88969

Электротехника, ответы на экзаменационные вопросы

Курсовая

Физика

Электрический ток - движение заряженных частиц по проводнику в определенном направлении; величина, которая показывает, сколько заряженных частиц прошло через проводник за единицу времени. Постоянный ток - это электрический ток, который не изменяет своего направления с течением времени. Переменный ток - с течением времени в определенной закономерности изменяет как свою величину

Русский

2015-05-06

224.12 KB

19 чел.

Электротехника

  1.  Постоянный и переменный электрический ток. Э.Д.С., напряжение, сопротивление электрической цепи. Обозначения и единицы измерения.

Электрический ток [A] - движение заряженных частиц по проводнику в определенном направлении; величина, которая показывает, сколько заряженных частиц прошло через проводник за единицу времени. Постоянный ток - это электрический ток, который не изменяет своего направления с течением времени. Переменный ток - с течением времени в определенной закономерности изменяет как свою величину, так и направление. Причем данные изменения повторяются через определенные промежутки времени - то есть они периодичны.

Электродвижущая сила [В] характеризует работу сторонних сил – любых сил неэлектрического происхождения, действующих в цепях тока. Электрическое напряжение [В] - это величина, численно равная работе по перемещению единицы электрического заряда между двумя произвольными точками электрической цепи. Электрическое сопротивление [Ом] - это физическая величина, численно равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, проходящего через проводник.

  1.  Закон Ома для участка цепи и полной электрической цепи.

Закон Ома для участка цепи: ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. Для полной цепи: сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника. I=E/(R+r).

  1.  Законы Кирхгофа. Примеры использования.

Первый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в любом узле, равна нулю. 

Второй закон Кирхгофа: алгебраическая сумма падений напряжений на отдельных участках замкнутого контура, произвольно выделенного в сложной разветвленной цепи, равна алгебраической сумме ЭДС в этом контуре

  1.  Работа и мощность электрического тока.

Работа электрического тока [Дж] показывает, какая работа была совершена электрическим полем при перемещении зарядов по проводнику. A=UIt; t-время протекания тока в цепи. Мощность электрического тока [Вт] показывает работу тока, совершенную в единицу времени и равна отношению совершенной работы ко времени, в течение которого эта работа была совершена. P=A/t или P=UI.

  1.  Преобразование электрических цепей.

Выполняется преобразование пассивной части электрической цепи, т.е. приемников электрической энергии. Если соединение трех сопротивлений имеет общий узел и имеет внешний вид трехлучевой звезды, то такое соединение сопротивлений называется звездой. Если три сопротивления соединены так, что образуют собою стороны треугольника, то такое соединение сопротивлений называют треугольником сопротивлений. Виды преобразования:

1) «звезда» в «треугольник». Если в электрической цепи нашли соединение сопротивлений звездой, то между концами лучей подставляем сопротивления в виде треугольника. Удаляем соединение звездой. Получается эквивалентное преобразование звезды в треугольник.

2) «треугольник» в «звезду». Если в электрической цепи нашли соединение сопротивлений треугольником, то в узлы соединения сопротивлений подставляем концы лучей соединения сопротивлений в виде звезды. Далее убираем соединение треугольником. В результате получается эквивалентное соединение звездой.

  1.  Представление переменных величин в электрических цепях переменного тока.

1. Аналитический способ. Для тока: i(t) = Im sin(ωt + ψi); для напряжения: u(t) = Um sin (ωt +ψu); для ЭДС e(t) = Em sin (ωt +ψe). Im, Um, Em – амплитуда; значение в скобках – полная фаза; ψi, ψu, ψe – начальная фаза, зависит от начала отсчета времени t = 0. 2. Временная диаграмма. Временная диаграмма представляет графическое изображение синусоидальной величины в заданном масштабе в зависимости от времени. i(t) = Im sint - ψi).

  1.  Действующее значение переменного тока и напряжения.

Действующее значение переменного тока - это величина постоянного тока, который может выполнить ту же самую работу (нагрев). Действующее значение напряжения – эффективное значение напряжения (220В – пример).

  1.  Свойства RLС-элементов в электрических цепях.

1) При последовательном подключении элементов через них протекает одинаковый ток.

2) Согласно закону Ома и второму закону Кирхгофа суммарное напряжение на участке последовательно соединенных сопротивлений равно сумме напряжений на каждом элементе. Uобщ= U1+U2+U3+U4.

  1.  Трехфазные электрические цепи. Принципы построения и основные соотношения величин.

 Трехфазная электрическая цепь – три взаимно связанные электрические цепи с ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но сдвинутые по фазе одна относительно другой на 120°. Для того чтобы выяснить, как получают трехфазный переменный ток, рассмотрим устройство трехфазного генератора. Трехфазный генератор состоит из трех одинаковых изолированных друг от друга обмоток, расположенных на статоре и разнесенных в пространстве на 120°. В центре статора вращается электромагнит. При этом форма магнита такова, что магнитный поток, пронизывающий каждую катушку, изменяется по косинусоидальному закону. Тогда по закону электромагнитной индукции в катушках будут индуцироваться ЭДС равной амплитуды и частоты, отличающиеся друг от друга по фазе на 120°.

  1.  Активная и реактивная мощность трехфазных цепей.

Часть полной мощности, которую удалось передать в нагрузку за период переменного тока, называется активной мощностью. Она равна произведению действующих значений тока и напряжения на косинус угла сдвига фаз между ними (cos φ). Мощность, которая не была передана в нагрузку, а привела к потерям на нагрев и излучение, называется реактивной мощностью. Она равна произведению действующих значений тока и напряжения на синус угла сдвига фаз между ними (sin φ). Активная и реактивная мощности трехфазной цепи, равны суммам соответствующих мощностей отдельных фаз.

 

  1.  Переходные процессы в линейных электрических цепях. Основные сведения.

При всех изменениях в электрической цепи: включении, выключении, коротком замыкании, колебаниях величины какого-либо параметра – в ней возникают переходные процессы, которые не могут протекать мгновенно, так как невозможно мгновенное изменение энергии, запасенной в электромагнитном поле цепи. Таким образом, переходный процесс обусловлен несоответствием величины запасенной энергии в электрическом поле ее значению для нового состояния цепи.

При переходных процессах могут возникать большие перенапряжения, сверхтоки, электромагнитные колебания, которые могут нарушить работу устройства вплоть до выхода его из строя. С другой стороны, переходные процессы находят полезное практическое применение, например, в электронных генераторах.

  1.  Расчет переходных процессов в электрических цепях.

Классический метод расчета переходных процессов заