потока света по линии связи. Может выполнять роль модулятора сигнала. КПД варьируется от 40% до 85%.
    • Фотодиод – приемник, совершающий действие, обратное работе лазера – прием пучка света и его преобразование в электрический сигнал.
    • Мультиплексор/Демультиплексор (MUX/DEMUX) – большой класс устройств, назначением которых является объединение нескольких входящих сигналов в группу для их передачи по одной линии связи (мультиплексирование). Для разделения сигналов на принимающей стороне используется демультиплексор
    • Усилитель — компонент сети, используемый при передаче данных на дальнее расстояние путем спектрального уплотнения сигнала. В конструкции такого усилителя присутствуют два основных элемента: легированное эрбием оптоволокно и так называемые «лазеры накачки» – источники энергии усиления. Получаемый на входе сигнал попадает на катушку легированного оптоволокна, подвергаемой облучению лазером. При этом происходит переход вещества катушки из активного состояния в основное с излучением света на волне входного сигнала. Излучаемый свет, являющийся, по факту, копией принятой информации, передается дальше по линии.
    • Регенератор — устройство, предназначенное для восстановления исходного сигнала при искажении передаваемой на дальние расстояния информации. Используется в тех случаях, когда длина оптоволоконной линии достаточно велика, что даже при помощи усилителя не удается сохранить целостность сигнала. Существует три вида регенерации: амплитуды сигнала, формы и синхронизации. В современных системах все эти три операции сразу может проводить оптический повторитель. Принцип работы заключается в приеме световых сигналов, перевод в электрическую форму, регенерации и передача далее по линии опять в световой форме.

    Пассивные компоненты

    • Оптический кабель – основа построения и принципа работы ВОЛС. Состоит из световода и защитной оболочки. Для дополнительной защиты от агрессивной окружающей среды, грызунов и экстремальных нагрузок часто применяется гидрофобный гель и армирование стальной проволокой.
    • Разветвитель— устройство для объединения или разветвления оптических кабелей.
    • Кросс — оконечник линии связи, использующийся для подключения к приемному фотодиоду.

    Применение компонентов ВОЛС

    Построение оптоволоконной сети связи является достаточно сложной задачей. При решении этой задачи в первую очередь необходимо установить требуемую длину и архитектуру сети. После этого производится оценка суммарной потери мощности при разветвлении линии, её сращивании, а также затухании сигнала. На основе этих данных подбираются устройства, необходимые для обеспечения доставки сигнала до всех точек сети без потерь.

    Есть несколько распространенных архитектур построения ВОЛС, на примере которых можно рассмотреть случаи применения тех или иных компонентов.

    «Точка – точка». Самый простой вариант построения, при котором осуществляется подключение двух объектов друг к другу. На каждом объекте устанавливается приемная и транслирующая аппаратура для обеспечения двунаправленной связи. При небольшой длине не требует дополнительных компонентов.

    «Линия». Эта архитектура используется при необходимости построить линию с расположенными вдоль нее точками подключения. Для этого используется разветвитель. Для создания прямого канала требуется один оптоволоконный кабель, для обратного – количество, равное количеству приемников.

    «Звезда». При использовании такой архитектуры разветвители сигнала устанавливаются в месте расположения передатчика, тем самым необходимое количество линий для двухсторонней связи всегда минимум в два раза больше количества приемников.

    Тенденции развития ВОЛС и применение новейших технологий позволяет подобрать оптимальное решение любой спроектированной архитектуры связи используя разветвительные компоненты, а усилители и регенераторы сигнала обеспечивают передачу информации без потерь и с максимальной скоростью.

    Контрольные вопросы:

    1. Каковы особенности построения и области применения оптических систем связи открытого распространения?
    2. Каковы особенности построения и области применения волоконно-оптических систем связи?
    3. Как улучшить качественные показатели системы связи?
    4. В чем заключается отличие ВОЛС от других проводных систем связи?
    5. Благодаря каким показателям позволило оптоволоконной связи получить широкое распространение в военной отрасли и гражданских системах передачи сообщений?
    6. Какие основные задачи требуется решить для построение оптоволоконной сети связи?



    Предварительный просмотр:

    ПР№3-Изучение устройства и принципа действия радиопередатчика                                                                                                                                          

    Практическая работа №3

    Тема: «Изучение устройства и принципа действия радиопередатчика»

    Цель: изучить устройство, принцип действия и основные характеристики радиопередатчика.

    Указания по выполнению работы:

    1. Ознакомиться с основными теоретическими положениями.

    2. Описать структурную схему радиопередатчика и принцип его работы.

    3. Определить основные характеристики радиопередатчиков.

    4.  Составить отчет о работе. Сделать выводы. Ответить на контрольные вопросы

    Основные теоретические сведения

    Радио (лат.radio— излучаю, испускаю лучи radius— луч) — разновидность беспроводной связи, при которой в качестве носителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве.

    Переда́тчик — в электронике и телекоммуникациях передатчик (радиопередатчик) представляет собой электронное устройство, способное генерировать радиоволны и излучать их при помощи антенны.

    Передатчик обладает способностью самостоятельно генерировать радио частоты переменного тока, которые с помощью фидера, (в радиотехнике — передающая линия, устройство, по которому осуществляется направленное распространение электромагнитных волн от источника к потребителю) подводятся к передающей антенне. Таким образом, при возбуждении устройством переменного тока высокой частоты (радио частот), антенна излучает радиоволны.

    Передатчики, помимо их использования в радиовещании, являются необходимой составной частью многих электронных устройств, которые обмениваются информацией друг с другом по радио, например, мобильные телефоны, беспроводные компьютерные сети, Bluetooth-совместимые устройства открывания гаражных дверей, рации на самолётах, кораблях и космических радиолокационных установках, а также навигационные маяки.

    Радиопереда́тчик – это устройство для формирования радиосигнала, подаваемого на вход передающей антенны.

    Обычно содержит возбудитель (генератор колебания необходимой частоты с высокой стабильностью), усилитель мощности и модулятор (блок, модулирующий несущее колебание по заданному закону).

    Структурная схема позволяет создать высокочастотное колебание – переносчик информации, промодулировать его и усилить до необходимой мощности, выполнив определённые требования для передачи максимальной мощности в антенну.

    Радиопередатчики проектируются и применяются во многих отраслях: все виды радиосвязи, радиолокации, радиопеленгации, звукового и телевизионного вещания, службы точного времени и т.д.

    Основные характеристики радиопередатчиков:

    • вид излучения,
    • рабочие частоты,
    • допустимая нестабильность частоты излучаемого сигнала,
    • мощность излучения.

    Кроме этих характеристик, важны и эксплуатационные характеристики:

    • коэффициент полезного действия, определяющий количество потребляемой электроэнергии от сети электроснабжения (кроме стоимости, лишняя электроэнергия нагревает радиопередатчик, требуя громоздкой системы принудительного охлаждения – воздушного или водяного; тепловыделением определяются и размеры радиопередатчика);
    • экологические характеристики – допустимый уровень электромагнитных излучений и акустических шумов в технологических помещениях и жилых зданиях.

    Для уменьшения экологического воздействия мощные передатчики выносят за черту города, а вместо привычных трубок радиотелефонов начинают применять выносную микротелефонную гарнитуру, а сам аппарат с передатчиком подвешивают на брючном ремне (воздействие на остальные органы менее опасно, чем на мозг).

    Современные системы связи – беспоисковые и бесподстроечные.

    Вся история развития радиопередатчиков – история развития элементной базы: от генерирования колебаний с помощью искры или электрической дуги (источники колебаний широкого спектра), применения электровакуумных элементов (изобретение вакуумного триода, а затем многоэлектродных ламп и других вакуумных приборов – клистронов, магнетронов, ламп бегущей и обратных волн и т. д.) и, наконец, твердотельных усилительных элементов, которые позволяют строить радиопередатчики мощностью до нескольких киловатт. Особо, по элементной базе, выделяются бортовые, спутниковые радиопередатчики, работающие в условиях открытого космоса.

    Схема работы радиопередатчика

    Принцип работы

    Передача происходит следующим образом: на передающей стороне формируется сигнал с требуемыми характеристиками (частота и амплитуда сигнала). Далее передаваемый сигна лмодулирует более высокочастотное колебание (несущее). Полученный модулированный сигнал излучается антенной в пространство. На приёмной стороне радиоволны наводят модулированный сигнал в антенне, после чего он демодулируется (детектируется) и фильтруется ФНЧ (избавляясь тем самым от высокочастотной составляющей— несущей). Полученный модулированный сигнал излучается антенной в пространство.

    На приёмной стороне радиоволны наводят модулированный сигнал в антенне, после чего он демодулируется (детектируется) и фильтруется ФНЧ (избавляясь тем самым от высокочастотной составляющей— несущей)). Таким образом, происходит извлечение полезного сигнала. Получаемый сигнал может несколько отличаться от передаваемого передатчиком (искажения вследствие помех и наводок).

    Структурная схема радиопередатчика

    Современный радиопередатчик состоит из следующих конструктивных частей:

    1. задающий генератор частоты (фиксированной или перестраиваемой) несущей волны;https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/1/1a/Radiotransmitter.jpg
    2. модулирующее устройство, изменяющее параметры излучаемой волны (амплитуду, частоту, фазу или несколько параметров одновременно) в соответствии с сигналом, который требуется передать (часто задающий генератор и модулятор выполняют в одном блоке — возбудитель);
    3. усилитель мощности, который увеличивает мощность сигнала возбудителя до требуемой за счёт внешнего источника энергии;
    4. устройство согласования, обеспечивающее максимально эффективную передачу мощности усилителя в антенну;
    5. антенна, обеспечивающая излучение сигнала.

    Радиопередатчик очень часто используется вместе с радиоприёмником и питающим устройством, вместе весь этот комплекс называется радиостанцией.

    Радиоприёмник (сокр. приёмник, разг. радио) — устройство, соединяемое с антенной и служащее для осуществления радиоприёма, то есть для выделения сигналов из радиоизлучения[2].

    Радиоста́нция — устройство, комплекс устройств или система инженерных сооружений и радиоэлектронных приборов, предназначенное для приёма и/или передачи радиоволн. Хотя формально радиоприёмные устройства относятся к радиостанциям, на практике, в технической литературе и документации под радиостанциями обычно понимают те технические средства, которые содержат в своем составе радиопередатчик. Под термином радиоста́нция в обиходе понимают также предприятие (учреждение) массовой информации, занимающееся радиовещанием. Такая «радиостанция» может и не обладать собственным радиопередающим оборудованием, а арендовать его или арендовать эфирное время, вести передачи по проводным каналам либо в интернете.

    Самостоятельно радиопередатчики используются в тех областях, где не нужен приём информации в месте её передачи — сигналы точного времени, разнообразные навигационные радиомаяки для определения местоположения объектов, многопозиционная радиолокация, радиовещание, дистанционное управление, телеметрия и т. д.

    Контрольные вопросы:

    1. Дать определение понятиям «Радио» и «Радиопереда́тчик».
    2. Описать историю развития радиопередатчиков.
    3. Описать, в каких областях используются радиопередатчики.



    Предварительный просмотр:

    ПР№3-Изучение устройства и принципа действия радиопередатчика                                                                                                                                          

    Практическая работа №4

    Тема: «Изучение состава элементной базы схемотехники».

    Цель: изучить разновидности элементной базы схемотехники.

    Указания по выполнению работы:

    1. Ознакомиться с основными теоретическими положениями на стр.16-52 учебника Богомолова С.А. «Основы электроники и цифровой схемотехники».

    2. Заполнить таблицу:

    Название элемента

    Разновидность элемента

    УГО элемента

    Устройство

    Принцип действия

    резистор

    общего назначения

    высокочастотный

    высоковольтный

    высокомегаомный

    неизолированный

    герметизированный

    непроволочный

    тонкопленочный

    толстопленочный

    объемный

    чип-резистор

    фоторезистор

    конденсатор

    стеклянный

    бумажный

    пленочный

    катушка индуктивности

    однослойная

    многослойная

    дроссель

    диод

    выпрямительный

    детекторный

    импульсный

    стабилитрон

    варикап

    диод Ганна

    диод Шоттки

    фoтодиод

    светодиод

    оптрон

    ламповый

    транзистор

    биполярный

    полевой

    интегральная микросхема (ИС)

    пленочная

    гибридная

    полупроводниковая

    4.  Составить отчет о работе. Сделать выводы. Ответить на контрольные вопросы

    Контрольные вопросы:

    1. Как классифицируются основные элементы электроники?
    2. Для чего предназначен конденсатор?
    3. Как маркируются резисторы?
    4. Какие функции выполняют диоды?
    5. Что такое транзистор?
    6. В каких устройствах применяются полупроводниковые фотоэлектронные приборы?


    Предварительный просмотр:

    ПР№5-Изучение особенностей диодов.                                                                                                                                                                                              

    Практическая работа №5

    Тема: «Изучение особенностей диодов: типичные схемы и вольтамперные характеристики, основные параметры»

    Цель: 

    • изучить устройство и принцип действия диода;
    • изучить физические особенности диода в различных состояниях;
    • ознакомиться с вольт-амперной характеристикой полупроводникового диода.

    Указания по выполнению работы:

    1. Ознакомиться с основными теоретическими положениями.

    2. Описать основное назначение полупроводникового диода, его строение, УГО и маркировку.

    3. Зарисовать схемы физических особенностей диода в различных состояниях.

    4. Описать ВАХ реального полупроводникового диода и зарисовать ее график.

    5. Составить отчет о работе. Сделать выводы. Ответить на контрольные вопросы

    Основные теоретические сведения

    Картинки по запросу

    Дио́д — электронный элемент, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электроды диода носят названия анод (+) и катод (-).  

    Полупроводниковый диод

    Полупроводниковый диод - самый простой полупроводниковый прибор, состоящий из одного PN перехода. Картинки по запросу диод

    Основная его функция - это проводить электрический ток в одном направлении, и не пропускать его в обратном. Состоит диод из двух слоев полупроводника типов N и P.

    На стыке соединения P и N образуется PN-переход. Электрод, подключенный к P, называется анод. Электрод, подключенный к N, называется катод. Диод проводит ток в направлении от анода к катоду, и не проводит обратно.http://hightolow.ru/images/diode/diodeBand.png

    Диод в состоянии покоя

    Посмотрим, что происходит внутри PN-перехода, когда полупроводниковый диод находится в состоянии покоя. То есть тогда, когда ни к аноду, ни к катоду не подключено напряжения.

    Итак, в части N имеются в наличии свободные электроны – отрицательно заряженные частицы. В части P находятся положительно заряженные ионы – дырки. В результате, в том месте, где есть частицы с зарядами разных знаков, возникает электрическое поле, притягивающее их друг к другу.http://hightolow.ru/images/diode/diode_pn_still.pnghttp://hightolow.ru/images/diode/diode_pn.png

    Под действием этого поля свободные электроны из части N дрейфуют через PN переход в часть P и заполняют некоторые дырки. В итоге получается очень слабый электрический ток, измеряемый в наноамперах. В результате, плотность вещества в P части повышается и возникает диффузия (стремление вещества к равномерной концентрации), толкающая частицы обратно на сторону N.

    Обратное включение диодаhttp://hightolow.ru/images/diode/diodeReverce_thickWire.png

    Теперь посмотрим, как у полупроводникового диода получается выполнять свою основную функцию – проводить ток только в одном направлении. П

    Подключим источник питания - плюс к катоду, минус к аноду.

    В соответствии с силой притяжения, возникшей между зарядами разной полярности, электроны из N начнут движение к плюсу и отдалятся от PN перехода. Аналогично, дырки из P будут притягиваться к минусу, и также отдалятся от PN перехода. В результате, плотность вещества у электродов повышается. В действие приходит диффузия и начинает толкать частицы обратно, стремясь к равномерной плотности вещества.

    Как мы видим, в этом состоянии диод не проводит ток. При повышении напряжения, в PN переходе будет все меньше и меньше заряженных частиц.

    Прямое включение диодаhttp://hightolow.ru/images/diode/diodeForward_thickWire.png

    Меняем полярность источника питания - плюс к аноду, минус к катоду.

    В таком положении, между зарядами одинаковой полярности возникает сила отталкивания. Отрицательно заряженные электроны отдаляются от минуса и двигаются сторону p-n перехода. В свою очередь, положительно заряженные дырки отталкиваются от плюса и направляются навстречу электронам. PN переход обогащается заряженными частицами с разной полярностью, между которыми возникает электрическое поле – внутреннее электрическое поле PN перехода. Под его действием электроны начинают дрейфовать на сторону P. Часть из них рекомбинируют с дырками (заполняют место в атомах, где не хватает электрона). Остальные электроны устремляются к плюсу батарейки. Через диод пошел ток ID.

    Чтобы не возникло путаницы, напомню, что направление тока на электрических схемах обратно направлению потока электронов.

    Недостатки реального полупроводникового диода

    На практике, в реальном диоде, при обратном подключении напряжения, возникает очень маленький ток, измеряемый в микро, или наноамперах (в зависимости от модели прибора). В следствии слишком высокого напряжения, может разрушиться кристаллическая структура полупроводника в диоде. В этом случае, прибор начнет хорошо проводить ток также и при обратном смещении. Такое напряжение называется напряжение пробоя. Процесс разрушения структуры полупроводника невосстановим, и прибор приходит в негодность.

    При прямом подключении, напряжение между анодом и катодом должно достигнуть определенного значения Vϒ, для того чтобы диод начал хорошо проводить ток. Для кремниевых приборов Vϒ - это примерно 0.7V, а для германиевых - около 0.3V.

    Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода

    Что такое идеальный диод?

    Основная задача обычного выпрямительного диода – проводить электрический ток в одном направлении, и не пропускать его в обратном. Следовательно, идеальный диод должен быть очень хорошим проводником с нулевым сопротивлением при прямом подключении напряжения (плюс - к аноду, минус - к катоду), и абсолютным изолятором с бесконечным сопротивлением при обратном.

    Вот так это выглядит на графике.http://hightolow.ru/images/VI/VI_ideal.png

    Такая модель диода используется в случаях, когда важна только логическая функция прибора. Например, в цифровой электронике.

    ВАХ реального полупроводникового диода

    Однако на практике, в силу своей полупроводниковой структуры, настоящий диод обладает рядом недостатков и ограничений по сравнению с идеальным диодом. Это можно увидеть на графике, приведенном ниже.

    http://hightolow.ru/images/VI/VI_full.png

    Vϒ(гамма) - напряжение порога проводимости

    При прямом включении напряжение на диоде должно достигнуть определенного порогового значения - Vϒ. Это напряжение, при котором PN-переход в полупроводнике открывается достаточно, чтобы диод начал хорошо проводить ток. До того, как напряжение между анодом и катодом достигнет этого значения, диод является очень плохим проводником. Vϒ у кремниевых приборов примерно 0.7V, у германиевых – около 0.3V.

    ID_MAX - максимальный ток через диод при прямом включении

    При прямом включении полупроводниковый диод способен выдержать ограниченную силу тока ID_MAX. Когда ток через прибор превышает этот предел, диод перегревается. В результате разрушается кристаллическая структура полупроводника, и прибор становится непригодным. Величина данной силы тока сильно колеблется в зависимости от разных типов диодов и их производителей.

    IOP – обратный ток утечки

    При обратном включении диод не является абсолютным изолятором и имеет конечное сопротивление, хоть и очень высокое. Это служит причиной образования тока утечки или обратного тока IOP. Ток утечки у германиевых приборов достигает до 200 µА, у кремниевых до нескольких десятков nА. Самые последние высококачественные кремниевые диоды с предельно низким обратным током имеют этот показатель около 0.5 nA.

    PIV (Peak Inverse Voltage) - Напряжение пробоя

    При обратном включении диод способен выдерживать ограниченное напряжение – напряжение пробоя PIV. Если внешняя разность потенциалов превышает это значение, диод резко понижает свое сопротивление и превращается в проводник. Такой эффект нежелательный, так как диод должен быть хорошим проводником только при прямом включении. Величина напряжения пробоя колеблется в зависимости от разных типов диодов и их производителей.

    Паразитическая емкость PN-переходаhttp://hightolow.ru/images/diode/diode_cap.png

    Даже если на диод подать напряжение значительно выше Vϒ, он не начнет мгновенно проводить ток. Причиной этому является паразитическая емкость PN перехода, на наполнение которой требуется определенное время. Это сказывается на частотных характеристиках прибора.

    Применение диодов

    Диоды являются одними из самых распространенных электронных компонентов. Они присутствуют практически во всех электронных приборах, которые мы ежедневно используем – от мобильного телефона до его зарядного устройства. В этой статье рассмотрим основные типы электронных схем, в которых диоды нашли свое применение.

    1. Нелинейная обработка аналоговых сигналов

    В связи с тем, что диоды относятся к элементам нелинейного типа, они применяются в детекторах, логарифматорах, экстрематорах, преобразователях частоты и в других устройствах, в которых предполагается нелинейная обработка аналоговых сигналов. В таких случаях диоды используют или как основные рабочие приборы – для обеспечения прохождения главного сигнала, или же в качестве косвенных элементов, например в цепях обратной связи. Указанные выше устройства значительно отличаются между собой и используются для разных целей, но применяемые диоды в каждом из них занимают очень важное место.

    2. Выпрямители

    Устройства, которые используются для получения постоянного тока из переменного называются выпрямителями. В большинстве случаев они включают в себя три главных элемента – это силовой трансформатор, непосредственно выпрямитель (вентиль) и фильтр для сглаживания. Диоды применяют в качестве вентилей, так как по своим свойствам они отлично подходят для этих целей.

    3. Стабилизаторы

    Устройства, которые служат для реализации стабильности напряжения на выходе источников питания, называются стабилизаторами. Они бывают разных видов, но каждый из них предполагает применение диодов. Эти элементы могут использоваться либо в цепях, отвечающих за опорные напряжения, либо в цепях, которые служат для коммутации накопительной индуктивности.

    4. Ограничители

    Ограничители – это специальные устройства, используемые для того, чтобы ограничивать возможный диапазон колебания различных сигналов. В цепях такого типа широко применяются диоды, которые имеют прекрасные ограничительные свойства. В сложных устройствах могут использоваться и другие элементы, но большинство ограничителей базируются на самых обычных диодных узлах стандартного типа.

    5. Устройства коммутации

    Диоды нашли применение и в устройствах коммутации, которые используются для того, чтобы переключать токи или напряжения. Диодные мосты дают возможность размыкать или замыкать цепь, которая служит для передачи сигнала. В работе применяется некоторое управляющее напряжение, под воздействием которого и происходит замыкание или размыкание. Иногда управляющим может быть сам входной сигнал, такое бывает в самых простых устройствах.

    6.Логические цепи

    В логических цепях диоды применяются для того, чтобы обеспечить прохождение тока в нужном направлении (элементы «И», «ИЛИ»). Подобные цепи используются в схемах аналогового и аналогово-цифрового типа.

    Здесь перечислены только основные устройства, в которых применяются диоды, но существует и много других, менее распространенных.

    Контрольные вопросы:

    1. В чем заключается отличие реального диода от идеального?
    2. Какими недостатками обладают диоды?
    3. Где нашли свое применение диоды и почему?


    Предварительный просмотр:

    ПР№6-Изучение особенностей стабилитронов                                                                                                                                                                            

    Практическая работа №6

    Тема: «Изучение особенностей стабилитронов: типичные схемы и вольтамперные характеристики, основные параметры»

    Цель: 

    • изучить устройство и принцип действия стабилитрона;
    • исследовать изменения напряжения стабилитрона при изменении входного напряжения в схеме параметрического стабилизатора.

    Указания по выполнению работы:

    1. Ознакомиться с основными теоретическими положениями.

    2. Описать основное назначение стабилитрона, принципы его работы и УГО.

    3. Зарисовать типовую схему включения стабилитрона.

    4. Выполнить практическое задание.

    5. Составить отчет о работе. Сделать выводы. Ответить на контрольные вопросы.

    Основные теоретические сведения

    Стабилитрон это полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения.

    В отличии от обычных диодов, стабилитрон имеет достаточно низкое напряжение пробоя (при обратном включении) и что самое главное - может поддерживать это напряжение на постоянном уровне при значительном изменении силы обратного тока. Благодаря этому эффекту стабилитроны широко применяются в источниках питания.

    В стабилитронах, для создания p-n перехода, используются материалы с высокой концентрацией примесей. При относительно небольших обратных напряжениях в p-n переходе возникает сильное электрическое поле, вызывающее его электрический пробой. При этом электрический пробой является обратимым (если конечно не наступит тепловой пробой вследствие слишком большой силы тока).

    В основе работы стабилитрона лежат два механизма: лавинный пробой p-n перехода и туннельный пробой p-n перехода. Туннельный пробой p-n перехода в англоязычной литературе называется Эффектом Зенера, поэтому стабилитрон имеет еще одно название - диод Зенера.

    Несмотря на схожие результаты действия этих механизмов - различны, хотя и присутствуют в любом стабилитроне совместно, но преобладает только один из них. У стабилитронов до напряжения 5,6 вольт преобладает туннельный пробой с отрицательным температурным коэффициентом, выше 5,6 вольт доминирующим становится лавинный пробой с положительным температурным коэффициентом. При напряжении, равном 5,6 вольт, оба эффекта уравновешиваются, поэтому выбор такого напряжения является оптимальным решением для устройств с широким температурным диапазоном применения.

    Обозначение стабилитрона

     на принципиальных схемах

    Обозначение двуханодного стабилитрона

     на принципиальных схемах

    Обозначение стабилитрона на принципиальных схемах

    Обозначение двуханодного стабилитрона на принципиальных схемах

    Существует большое количество разновидностей стабилитронов:

    Стабилитроны отличаются по мощности, существуют: мощные стабилитроны и маломощные стабилитроны.

    Прецизионные стабилитроны обладают повышенной стабильностью напряжения стабилизации, для них вводятся дополнительные нормы на временную нестабильность напряжения и температурный коэффициент напряжения (на пример: 2С191, КС211, КС520).

    Двусторонние - обеспечивают стабилизацию и ограничение двухполярных напряжений, для них дополнительно нормируется абсолютное значение несимметричности напряжения стабилизации (на пример: 2С170А, 2С182А).

    Быстродействующие - имеют сниженное значение барьерной ёмкости (десятки пФ) и малую длительность переходного процесса (единицы нс), что позволяет стабилизировать и ограничивать кратковременные импульсы напряжения (на пример: 2С175Е, КС182Е, 2С211Е).

    Типовая схема включения стабилитрона

    Рисунок 1. Типовая схема включения стабилитрона

    Характеристики стабилитронов.

    Напряжение стабилизации - значение напряжения на стабилитроне при прохождении заданного тока стабилизации. Пробивное напряжение диода, а значит, напряжение стабилизации стабилитрона зависит от толщины p-n-перехода или от удельного сопротивления базы диода. Поэтому разные стабилитроны имеют различные напряжения стабилизации (от 3 до 400 В).

    Температурный коэффициент напряжения стабилизации - величина, определяемая отношением относительного изменения температуры окружающей среды при постоянном токе стабилизации. Значения этого параметра у различных стабилитронов различны. Коэффициент может иметь как положительные, так и отрицательные значения для высоковольтных и низковольтных стабилитронов соответственно. Изменение знака соответствует напряжению стабилизации порядка 6В.

    Дифференциальное сопротивление - величина, определяемая отношением приращения напряжения стабилизации к вызвавшему его малому приращению тока в заданном диапазоне частот.

    Максимально допустимая рассеиваемая мощность - максимальная постоянная или средняя мощность, рассеиваемая на стабилитроне, при которой обеспечивается заданная надёжность.

    Практическое задание

    Порядок выполнения работы:

    Запустите программу Electronics Workbench.

    Подготовьте новый файл для работы. При подготовке файла сохраните его на жестком диске под своей фамилией.

    Измерение напряжения и вычисление тока через стабилитрон.

    При подключении стабилитрона к источнику постоянного напряжения через резистор получается простейшая схема параметрического стабилизатора (рис. 2.2). Ток Iст стабилитрона может быть определен вычислением падения напряжения на резисторе R:

    Icт = (E — Ucт)/R                                                                 (1.1).

    Напряжение стабилизации Ucт стабилитрона определяется точкой на вольтамперной характеристике, в которой ток стабилитрона резко увеличивается. Мощность рассеивания стабилитрона Рст вычисляется как произведение тока Iст на напряжение Ucт:

    Рст = Icт×Ucт                                                                      (1.2).

    Дифференциальное сопротивление стабилитрона вычисляется так же, как для диода, по наклону вольтамперной характеристики.

    Рисунок 2.

    1. Рассмотрите схему на рис.2.
    2. В новом файле программы Electronics Workbench соберите схему по рисунку.
    3. Когда схема собрана и готова к запуску, нажмите кнопку включения питания на панели инструментов . В случае серьезной ошибки в схеме (короткое замыкание элемента питания, отсутствие нулевого потенциала в схеме) будет выдано предупреждение.
    4. Измерьте значение напряжения Ucт на стабилитроне с мультиметра при значениях ЭДС источника, приведенных в таблице 1. Вывод терминала мультиметра осуществляется двойным нажатием левой клавиши мыши на элементе. В случае необходимости можно пользоваться кнопкой Pause. Полученные данные занесите в таблицу 1.
    5. Вычислите ток Iст стабилитрона по формуле (1.1) для каждого значения напряжения Ucт. Результаты вычислений занесите в таблицу 1.1.

    Таблица 1. Данные для построения ВАХ стабилитрона.

    Е, В

    Uст, мВ

    Iст, мА

    0

    4

    6

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    1. По данным таблицы постройте вольтамперную характеристику (ВАХ) стабилитрона.
    2. Оцените по вольтамперной характеристике стабилитрона напряжение стабилизации.
    3. Вычислите мощность Рст, используя формулу1.2, рассеиваемую на стабилитроне при напряжении Е = 20 В.

    Контрольные вопросы:

    1. Охарактеризовать основное отличие реального диода от стабилитрона.
    2. Перечислить основные разновидности стабилитронов.
    3. Объяснить, как изменяется напряжение стабилитрона Ucт, когда ток стабилитрона становится ниже 20 мА.



    Предварительный просмотр:

    ПР№7-Изучение устройства, принципа действия и основных характеристик полевых транзисторов                                                                          

    Практическая работа №7

    Тема: «Изучение устройства, принципа действия и основных характеристик полевых транзисторов»

    Цель: 

    • познакомиться с принципами работы полевого транзистора;
    • построить стоковые характеристики транзистора.

    Указания по выполнению работы:

    1. Ознакомиться с основными теоретическими положениями.

    2. Описать основное назначение полевого транзистора

    3. Классифицировать полевые транзисторы зависимости от типа проводимости канала, зарисовать их УГО.

    4. Описать устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим p-n переходом

    5. Выполнить практическое задание.

    6. Составить отчет о работе. Сделать выводы. Ответить на контрольные вопросы.

    Основные теоретические сведения

    Во многих современных электронных устройствах используют транзисторы, ток носителей которых течет по, так называемому, каналу, образованному внутри кремниевого кристалла. Этим током можно управлять, прикладывая электрическое поле. Такие приборы называют полевыми транзисторами (в англоязычной литературе применяют сокращение FET – Field Effected Transistor).

    В настоящее время эти транзисторы играют важную роль, являясь элементами интегральных схем, которые содержат на одном кристалле от сотен тысяч до миллионов полупроводниковых приборов. В свою очередь на базе таких интегральных схем создают компьютеры, микропроцессорные системы, устройства обработки сигналов и другие.

    Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, ток в котором создаётся основными носителями зарядов (только электронами или только дырками). Заряды перемещаются в области, которая называется канал. Электрод, через который ток втекает в транзистор, называется исток (И). Прошедшие через канал заряды выходят из него через электрод, который называется сток (С). Движением зарядов управляет электрод, который называется затвор (З).

    В зависимости от типа проводимости канала различают полевые транзисторы с каналом типа p и типа n, а в зависимости от способа выполнения затвора – с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором. Стрелка показывает направление от слоя p к слою n.

    Таблица 1. Условное графическое обозначение полевых транзисторов

    Тип затвора

    Канал n-типа

    Канал p-типа

    С управляющим p-n переходом

    http://ok-t.ru/studopediaru/baza2/1958893020500.files/image505.gif

    http://ok-t.ru/studopediaru/baza2/1958893020500.files/image507.gif

    С изолированным затвором и встроенным каналом

    http://ok-t.ru/studopediaru/baza2/1958893020500.files/image509.gif

    http://ok-t.ru/studopediaru/baza2/1958893020500.files/image511.gif

    С изолированным затвором и индуцированным каналом

    http://ok-t.ru/studopediaru/baza2/1958893020500.files/image513.gif

    http://ok-t.ru/studopediaru/baza2/1958893020500.files/image515.gif

    Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим p-n переходом

    Рассмотрим физические процессы, происходящие в полевом транзисторе с управляющим p-n переходом и каналом n-типа, схематичное изображение которого представлено на рис. 12.2.

    http://ok-t.ru/studopediaru/baza2/1958893020500.files/image517.gif

    Рисунок 1. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом и каналом n-типа

    Такая конструкция, в которой электроды расположены в одной плоскости, называется планарной. В исходном полупроводниковом материале методом диффузии создаётся легированная область n – канал. Затем на поверхности образуют сток, исток и затвор таким образом, что канал получается под затвором. Нижняя область исходного полупроводника – подложка – обычно соединяется с затвором. Исток подключают к общей точке источников питания, и напряжения на стоке и затворе измеряют относительно истока.

    Транзисторы характеризуют рядом параметров:

    • Начальный ток стока - это ток стока при напряжении между затвором и истоком равном нулю и напряжении сток исток равном или превышающем напряжение насыщения.
    • Напряжением насыщения называют напряжение сток-исток, начиная с которого ток стока практически не увеличивается при увеличении напряжения сток-исток при заданном напряжении затвор-исток.
    • Ток утечки затвора - это ток затвора между затвором и остальными выводами транзистора, замкнутыми между собой.
    • Обратный ток перехода затвор-исток при разомкнутом выводе стока - это ток в цепи затвор-исток при заданном обратном напряжении между затвором и истоком и разомкнутом выводе стока.
    • Напряжение отсечки полевого транзистора - это напряжение затвор-исток для транзисторов с управляющим p-n переходом и транзисторов с изолированным затвором со встроенным каналом, при котором ток стока достигает заданного значения, обычно 10 мкА.
    • Пороговое напряжение полевого транзистора - это напряжение затвор-исток для транзисторов с изолированным затвором с индуцированным каналом

    Полевой транзистор с управляющим p-n переходом описывается тремя статическими характеристиками:

    1) выходными (стоковыми) характеристиками, при IC=f(Uси) при UЗИ=const;

    2) сток-затворными характеристиками (характеристики передачи), при IC=f(UЗИ) при UСИ=const;

    3) входными (затворные) характеристиками, при IЗ=f(UЗИ) при UСИ=const.

    Наиболее часто на практике используются стоковые характеристики и характеристики передачи. На рисунке 2 приведен пример таких характеристик.

    Рисунок 2 – Статические характеристики полевого транзистора с управляющим p-n переходом и n – каналом

    а) выходные (U’ЗИ  U”ЗИ); б) – характеристики передачи (U’си  U”си )

    Практическое задание

    Для исследования семейства выходных ВАХ полевого транзистора в схеме ОИ может быть использована схема на рисунке 1.3.

    Она содержит источник напряжения затвор-исток Ug, исследуемый транзистор VT, источник питания Ucc, вольтметр Ud для контроля напряжения сток-исток и амперметр Id для измерения тока стока.            

    Рисунок 3– Схема для исследования ВАХ полевого транзистора с управляющим p—n-переходом

    Выходная ВАХ снимается при фиксированных значениях Ug путем изменения напряжения Ud и измерения тока стока Id. Напряжение Ug, при котором ток имеет близкое к нулю значение, называется напряжением отсечки.  

    Располагая характеристиками Id = f(Ud), можно определить крутизну S=dId/dUg, являющуюся одной из важнейших характеристик полевого транзистора как усилительного прибора

    Порядок выполнения работы:

    1. Запустите программу Electronics Workbench.
    2. Подготовьте новый файл для работы. При подготовке файла сохраните его на жестком диске под своей фамилией.
    3. С помощью схемы, показанной на рисунке 1.3 снимите семейство выходных характеристик полевого транзистора при =-l, -0,5, 0, +1, +2, +5 В. Результаты вычислений занесите в таблицу 2.

    Таблица 2. Данные для построения ВАХ полевого транзистора.

    Ug, В

    Ud , мВ

    Id , мА

    -1

    -0,5

    0

    +1

    +2

    +5

    1. По этим характеристикам определите напряжение отсечки и крутизну выходной характеристики в начальной области и в области насыщения.

    Контрольные вопросы:

    1. Перечислить основные параметры полевых транзисторов.
    2. Перечислить статические характеристики полевых транзисторов.
    3. Объяснить назначение полевых транзисторов.



    Предварительный просмотр:

    ПР№8-Изучение принципа действия генераторов.                                                                                                                                                

    Практическая работа №8

    Тема: «Изучение принципа действия генераторов»

    Цель: построение схемы и изучение принципа работы генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН).

    Указания по выполнению работы:

    1. Выполнить индивидуальное задание на актуализацию.

    2. Ознакомиться с основными теоретическими положениями.

    2. Дать определение линейно изменяющемуся напряжению и привести его основные параметры

    3. Описать назначение и принцип действия ГЛИН.

    4. Выполнить практическое задание.

    5. Составить отчет о работе. Сделать выводы. Ответить на контрольные вопросы.

    Основные теоретические сведения

    Линейно изменяющимся (иначе – пилообразным) напряжением называют напряжение, которое в течение рабочего цикла изменяется линейно от некоторого начального уровня и быстро возвращается в исходное состояние.

    Напряжение такой формы широко используется в технике в качестве напряжения развертки в осциллографах, телевизорах и телекамерах, а также для формирования радиоимпульсов с линейной частотной модуляцией.

    Устройства, формирующие напряжение такой формы, называют генераторами линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Для получения линейно изменяющегося напряжения на вход ГЛИН требуется подавать прямоугольные импульсы. Линейно изменяющееся напряжение характеризуется следующими параметрами (рис. 1):

    – длительностью прямого хода Тп.х;http://www.studfiles.ru/html/2706/253/html_AJc0J9bE26.3bHa/htmlconvd-lHnd5O_html_4bbbb7e.png

    – длительностью обратного хода То.х;

    – амплитудой выходного напряжения Umax;

    – начальным уровнем U(часто принимают U= 0);

    – средней скоростью прямого хода vср = Umax/ Тп.х;

    – коэффициентом нелинейности ξ, характеризующим изменение скорости прямого хода в начале и в конце прямого хода: ξ =(vн – vк)/ vн, где vн и vк – скорости, соответственно, в начале и в конце прямого хода.

    Наиболее простым является ГЛИН, выполненный по схеме, приведенной на рис. 2:

    Транзистор работает в ключевом режиме. При отрицательной полярности подаваемого на вход прямоугольного импульса транзистор закрыт и емкость С2 медленно заряжается через высокоомное коллекторное сопротивление R2. Когда полярность входного импульса на короткое время изменяется на положительную, емкость быстро разряжается через открывающийся транзистор. Емкость С1 выполняет функцию разделительного конденсатора, а сопротивление R1 задает постоянное смещение на базу транзистора.

    Практическое задание

    Порядок выполнения работы:

    1. Запустите программу Electronics Workbench.
    2. Подготовьте новый файл для работы. При подготовке файла сохраните его на жестком диске под своей фамилией.
    3. Соберите схему ГЛИН, изображенную на рисунке 3.

    http://adito.ru/images/pic49.gif

    Рисунок 3 – Генератор линейно изменяющегося напряжения на биполярном транзисторе 

    1. Установите значения параметров элементов в соответствии со схемой.
    2. Установите параметры функционального генератора в соответствии с рисунком 4.

    http://adito.ru/images/pic50.gif
    Рисунок 4 – Настройка функционального генератора

    1. Включить схему .
    2. Разверните и настройте осциллограф, изменяя чувствительность и длительность развертки. На экране можно наблюдать изменение выходного сигнала

    http://adito.ru/images/pic51.gif

    1.  Изменяя параметры схемы пронаблюдайте за изменением выходного напряжения. Результаты занесите в таблицу:


    Предварительный просмотр:

    ПР№9-Изучение принципа действия операционных усилителей (ОУ)                                                                                                                                    

    Практическая работа №9

    Тема: «Изучение принципа действия операционных усилителей (ОУ)».

    Цель: 

    • изучить устройство ОУ;
    • классифицировать устройства, реализованных на ОУ;
    • измерить входные токи ОУ.

    Указания по выполнению работы:

    1. Выполнить индивидуальное задание на актуализацию.

    2. Ознакомиться с основными теоретическими сведениями на стр.71-76 учебника С.А.Богомолова «Основы электроники и цифровой схемотехники».

    3. Дать определение, зарисовать УГО и перечислить основные параметры ОУ.

    4. Составить классификацию устройств, реализованных на ОУ.

    5. Выполнить практическое задание.

    6. Составить отчет о работе. Сделать выводы. Ответить на контрольные вопросы.

    Практическое задание

    Порядок выполнения работы:

    1. Запустите программу Electronics Workbench.
    2. Подготовьте новый файл для работы. При подготовке файла сохраните его на жестком диске под своей фамилией.
    3. Измерить входные токов ОУ. Для этого необходимо:
    1. собрать схему:

    схема измерения входных токов операционного усилителя

    Схема для измерения входных токов ОУ.

    1. включить схему .
    2. измерить входные токи и заполнить таблицу:

    Ток неинвертирующего входа

    I1изм =

    Ток инвертирующего входа

    I2изм =

    Средний входной ток

    Iвх.ср. =

    Разность входных токов

    ΔIвх. =

    Контрольные вопросы:

    1. Какую роль в ОУ выполняет входной каскад?
    2. Какую роль в ОУ выполняют промежуточные каскады?
    3. Какую роль в ОУ выполняет выходной каскад?


    Предварительный просмотр:

    ПР№10-Изучение принципа действия сглаживающих фильтров и их характеристик                                                                                                            

    Практическая работа №10

    Тема: «Изучение принципа действия сглаживающих фильтров и их характеристик».

    Цель: 

    • изучить устройство и принцип действия RC-фильтров нижних и верхних частот;
    • классифицировать фильтры по различным признакам.

    Указания по выполнению работы:

    1. Выполнить индивидуальное задание на актуализацию.

    2. Ознакомиться с основными теоретическими сведениями на стр.77-83 учебника С.А.Богомолова «Основы электроники и цифровой схемотехники».

    3. Дать определение и перечислить основные параметры фильтров.

    4. Составить классификацию фильтров по различным признакам.

    5. Выполнить практическое задание.

    6. Составить отчет о работе. Сделать выводы.

    Практическое задание

    Порядок выполнения работы:

    Запустите программу Electronics Workbench.

    1. Исследование характеристик RC-фильтра нижних частот.

    RC- фильтр нижних частот, представленный на рисунке 1, имеет следующие характеристики:

    - комплексная передаточная характеристика фильтра:

                                            (1)

    - амплитудно-частотная характеристика фильтра:

                                                     (2)

    - фазочастотная характеристика фильтра:

    ;                                (3)

    -   граничная частота:

    .                                                        (4)

    1

    Рисунок 1. RC- фильтр нижних частот

    1.1 Соберите схему RC- фильтра нижних частот. К входу схемы подключите генератор низкочастотных гармонических колебаний, а к выходу - осциллограф.

    1.2. Используя выражение (4), определите граничную частоту фильтра fгр.

    Установите частоту входного сигнала, равную 0,25 fгр, амплитуду 5 – 10 В и измерьте амплитуду сигнала на выходе фильтра. Результат измерения запишите в таблицу 1.

    Таблица 1

    Частота

    Параметр

    0,25fгр, КГц

    0,5fгр, КГц

    0,75fгр, КГц

    1 fгр,

    КГц

    1,25fгр, КГц

    1,5fгр, КГц

    1,75fгр, КГц

    2 fгр, КГц

    Uвх [B]

    Uвых [B]

    K(f) = Uвых/ Uвх

    K(f)/Kmax

    α(f)э = 20 lg 1/K(f)

    α(f)p = 20 lg 1/K(f)p

    Изменяйте частоту входного сигнала с дискретностью 0,25 fгр, заполните 1 и 2 строки таблицы 1.

    1.3. Рассчитайте по формулам, приведенным в таблице 1, частотные зависимости K(f), , α(f)э и запишите расчетные значения в соответствующие строки таблицы.

    1.4. Используя выражение (2), рассчитайте α(f)р  по формуле, приведенной в последней строке таблицы 1, и заполните эту строку.

    1.5. По данным таблицы 1 постройте расчетные и экспериментальные графики частотной зависимости коэффициента затухания фильтра α(f). На уровне 3 дБ определите граничную частоту fгр и сравните ее с расчетной частотой, полученной ранее.

    2. Исследование характеристик RC-фильтра верхних частот.

    RC-фильтр верхних частот, представленный на рисунке 2, имеет следующие характеристики:

    - комплексная передаточная характеристика фильтра:

                                            (5)

    - амплитудно-частотная характеристика фильтра:

                                            (6)

    - граничная частота:

                                                                                (7)

    -  фазочастотная характеристика фильтра:

    .                                                (8)

    1

    Рисунок 2. RC-фильтра верхних частот

    2.1. Соберите схему RC-фильтра верхних частот. К входу схемы подключите генератор низкочастотных гармонических колебаний, а к выходу - осциллограф.

    2.2. Используя выражение (7), определите граничную частоту фильтра fгp.

    Установите частоту входного сигнала, равную 0,25 fгp, амплитуду 5 - 10 В и измерьте амплитуду сигнала на выходе фильтра. Результат измерения запишите в таблицу 2.

    Таблица 2

    Частота

    Параметр

    0,25fгр, КГц

    0,5fгр, КГц

    0,75fгр, КГц

    1 fгр,

    КГц

    1,25fгр, КГц

    1,5fгр, КГц

    1,75fгр, КГц

    2 fгр, КГц

    Uвх [B]

    Uвых [B]

    K(f) = Uвых/ Uвх

    K(f)/Kmax

    α(f)э = 20 lg 1/K(f)

    α(f)p = 20 lg 1/K(f)p

    Изменяйте частоту входного сигнала с дискретностью 0,25 fгp, заполните 1 и 2 строки таблицы 2.

    2.3. Используя выражения, приведенные в таблице 2, рассчитайте частотные зависимости K(f), , α(f)p и запишите полученные результаты в соответствующие строки таблицы.

    2.4. Используя выражение (6), рассчитайте по формуле, приведенной в последней строке таблицы 2, частотную зависимость α(f)p и результаты запишите в таблицу.

    2.5. По данным таблицы 2 постройте расчетные и экспериментальные графики частотной зависимости коэффициента затухания фильтра α(f). На уровне 3 дБ определите граничную частоту fгp и сравните ее с частотой, рассчитанной ранее.



    Предварительный просмотр:

    Практическая работа № 11

    Тема: «Изучение форм сигналов и их параметров: низкий и высокий логические уровни, частота повторения, фронт, срез»

    Цель:

    • изучить основные виды сигналов, их формы;
    • изучить основные параметры импульсного сигнала: низкий и высокий логические уровни, частота повторения, фронт, срез.

    Указания по выполнению работы:

    1. Ознакомиться с основными теоретическими положениями.

    2. Составить классификацию видов сигналов:

    3. Составить классификационную таблицу «Виды и формы импульсов»:

    характеристика

    форма

    полярность

    4. Зарисовать рисунок реального прямоугольного импульса, охарактеризовать его основные параметры.

    5. Составить отчет о работе. Сделать выводы. Ответить на контрольные вопросы.

    Основные теоретические сведения

    Форма сигналов.

    Сигналом называют физический процесс, несущий информацию.

    Сигналы могут быть звуковыми, световыми, электрическими.

    Информация сосредоточена в изменениях параметров физического процесса. Если параметры процесса не меняются, то не является сигналом. Так, неизменные звук, световой поток, синусоидальное электрическое колебание никакого сообщения не содержат. Наоборот, в изменениях громкости и тона звука, яркости и цвета светового излучения, амплитуды, частоты и фазы электрического колебания запечатлена информация.  Информацией является также появление или окончание, например, звукового сигнала, т.е. его изменения.

    Сигналы на выходе микрофона, предающей телекамеры, различного рода датчиков аналогичны по своему «рисунку» воздействиям на эти устройства – звуковому давлению, распределению освещенности, температуре и т.п. поэтому подобные сигналы называются аналоговыми. Между минимальным и максимальным значениями аналоговый сигнал может иметь любое значение. Обычно аналоговые сигналы являются непрерывными. Устройства, в которых действуют такие сигналы, называют аналоговыми.

    Прерывистые кратковременные электрические колебания используются в импульсной технике. ЭВМ созданы на основе импульсной техники. Эта техника также является составной частью радиоэлектроники, телевидения, многоканальной связи. Причем различная аппаратура содержит узлы, вырабатывающие импульсы различной формы. Кроме этого, прерывистость импульсных колебаний дает возможность осуществить многоканальную связь. Используя один канал, импульсы, передающие одно сообщение, размещаются в паузах между импульсами, передающими другое сообщение. Устройства, в которых действуют электрические импульсы, называют импульсными.

    Электрическим импульсом называют отклонение напряжения или тока от некоторого постоянного уровня (в частности, от нулевого), наблюдаемое в течение времени, которое меньше или сравнимо с длительностью переходных процессов в схеме.

    Существуют два вида импульсов:

    • видеоимпульсы (получившие свое название из телевидения, где они широко используются);
    • радиоимпульсы.

    Видеоимпульсы получают при коммутации цепи постоянного тока. Наиболее часто используют видеоимпульсы прямоугольной (рис.1а), трапецеидальной (рис.1б), экспоненциальной (остроконечной) (рис.1в), пилообразной (рис.1г) и треугольной (рис.1д) форм.

    Различают видеоимпульсы положительной (рис.1а,б,г,д) и отрицательной (рис.1в) полярности, а также двусторонние – разнополярные импульсы (рис.1е). Следует иметь в виду, что реальные импульсы не имеют формы, строго соответствующей названию.

    Радиоимпульсы (рис.2) представляют собой кратковременные посылки синусоидального напряжения или тока. Они снимаются с выхода высокочастотного генератора, который управляется (моделируется) видеоимпульсами. Поэтому форма огибающей радиоимпульсов соответствует форме модулирующих видеоимпульсов. Радиоимпульсы – результат модуляции амплитуды высокочастотного колебания прямоугольными видеоимпульсами.

    Импульсное колебание, параметры которого изменяются в соответствии с передаваемой информацией, является сигналом. Такой сигнал относят к аналоговым, т.к. в диапазоне своих изменений он может принимать любое значение. Импульсный сигнал называют дискретным, так как он составляется элементами – импульсами, действующими в отдельные (дискретные) моменты времени. Эти импульсы являются выборками (отсчетами) непрерывного сигнала. Процесс взятия отсчетов называется дискретизацией непрерывного сигнала, а их период -  период дискретизации. Вместо передачи непрерывного сигнала можно передавать соответствующий ему дискретный сигнал. В основе этого утверждения лежит теорема отсчетов, сформулированная и доказанная советским академиком В.А. Котельниковым.

    Параметры сигнала: низкий и высокий логические уровни, частота повторения, фронт, срез.

    Введем понятие об основных параметрах сигналов (импульсов) на примере реального прямоугольного импульса:

    Длительность. 

    За активную длительность импульса tиа принимают промежуток времени, измеренный на уровне, соответствующем половине амплитуды. 

    Иногда длительность сигналов определяют на уровне 0,1Um (0,1Im) или по основанию импульса. В дальнейшем, длительность импульса будем определять по основанию и обозначать tи (см.рис.1). Длительность импульса выражается в  единицах времени: секундах (с), миллисекундах (мс=10-3с), микросекундах (мкс=10-6с) и наносекундах (нс=10-9с).

    Амплитуда. 

    Наибольшее значение напряжения или тока импульса данной формы является амплитудой Um (Im). 

    Амплитуда импульса Um (Im) выражается в вольтах (В), киловольтах (кВ=103В), милливольтах (мВ=10-3В) и микровольтах (мкВ=10-6В) (или амперах (А), миллиамперах (мА) и микроамперах (мкА)).

    Длительность и крутизна фронта импульса.

    Импульс имеет передний фронт и срез, последний также называют задним фронтом.

    Длительность переднего фронта импульса определяется временем нарастания импульса, а длительность среза – временем спада импульса.

    Наиболее часто пользуются понятием активной длительности фронта tф, за которую принимают время нарастания импульса от 0,1Um  до 0,9Um; аналогично, длительность среза tс – время спада импульса от 0,9Um до 0,1Um.

    Обычно длительность tф  и tс составляет единицы процентов от длительности импульса. Чем меньше tф  и tс по сравнению с tи, тем больше форма импульса приближается к прямоугольной.

    Иногда вместо tф  и tс фронты импульса характеризуют  крутизной фронта (среза) и выражают в вольтах в секунду (В/с), киловольтах в секунду (кВ/с). Участок импульса между фронтами называют  плоской вершиной. На рисунке показан спад плоской вершины (ΔU), а также отрицательный выброс.

    Период повторения импульсов. Импульсы, повторяющиеся через разные промежутки времени, образуют периодическую последовательность.

    Промежуток времени между началом двух соседних однополярных импульсов (рис.1а) называют периодом повторения (следования) импульсов T.

    Он выражается в единицах времени: с, мс, мкс.

    Величину, обратную периоду повторения, называют частотой повторения (следования) импульсов f.

    Она определяет количество периодов в течение 1с и выражается в герцах (Гц), килогерцах (кГц) и т.д.

    Контрольные вопросы:

    1. Что называется сигналом? Привести примеры.

    2. Какой процесс может называться информационным?

    3. Какие устройства называются аналоговыми?

    4. Что такое электрический импульс?

    5. На какие виды делят электрические импульсы, чем они отличаются друг от друга?

    6. Почему импульсный сигнал называется дискретным?



    Предварительный просмотр:

    Практическая работа № 12

    ТЕМА: Взаимосвязь между системами счисления, перевод чисел из одной системы счисления в другую. Арифметические действия над числами двоичной системы счисления.

     ЦЕЛЬ: Выработать первичные навыки работы с системами счисления.

    Теоретические сведения.

    Система счисления – это совокупность правил для обозначения и наименования чисел.

    Непозиционной называется такая система счисления, в которой количественный эквивалент каждой цифры не зависит от ее положения (места, позиции) в записи числа.

    Основанием системы счисления называется количество знаков или символов, используемых для изображения числа в данной системе счисления.

    Наименование системы счисления соответствует ее основанию (например, десятичной называется система счисления так потому, что ее основание равно 10, т.е. используется десять цифр).

    Система счисления называется позиционной, если значение цифры зависит от ее места (позиции) в записи числа.

    Системы счисления, используемые в компьютерах.

    Двоичная система счисления. Для записи чисел используются только две цифры – 0 и 1. Выбор двоичной системы объясняется тем, что электронные элементы, из которых строятся ЭВМ, могут находиться только в двух хорошо различимых состояниях. По существу, эти элементы представляют собой выключатели. Как известно выключатель либо включен, либо выключен. Третьего не дано. Одно из состояний обозначается цифрой 1, другое – 0. Благодаря таким особенностям двоичная система стала стандартом при построении ЭВМ.

    Двоичная система счисления имеет ряд преимуществ перед другими системами:

    • для ее реализации нужны технические устройства с двумя устойчивыми состояниями (есть ток — нет тока, намагничен — не намагничен и т.п.);
    • представление информации посредством только двух состояний надежно и помехоустойчиво;
    • возможно применение аппарата булевой алгебры для выполнения логических преобразований информации;
    • двоичная арифметика намного проще десятичной.

    Недостаток двоичной системы — быстрый рост числа разрядов, необходимых для записи чисел.

    Восьмеричная система счисления. Для записи чисел используется восемь  чисел  0,1,2,3,4,5,6,7.

    Шестнадцатеричная система счисления. Для записи чисел в шестнадцатеричной системе необходимо располагать шестнадцатью символами, используемыми как цифры. В качестве первых десяти используются те же, что и в десятичной системе. Для обозначения остальных шести цифр (в десятичной они соответствуют числам 10,11,12,13,14,15) используются буквы латинского алфавита – A,B,C,D,E,F.

    Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления используются при составлении программ на языке машинных кодов для более короткой и удобной записи двоичных кодов — команд, данных, адресов и операндов.

    Перевод чисел из одной системы счисления в другую.

    Перевод чисел из любой системы счисления в десятичную.

    Правило: Для того чтобы число из любой системы счисления перевести в десятичную систему счисления, необходимо его представить в развернутом виде и произвести вычисления.

    Пример 1. Перевести число 1101102 из двоичной системы счисления в десятичную.

    Решение:

           5  4  3  2  1 0

           1  1  0  1  1 0 2 = 1*25 + 1*24 + 0*23+1*22+1*21+0*20 =32+16+4+2=5410

    Ответ: 1101102 = 5410

    Пример 2. Перевести число 101,012 из двоичной системы счисления в десятичную.

    Решение:

           2  1  0 -1 -2

          1   0  1, 0  1  2 = 1*22 + 0*21 + 1*20+0*2-1+1*2-2 =4+0+1+0+0,25=5,2510

    Ответ: 101,012 = 5,2510

    Пример 3. Перевести число 2Е16 в десятичную систему счисления.

    Решение:

           2  1

      2  Е16 = 2*161 +14*160 = 32 +14 = 4610.

    Ответ: 16 = 4610.

    Перевод целых чисел из десятичной системы счисления в другую.

    Правило: перевода целых чисел из десятичной системы счисления в систему с основанием q:

    1. Последовательно выполнять деление исходного числа и получаемых частных  на q  до тех пор, пока не получим частное, меньшее делителя.
    2. Полученные при таком делении остатки – цифры числа в системе счисления q – записать в обратном порядке (снизу вверх).

     Пример 1. Перевести 2610 в двоичную систему счисления. А10→А2

    Решение:

                                                                               Ответ: 2610=110102

    Пример 2. Перевести 362710 в шестнадцатеричную систему счисления. А10→А16

    Решение:                                          Т.к. в шестнадцатеричной системе счисления 14 – Е,

                                                                               а 11 – В, то получаем ответ Е2В16. 

        Ответ: 362710=E2B16

    Перевод чисел из двоичной системы счисления в восьмеричную и

    шестнадцатеричную системы счисления.

    Перевод целых чисел.

    Правило: Чтобы перевести целое двоичное число в восьмеричную (8=23) систему счисления необходимо:

    1. разбить данное число справа налево на группы по 3 цифры в каждой;
    2. рассмотреть каждую группу и записать ее соответствующей цифрой восьмеричной системы счисления.

    Пример 1. Перевести число 111010102 в восьмеричную систему счисления.

    Решение:

    11101010

    3    5   2

    Ответ: 111010102 = 3528

    Пример 2. Перевести число 111100000101102 в восьмеричную систему счисления.

    Решение:

    111 110 000 010 110

    7     6     0     2     6

               Ответ: 111100000101102= 760268

    Правило: Чтобы перевести целое двоичное число в шестнадцатеричную (16=24) систему счисления необходимо:

    1. разбить данное число справа налево на группы по 4 цифры в каждой;
    2. рассмотреть каждую группу и записать ее соответствующей цифрой шестнадцатеричной системы счисления.

    Пример 1.Перевести число 111000102 в шестнадцатеричную систему счисления.

    Решение:

    1110 0010

       Е       2

                                                   Пример 1. 111000102 = Е216

    Перевод чисел из восьмеричной и шестнадцатеричной систем счисления

    в двоичную систему счисления.

    Правило: Для того, чтобы восьмеричное (шестнадцатеричное) число перевести в двоичную систему счисления, необходимо каждую цифру этого числа заменить соответствующим числом, состоящим из 3 (4) цифр двоичной системы счисления.

    Пример 1. Перевести число 5238  перевести в двоичную систему счисления.

    Решение:

     5      2     3

    101 010 011

    Ответ: 5288 = 1010100112

    Пример 2. Перевести число 4ВА3516 в двоичную систему счисления.

    Решение:

     4      В       А       3       5    

    100 1011 1010 0011 0101  

                      Ответ: 4ВА3516 = 100 1011 1010 0011 01012

    Математические операции в различных системах счисления

    Сложение

    Сложение чисел 15 и 6 в различных системах счисления


    Ответ: 15+6 = 2110 = 101012 = 258 = 1516

    Вычитание

    Вычитание чисел 45 и 18 в различных системах счисления

    Десятичная: 45101810      Двоичная: 1011012100102                Восьмеричная: 558228

            1                                                1      1                                                                                Заем

    45                                      101101                                            55

             18                                        10010                                            22

            27                                        11011                                            33  

    Ответ: 45–18 = 2710 = 110112 = 338 

    Умножение

    Перемножим числа 115 и 51

    Ответ: 115 . 51 = 586510 = 10110111010012 = 133518.

    Задание 1. (4 балла)

    1. Составить в тетради таблицу соответствия систем счисления от 0 до 30

    Десятичная

    Двоичная

    Восьмеричная

    Шестнадцатеричная

    0

    0

    0

    0

    1

    1

    1

    1

    2

    10

    2

    2

    3

    11

    3

    3

    4

    100

    4

    4

    30

    11110

    36

    1. Перевести десятичные числа Х, Y и Z в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления.

    Задание 2. (по вариантам)

    (6 баллов)

    1. Произвести сложение чисел А и B в двоичной, восьмеричной и шестнадцатиричной системах счисления. Порядок действий и ответы записать в тетрадь.
    2. Произвести вычитание чисел C и D в двоичной, восьмеричной и шестнадцатиричной системах счисления. Порядок действий и ответы записать в тетрадь.
    3. Перевести числа K, L, M и N в двоичную систему счисления и выполнить произведение K и L, M и N в двоичной системе счисления. Порядок действий и ответы записать в тетрадь.

    Варианты заданий:

    Вариант 1

    A=75

    B=24

    C=6

    K=1238

    L=2348

    M=5016

    N=4В16

    X=10

    Y=39

    Z=129

    Вариант 2

    A=64

    B=23

    C=5

    K=3128

    L=2438

    M=5216

    N=5А16

    X=11

    Y=38

    Z=127

    Вариант 3

    A=55

    B=22

    C=4

    K=2318

    L=4328

    M=5416

    N=6С16

    X=12

    Y=37

    Z=125

    Вариант 4

    A=46

    B=21

    C=3

    K=1328

    L=4238

    M=5616

    N=7D16

    X=13

    Y=36

    Z=123

    Вариант 5

    A=37

    B=19

    C=2

    K=2138

    L=3248

    M=5816

    N=8E16

    X=14

    Y=35

    Z=139

    Вариант 6

    A=28

    B=25

    C=1

    K=3218

    L=3428

    M=6016

    N=9F16

    X=15

    Y=34

    Z=137

    Контрольные вопросы:

    1. Что такое система счисления?
    2. Что такое основание системы счисления?
    3. Что такое непозиционная система счисления?
    4. Что такое позиционная система счисления?
    5. Почему в вычислительной технике взята за основу двоичная система счисления?
    6. Каковы правила сложения двоичных чисел?
    7. В чем заключается преимущество восьмеричной или шестнадцатеричной системы по сравнению с двоичной?



    Предварительный просмотр:

    ПРАКТИЧЕСКАЯ  РАБОТА № 13

    Тема: Схемотехнические основы ЭВМ.

    Цель работы: научить читать схемы, состоящие из операционных узлов.

    Порядок выполнения  работы:

    Задание № 1.  Описать схему: перечислить и описать входящие в нее элементы.

    Задание № 2.  Описать путь прохождения единичного сигнала.

    Задание № 3.  Определить выходящую информацию по входным кодовым сигналам. Полученные результаты преобразовать в десятичную систему счисления.

    Реализация логических функций

    Техническая реализация логической функции предполагает построение цифрового устройства, сигналы на выходе которого определяются сигналами на его входах в соответствии с этой функцией. Для построения цифрового устройства достаточно иметь элементы, реализующие три основные логические операции И, ИЛИ и НЕ. На практике также используют элементы, выполняющие другие простейшие логические операции. Такие элементы называют логическими.

    Если соединить логические элементы в соответствии со структурой выражения для логической функции, то получим цифровое устройство, реализующее заданную логическую функцию.

    Логический элемент может быть реализован в виде интегральной схемы. Часто интегральная схема, содержит несколько логических элементов.

    В таблице приведены примеры условных графических обозначений некоторых логических элементов, булево выражение реализуемой логической функции и их таблицы истинности.

    Предположим, что имеется логическая функция вида F = X1X2 + X1X3 + X2X3

    По этому выражению можно построить устройство, схема которого приведена на рис. 2.

    При проектировании цифрового устройства рекомендуется поступать следующим образом:

    1. По условию работы устройства определяется, что именно должно делать устройство, и уточняется алгоритм его работы.

    2. Составляется таблица истинности для логической функции, реализуемой устройством.

    3. Составляется логическая функция и проводится ее минимизация.

    4. Разрабатывается схема проектируемого устройства.

    x

    y

    F

    0

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    0

    1

    1

    1

    Пример 1. Требуется спроектировать логическое устройство, на выходе которого появляется сигнал логической «1» (F = 1), если на входах устройства будет логический «0» (х=0, у=0), и, если на входах устройства будет логическая «1» (х=1, у=1).

    Учитывая сказанное, составим таблицу истинности.

    По данной таблице истинности составим логическую функцию

    Полученное логическое выражение может быть реализовано следующим образом:

    Контрольные вопросы:

    1. Какие основные логические элементы вы знаете? Приведите их электрические схемы и таблицы истинности.
    2. В чем их различие?
    3. Для чего они используются?

    ВАРИАНТ 1

     

    1. Х1=1, Х2=0, Х3=1.

    _____________________________________________________________________________

    1. Х1=1, Х2=0, Х3=1.

    _____________________________________________________________________________

    ВАРИАНТ 2

    1. Х1=1, Х2=1, Х3=0.

    _____________________________________________________________________________

    1. Х1=1, Х2=1, Х3=0.


    ВАРИАНТ 3

     

    1. Х1=1, Х2=1, Х3=0.

    _____________________________________________________________________________

    2) Х1=1, Х2=0, Х3=1.

    _____________________________________________________________________________

    ВАРИАНТ 4

     1) Х1=0, Х2=1, Х3=0.

    _____________________________________________________________________________

    2) Х1=1, Х2=1, Х3=0.



    Предварительный просмотр:

    Практическая работа № 14«Изучение мультиплексоров и демультиплексоров: назначение, виды, структура, таблицы истинности, применение»          

    Практическая работа № 14

    Тема: «Изучение мультиплексоров и демультиплексоров: назначение, виды, структура, таблицы истинности, применение»

    Цель:

    • изучить основные виды мультиплексоров и демультиплексоров;
    • составить таблицы истинности мультиплексоров и демультиплексоров;
    • ознакомиться с устройством мультиплексоров и демультиплексоров.

    Указания по выполнению работы:

    1. Ознакомиться с основными теоретическими положениями.

    2. Изучить функциональную схему и описать принцип действия мультиплексора.

    3. Составить таблицу истинности:

    х1

    х2

    у

    0

    0

    0

    1

    1

    0

    1

    1

    4. Изучить функциональную схему и описать принцип действия демультиплексора, используя его таблицу истинности.

    5. Составить отчет о работе. Сделать выводы. Ответить на контрольные вопросы.

    Основные теоретические сведения

    Мультиплексоры и демультиплексоры (MUX и DEMUX в англоязычном сокращении) представляют собой довольно распространенные компоненты в цифровой электронике. Понимание происходящих в них логических процессов позволят лучше понимать схемы с их участием и разрабатывать более сложные электронные устройстваМультиплексоры и демультиплексоры

    Мультиплексоры и демультиплексоры работают противоположно друг другу, но в соответствии с одним и тем же принципом. Они состоят из информационных входов, информационных выходов и коммутатора (селектора).

    На изображении ниже схематично представлены мультиплексор и демультиплексор.Мультиплексоры и демультиплексоры

    Мультиплексор имеет несколько информационных входов. Коммутатор мультиплексора выбирает, какой из этих входов нужно использовать и подключает его к информационному выходу, который у мультиплексора только один. Эту ситуацию можно сравнить с тем, если бы вам куча людей хотела бы сказать что-то свое, но за один раз вы можете выслушать только одного.

    Демультиплексор, наоборот, имеет только один информационный вход, и коммутатор подключает его к какому-то одному информационному выходу в каждый момент времени. То есть, это так же, как если бы вы хотели сказать что-то толпе людей, но за каждый момент времени вы можете сказать это только одному человеку из этой толпы.

    Существуют также микросхемы, которые объединяют в себе функции мультиплексоров и демультиплексоров. В англоязычном варианте они обычно обозначаются MUX/DEMUX. Также они могут называться двунаправленными мультиплексорами или же просто коммутаторами. Они позволяют сигналу передаваться в обоих направлениях. Так что не только вы можете поговорить с кем-то, но и кто-то из толпы может поговорить с вами в определенный момент времени.

    Существуют как цифровые, так и аналоговые мультиплексоры. Цифровые представляют собой логические коммутаторы, у которых на выходе будет то же напряжение, что и напряжение питания. Аналоговые же подключают к выходу напряжение выбранного входа.

    Принцип мультиплексирования и демультиплексирования использовали на заре развития телефонии в начале прошлого века. Тогда человек, который хотел позвонить своему товарищу, брал телефонную трубку и ждал ответа оператора. Это мультиплексорная часть, поскольку в определенный момент времени оператор из множества выбирает линию, на которой «сидит» этот человек. Человек сообщает, что хочет поговорить с товарищем, номер которого 12345. Это уже коммутаторная часть, здесь оператор получает номер (адрес). Далее он подключает разъем, к каналу товарища. Это демультиплексорная часть. Здесь одна линия из множества каналов соединяется только с одним.

    Мультиплексоры и демультиплексоры помогут вам решить задачу с расширением количества входных или выходных линий, если число GPIO вашего микроконтроллера слишком мало. Если у вас в проекте предусмотрено много датчиков, то вы можете подключить их к мультиплексору. Выход мультиплексора затем нужно подключить к АЦП и переключая адреса линий последовательно считывать данные с датчиков.

    Таким образом, эти устройства представляют собой большую ценность для цифровой электроники. Их правильное применение может значительно упростить проект.

    1. МУЛЬТИПЛЕКСОР

    Мультиплексор (МS) это функциональный узел, осуществляющий подключение (коммутацию) одного из нескольких входов к выходу у. На выход такого устройства передаётся логический уровень того информационного разряда, номер которого в двоичном коде задан на адресных входах х1 и х2. Условное изображение мультиплексора на четыре входа и возможный вариант его структурной схемы показаны на рис. 1, а и б.

    При х1 = 0 и х2 = 0, у = а; при х1 = 0 и х2 = 1, у = b; при х1 = 1 и х2 = 0,     у = c и при х1 = 1 и х2 = 1, у = d.

    Функционирование мультиплексора описывается выражением

    Вход Е – разрешающий: при Е = 1 мультиплексор работает как обычно, при Е = 0 выход узла находится в неактивном состоянии, мультиплексор заперт. Серийные узлы выпускаются с числом адресных входов п = 2, 3 и 4 при возможном числе 2п коммутируемых входов. При необходимости коммутировать большее количество входов используют несколько мультиплексоров. Мультиплексоры находят широкое применение в устройствах отображения информации в различных устройствах управления.

    Так как мультиплексор может пропустить на выход сигнал с любого информационного входа, адрес которого установлен на соответствующих адресных входах, то на основе мультиплексоров реализуют логические функции, подавая на информационные входы логические 1 или 0 в соответствии с таблицей переключений, а на адресные входы – аргументы функции.

     2. ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОР

    Демультиплексор (DMS) выполняет функцию, обратную функции мультиплексора, т. е. производит коммутацию одного входного сигнала на 2n выходов, где n – число адресных входов хi. Он осуществляет преобразование информации из последовательной формы (последовательно-параллельной) в параллельную. Демультиплексор имеет один информационный вход D и несколько выходов, причем вход подключается к выходу уi, имеющему заданный адрес.

    В качестве примера на рис. 2,а дано условное графическое обозначение демультиплексора, имеющего четыре выхода, закон функционирования которого задан (табл. 2). Пользуясь табл. 2, запишем переключательные функции для выхода устройства:

    Функциональная схема демультиплексора, реализующая эти выражения, приведена на рис. 2, б.

                       Т а б л и ц а  2

    1

    0

    0

    0

    0

    0

    1

    1

    0

    1

    0

    0

    1

    0

    1

    1

    0

    0

    1

    0

    0

    1

    1

    1

    1

    0

    0

    0

    Объединяя мультиплексор с демультиплексором, получают комбинационное устройство, в котором по заданным адресам один из входов подключается к одному из его выходов (рис. 3).

    Контрольные вопросы:

    1. Объяснить, похожесть и различие мультиплексоров и демультиплексоров на принципе мультиплексирования и демультиплексирования.
    2. Зарисовать устройство, которое объединяет в себе функции мультиплексоров и демультиплексоров и объяснить его функциональную особенность.
    3. Составить классификацию мультиплексоров и демультиплексоров.



    Предварительный просмотр:

    Практическая работа № 15«Изучение ОЗУ: структурная схема и принцип действия»                                                                                                              

    Практическая работа № 15

    Тема: «Изучение ОЗУ: структурная схема и принцип действия»

    Цель:

    • ознакомиться с основными типами запоминающих устройств (ЗУ);
    • изучить типичную структурную схему ОЗУ;
    • изучить принцип действия ОЗУ.

    Указания по выполнению работы:

    1. Ознакомиться с основными теоретическими сведениями.
    2. Изучив §6.1 учебника Богомолова С.А. «Основы электроники и цифровой схемотехники» составить классификацию типов ЗУ с описанием их назначения.
    3. Дать определение и зарисовать УГО ОЗУ.
    4. Изучив §6.2 учебника Богомолова С.А. «Основы электроники и цифровой схемотехники» зарисовать структурную схему и описать принцип действия ОЗУ.
    5. Заполнить таблицу «Типы оперативной памяти DDR»:

    Тип DDR

    Основные характеристики

    Применение

    1. Составить отчет о работе. Сделать выводы. Ответить на контрольные вопросы.

    Основные теоретические сведения

    Запоминающие устройства (ЗУ) служат для хранения информации и обмена ею с другими частями вычислительной машины или системы.

    Их можно классифицировать по роли в системе и механическому исполнению.

    В зависимости от назначения ЗУ можно разделить на три крупных класса:

    1) внутренняя память;

    2) буферная память;

    3) внешняя память.

    Устройства внутренней памяти непосредственно участвуют в процессе преобразования информации, обмениваясь данными с процессором ЭВМ или вычислительной системы.

    Внешняя память содержит большие массивы информации, хранит их в течение длительного времени и обменивается данными с внутренней памятью.

    Буферные ЗУ предназначены для промежуточного хранения данных при обмене между внешней и внутренней памятью.

    К основным техническим характеристикам ЗУ относятся:

    1. ёмкость ЗУ или максимально возможный объем хранимой информации; ёмкость ЗУ обычно измеряют в Кбитах (1024 бита);
    2. организация ЗУ - количество и разрядность хранимых слов; например, указание емкости ЗУ в виде 8Кх8 означает, что в ЗУ емкостью 64 Кбит хранится 8 К слов по 8 разрядов;
    3. быстродействие ЗУ оценивается временем считывания, записи и обращения.

    Временем считывания называется интервал времени между появлением сигнала считывания и моментом появления информации на выходе

    Временем записи называют время от момента появления сигнала записи до ее завершения

    Обращением к ЗУ называют операцию, в результате которой происходит считывание или запись информации

    Временем обращения является интервал между двумя последовательными обращениями к ЗУ.

    Запоминающее устройство состоит из:

    • запоминающего массива;
    • электронного обрамления.

    Запоминающий массив (накопитель) содержит запоминающие элементы (ЗЭ), каждый из которых может принимать состояния логической 1 или логического 0, т. е. хранить один бит информации.

    В запоминающем элементе хранится один разряд записанного двоичного слова; все n-разрядное слово записывается в запоминающих элементах, составляющих ячейку памяти. Ей соответствует определенный адрес, характеризующий положение этой ячейки в накопителе. Запись и считывание слова (обращение к ЗУ) производятся по адресу, которым выбирается определенная ячейка.

    Запоминающие элементы должны обладать двумя устойчивыми состояниями. К числу таких элементов относятся ферромагнитные сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса (магнитные ЗУ) и триггеры (полупроводниковые ЗУ).

    Электронное обрамление содержит, дешифраторы адреса и усилители записи и считывания. Код адреса, поступающий на входы дешифратора, возбуждает один из его выходов; этим разрешается запись слова в определенные ЗЭ или считывание из них.

    Микросхемы ОЗУ (RAM – read and memory ) предназначены для записи и хранения данных, непосредственно участвующих в процессе вычислений, и являются основой для построения сверхоперативной памяти ЭВМ, кэш памяти и блоков основной оперативной памяти. http://gallery.ykt.ru/galleries/reklamachat/2016/06/02/2118695_0.jpg

    Микросхема ОЗУ имеет 16 запоминающих ячеек, каждая из которых может выбираться комбинацией двоичных переменных на четырех адресных входах А0 - АЗ (24=16).

    Ячейка имеет четыре разряда (бита).

    Запись в нее осуществляется по входам D0 – D3 при наличии на входе запись/чтение (W/R) логической 1 (W/R =1), а считывание производится с выходов Q0 – Q3 при W/R = 0.

    Инициализация (ввод в действие, выбор) микросхемы осуществляется логической 1 по входу СS (выборка микросхемы — ВМ). При CS=0 микросхема блокируется.

    Контрольные вопросы:

    1. Описать, для чего служат ЗУ, и как они классифицируются по назначению.
    2. Перечислить основные технические характеристики ЗУ.
    3. Описать устройство ЗУ.



    Предварительный просмотр:

    Практическая работа № 16 «Изучение ПЗУ: структурная схема и принцип действия»                                                                                                              

    Практическая работа № 16

    Тема: «Изучение ПЗУ: структурная схема и способы занесения информации в ПЗУ»

    Цель:

    • изучить типичную структурную схему ПЗУ;
    • изучить принцип действия ПЗУ;
    • ознакомиться с устройством ППЗУ

    Указания по выполнению работы:

    1. Ознакомиться с основными теоретическими сведениями.
    2. Дать определение и зарисовать УГО ПЗУ.
    3. Изучив §6.3 учебника Богомолова С.А. «Основы электроники и цифровой схемотехники» составить классификацию видов ПЗУ по способу занесения информации с описанием способа записи.
    4. Изучив §6.3 учебника Богомолова С.А. «Основы электроники и цифровой схемотехники» зарисовать структурную схему ПЗУ, программируемую пользователем, и описать принцип действия.
    5. Изучив §6.2 учебника Богомолова С.А. «Основы электроники и цифровой схемотехники» охарактеризовать перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ) и объяснить принцип работы элемента памяти с электрической записью информации.
    6. Составить отчет о работе. Сделать выводы. Ответить на контрольные вопросы.

    Основные теоретические сведения

    В микропроцессорных и других цифровых автоматических системах необходима память, которая служила бы источником информации, остающейся неизменной, в том числе и при отключении питания (списки констант таблицы, постоянные программы, микропрограммы и подпрограммы). В таких случаях используются модули памяти, в которых изменить записанную информацию невозможно средствами системы, использующей данный модуль системы.

    Эти модули называют постоянными ЗУ (ПЗУ). Таким образом, ПЗУ (ROM – read-only memory) — это постоянное запоминающее устройство, содержимое которого не может быть заменено микропроцессором в ходе выполнения рабочей программы и сохраняется при снятии питания системы. В процессе обработки информации ПЗУ представляет собой память, работающую только в режиме считывания.

    Применение ПЗУ позволяет достичь большей плотности упаковки информации за счет упрощения запоминающих элементов.

    Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) предназначены для хранения программ, констант, таблиц элементарных функций и т.д.http://www.rukastyi.ru/pictures/092090_l.jpg

    Микросхема ПЗУ содержит 2048 восьмиразрядных ячеек, выбираемых 11-разрядным адресом А0—А10 (211=2048).

    Слово, записанное в ячейку, появляется на восьми выходах Q0-Q7 по сигналу на входе СS - выборка микросхемы.

    Перепрограммируемые ПЗУ имеют в условном обозначении аббревиатуру RPROM.

    Одним из важнейших применений ПЗУ является хранение микропрограмм в микропрограммных управляющих устройствах ЭВМ. Для этой цели необходимы ПЗУ значительно большего, чем в ОП, быстродействия и умеренной емкости (10 000 - 100 000 бит).

    Постоянные ЗУ широко используются для хранения программ в специализированных ЭВМ, в том числе в микроЭВМ, предназначенных для решения определенного набора задач, для которых имеются отработанные алгоритмы и программы, например в бортовых ЭВМ самолетов, ракет, космических кораблей, в управляющих вычислительных комплексах, работающих в АСУ технологических процессов. Такое применение ПЗУ позволяет существенно снизить требования к емкости ОП, повысить надежность и уменьшить стоимость вычислительной установки.

    Очень широко ПЗУ используются в универсальных ЭВМ всех классов для хранения стандартных процедур начальной инициализации вычислительной системы и внешних устройств, например BIOS в PC фирмы IBM. Программное обеспечение контроллеров интеллектуальных внешних устройств ЭВМ обычно также хранится во встроенных ПЗУ.

    Контрольные вопросы:

    1. Области применения ПЗУ.
    2. Объяснить особенности работы ППЗУ.
    3. Объяснить, как осуществляется стирание памяти в ППЗУ.



    Предварительный просмотр:

    Лабораторная работа № 1

    Тема: «Исследование логических элементов»

    Цель: исследование логических элементов «И2», «И-НЕ», «ИЛИ», «ИЛИ-НЕ», «Исключающее ИЛИ»

    Указания по выполнению работы:

    1. Ознакомиться с основными теоретическими положениями.

    2. Изучить функциональные схемы с исследуемыми логическими элементами «И2», «И-НЕ», «ИЛИ», «ИЛИ-НЕ», «Исключающее ИЛИ».

    3. Выполнить работу.

    5. Составить отчет о работе. Сделать выводы. Ответить на контрольные вопросы.

    Отчет должен содержать:

    1) название пункта работы,

    2) исследуемую схему и ее описание,

    3) результат моделирования.

    Основные теоретические сведения

    Все устройства ЭВМ состоят из элементарных логических схем. Работа этих схем основана на законах и правилах алгебры логики или булевой алгебры (по имени английского ученого Буля, который в 40-х годах XIX века разрабатывал основные положения алгебры логики).

    В алгебре логики операции выполняются над логическими высказываниями. Под высказыванием   понимают любое утверждение, в отношении которого имеет место смысл утверждать, истинно оно или ложно.

    Простые высказывания называют логическими переменными, а сложные – логическими функциями этих переменных.

    В алгебре логики переменные обозначают буквами латинского алфавита. Например, A = «Земля плоская», B = «Автомобиль имеет двигатель», Все высказывания оцениваются только по их истинности или ложности. Считают, что высказывание равно1, если оно истинно, и равно 0, если оно ложно. В данном примере А = 0, В = 1.

    Логические переменные содержат одно законченное утверждение, логические функции образуются из двух или большего числа логических переменных, связанных между собой некоторыми логическими связями.

    В ЭВМ для представления логических переменных используют двухпозиционные электронные элементы.

    Построение логических схем ЭВМ обычно осуществляется на основе логических функций, называемых так же переключательной или булевой функцией. Значение переключательной функции X = f (A, B, C,…N) зависит от логических переменных A, B, C,…N.

    Базисом переключательных функций называют систему переключательных функций x, x, x…x, с помощью которой может быть представлена любая функция алгебры логики.

    Образование переключательной функций x из ее логических переменных А, В, С…N осуществляется с помощью основных логических операций НЕ, ИЛИ, И. Электронные схемы, реализующие эти логические операции, называются логическими элементами.

    Логическое отрицание НЕ (инверсия) переменой А есть логическая функция x, которая истинна только тогда, когда ложно А, и наоборот.

    X=

    В алгебре логики любые функции удобно изображать переменных в виде таблицы соответствия всех возможных комбинаций входных логических и выходной логической функции, называемой таблицей истинности.

    Для функции логического отрицания НЕ эта таблица имеет вид:

    А

    0

    1

    X

    1

    0

    Электронная схема, реализующая логическую операцию отрицания, называется инвертор или схема НЕ. Сама функция получила название инверсия.

    Логическое сложение ИЛИ (дизъюнкция ) переменных А и В есть логическая функция x, которая истинна, когда хотя бы одна из входных высказываний истинно:

    X = А+В = А V В

    Элемент, выполняющий дизъюнкцию, называется дизъюнктором.

    А

    0

    0

    1

    1

    В

    0

    1

    0

    1

    X

    0

    0

    0

    1

    Логическое умножение И (конъюнкция) двух переменных А и В есть логическая функция x, которая истинна только тогда, когда одновременно истинны все входные переменные:

    X=А*В=АB        

    Элемент, выполняющий конъюнкцию, называется конъюнктором.

    Необходимо отметить, что символы 0 и 1, никакого отношения к числовому значению сигнала не имеют. Они лишь описывают качественные состояния события, и поэтому к ним не применимы арифметические операции.

    Любое, самое сложное логическое высказывание, в частности, функционирование устройства, электрической цепи и т.д., можно описать используя три логические операции: сложение, умножение, отрицание – которыми могут быть связаны простые высказывания. Эти три операции называют основным базисным или базисными логическими функциями.

    Физическое устройство, реализующее одну из операций алгебры логики или простейшую логическую функцию, называется логическим элементом. Схема, составленная из конечного числа логических элементов по определенным правилам, называется логической. Основным логическим функциям соответствуют выполняющие их схемные элементы. Например, функции f1(x,y) соответствует логическая схема «И», функции f2(x,y) – логическая схема «ИЛИ», функции f3(x,y) – логическая схема «И-НЕ», функции f4(x,y) – логическая схема «ИЛИ-НЕ».

    Так как область определения любой функции n переменных конечна (может принимать 2n значений), то такая функция может быть задана таблицей значений f(x), которые она принимает в точках xi, где i= 0,1, …, 2n-1. Такие таблицы называются таблицами истинности. В таблице представлены значения функций f1(x,y), …, f6(x,y).

    i

    Значения переменных

    Функции

    x

    y

    f1(x,y)

    f2(x,y)

    f3(x,y)

    f4(x,y)

    f5(x,y)

    f6(x,y)

    0

    0

    0

    0

    0

    1

    1

    0

    1

    1

    0

    1

    0

    1

    1

    0

    1

    0

    2

    1

    0

    0

    1

    1

    0

    1

    0

    3

    1

    1

    1

    1

    0

    0

    0

    1

    Последовательность выполнение работы

    1. Исследование логической функции «И»

    1. Смоделировать схему исследования функции «И» (рис.1). Схема содержит исследуемую функцию «И» (U1), два двухпозиционных переключателя (S1, S2), управляемые клавишами А и В (заглавные буквы латинского алфавита), источники сигналов логической единицы (U2,U4), логического нуля (U3,U5), три светодиода (X1, X2, X3), два вольтметра и источник постоянного напряжения 5В (VCC).

    2. Запустить процесс моделирования, нажав кнопку     на панели инструментов, и в появившемся меню выбрать команду Run.

    Лаб11

    Рис. 1. Схема исследования функции «2И»

    3. Подать на входы схемы «И» все возможные комбинации уровней сигналов А и В с помощью переключателей S1 и S2. И для каждой комбинации зафиксировать показания вольтметров и уровни входных сигналов А и В и уровень выходного сигнала Q (логическая единица – соответствующий светодиод  Хi  светится, логический ноль – соответствующий светодиод Хi не светится). Результаты измерений занести в таблицу истинности (табл. 1).

    Таблица 1

    Входы

    Выход
    А

    В

    Q

    0

    0

    0

    1

    1

    0

    1

    1

    2. Исследование логической функции «И-НЕ»

    1. Смоделировать схему исследования функции «2И-НЕ» (рис.2).

    2. Запустить процесс моделирования, нажав кнопку  КнПуск   на панели инструментов, и в появившемся меню выбрать команду Run.

    3. Подать на входы схемы «И-НЕ» все возможные комбинации уровней сигналов А и В с помощью переключателей S1 и S2. И для каждой комбинации зафиксировать показания вольтметров, уровни входных сигналов А и В и уровень  выходного сигнала Q (логическая единица –  соответствующий светодиод  Хi  светится, логический ноль – соответствующий светодиод Хi не светится). Результаты измерений занести в таблицу истинности (табл. 2).

    Лаб12

    Рис. 2. Схема исследования функции  «2И-НЕ»

    Таблица 2

    Входы

    Выход
    А

    В

    Q

    0

    0

    0

    1

    1

    0

    1

    1

    3. Исследование логической функции «ИЛИ»

    1. Смоделировать схему исследования функции «2ИЛИ» (рис.3).

    2. Запустить процесс моделирования, нажав кнопку  КнПуск  на панели инструментов, и в появившемся меню выбрать команду Run.

    3. Подать на входы схемы «ИЛИ» все возможные комбинации уровней сигналов А и В с помощью переключателей S1 и S2. И для каждой комбинации зафиксировать показания вольтметров, уровни входных сигналов А и В и уровень  выходного сигнала Q (логическая единица –  соответствующий светодиод  Хi  светится, логический ноль – соответствующий светодиод Хi не светится). Результаты измерений занести в таблицу истинности (табл. 3).

    Таблица 3

    Входы

    Выход
    А

    В

    Q

    0

    0

    0

    1

    1

    0

    1

    1

    Лаб13

    Рис. 3. Схема исследования функции  «2ИЛИ»

    4. Исследование логической функции «ИЛИ-НЕ»

    1. Смоделировать схему исследования функции «2ИЛИ-НЕ» (рис.4).

    Лаб14

    Рис. 4. Схема исследования функции  «2ИЛИ-НЕ»

    3. Запустить процесс моделирования, нажав кнопку  КнПуск  на панели инструментов, и в появившемся меню выбрать команду Run.

    4. Подать на входы схемы «ИЛИ-НЕ» все возможные комбинации уровней сигналов А и В с помощью переключателей S1 и S2. И для каждой комбинации зафиксировать показания вольтметров, уровни входных сигналов А и В и уровень  выходного сигнала Q (логическая единица – соответствующий светодиод  Хi  светится, логический ноль – соответствующий светодиод Хi не светится). Результаты измерений занести в таблицу истинности (табл. 4).

    Таблица 4

    Входы

    Выход
    А

    В

    Q

    0

    0

    0

    1

    1

    0

    1

    1

    5. Исследование логической функции «Исключающее ИЛИ»

    1. Нарисовать схему исследования функции «Исключающее ИЛИ» (рис.5).

    2. Запустить процесс моделирования, нажав кнопку    на панели инструментов, и в появившемся меню выбрать команду Run.

    Лаб15

    Рис. 5. Схема исследования функции  «Исключающее ИЛИ»

    3. Подать на входы схемы «Исключающее ИЛИ» все возможные комбинации уровней сигналов А и В с помощью переключателей S1 и S2. И для каждой комбинации зафиксировать показания вольтметров, уровни входных сигналов А и В и уровень  выходного сигнала Q (логическая единица – соответствующий светодиод  Хi  светится, логический ноль – соответствующий светодиод Хi не светится). Результаты измерений занести в таблицу истинности (табл. 5).

    Таблица 5

    Входы

    Выход
    А

    В

    Q

    0

    0

    0

    1

    1

    0

    1

    1


    Предварительный просмотр:

    Чтобы пользоваться предварительным просмотром создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com


    Предварительный просмотр:

    Лабораторная работа № 3

    Тема: «Исследование регистра»

    Цель: ознакомление с основными характеристиками и испытание регистра

    Указания по выполнению работы:

    1. Ознакомиться с основными теоретическими положениями.

    2. Изучить устройство последовательного регистра, зарисовать УГО и записать определение.

    3. Выполнить работу.

    4. Составить отчет о работе. Сделать выводы.

    Отчет должен содержать:

    1) название пункта работы,

    2) исследуемую схему и ее описание,

    РЕГИСТРЫ

    Триггерным регистром называется совокупность триггеров с определенными связями между ними, при которых они действуют как единое устройство. Регистры выполняются на синхронных триггерах JK- или D-типа. В зависимости от выполняемых функций регистры делятся на накопительные (параллельные) и сдвигающие.img-LIKt3I

    В последовательном регистре выход предыдущего триггера подается на вход следующего триггера, а тактовые импульсы подаются на входы Свсех триггеров, составляющих регистр, одновременно (рис. 6.34). При этом содержимое каждого триггера записывается в последующий триггер. Такие регистры называются сдвиговыми регистрами, или регистрами сдвига.

    http://www.studfiles.ru/html/2706/250/html_G3I7PmGG_S.duf1/img-G8UYCL.png http://topref.ru/main/images/71385/m6c478f3b.png

    Рисунок 1 - Последовательный регистр (регистр сдвига) и его УГО

    http://www.studfiles.ru/html/2706/250/html_G3I7PmGG_S.duf1/img-XhY0u6.png

    Рисунок 2 - Моделирование последовательного регистра в Multisim

    Если на вход D-регистра сдвига подать единицу, а на вход С тактовую частоту, то единица начнет продвигаться по регистру сдвига, т.е. под воздействием первого тактового импульса единица запишется в первый триггер регистра. Под воздействием второго тактового импульса эта единица перепишется во второй триггер и т.д., когда под воздействием N-го тактового импульса единица не выйдет из регистра сдвига. Временная диаграмма работы четырехразрядного регистра сдвига приведена на рисунок.

    http://www.studfiles.ru/html/2706/250/html_G3I7PmGG_S.duf1/img-uGk0Ps.png

    Рисунок - Временная диаграмма четырехразрядного регистра сдвига

    Виды регистров сдвига:

    • с последовательным вводом и выводом;
    • с последовательным вводом и параллельным выводом;
    • с параллельным вводом и последовательным выводом;
    • с переменным направлением сдвига (реверсивные регистры сдвига).

    http://www.studfiles.ru/html/2706/250/html_G3I7PmGG_S.duf1/img-AQBKD6.png

    Рисунок 2 - Параллельный регистр с переменным направлением сдвига

    (реверсивные регистры сдвига).

    Кроме последовательных регистров сдвига существуют параллельные регистры, в которых информация подается одновременно на все N триггеров и считывается одновременно с выходов всех триггеров регистра. Тактовая частота подается одновременно на все триггеры.

    http://www.studfiles.ru/html/2706/250/html_G3I7PmGG_S.duf1/img-kb5xyn.png

    Рис. 6.38. Моделирование параллельного регистра в Multisim

    Параллельные регистры используются для хранения двоичной информации небольшого объема в течение короткого промежутка времени.



    Предварительный просмотр:

    Лабораторная работа № 4

    Тема: «Исследование сумматора»

    Цель: ознакомление с основными характеристиками и испытание сумматора

    Указания по выполнению работы:

    1. Ознакомиться с основными теоретическими положениями.

    2. Изучить устройство суммирующего счетчика, зарисовать УГО и записать определение.

    3. Изучить устройство вычитающего счетчика, зарисовать УГО и записать определение.

    4. Выполнить работу.

    5. Составить отчет о работе. Сделать выводы.

    Отчет должен содержать:

    1) название пункта работы,

    2) исследуемую схему и ее описание,

    СЧЕТЧИКИ

    Счетчиком называется устройство, подсчитывающее число входных импульсов. Число, представляемое состоянием его выходов по фронту каждого входного импульса, изменяется на единицу. Счетчик состоит из n последовательно соединенных счетных тригеров, причем выход одного счетного триггера соединен с тактовым входом следующего триггера.http://www.studfiles.ru/html/2706/250/html_G3I7PmGG_S.duf1/img-ffI2YC.png

    Счетчики бывают суммирующими (прямой счет) и вычитающими (обратный счет).

    В суммирующих счетчиках каждый входной импульс увеличивает число на его выходах на единицу, в вычитающих счетчиках уменьшает это число на единицу.

    Для того чтобы построить суммирующий счетчик, необходимо счетный вход очередного триггера подключить к инверсному выходу предыдущего.http://www.studfiles.ru/html/2706/250/html_G3I7PmGG_S.duf1/img-8RyocP.pnghttp://www.studfiles.ru/html/2706/250/html_G3I7PmGG_S.duf1/img-FEr6ZT.png

    Рисунок 1 - Суммирующий счетчик, его УГО и диаграмма работы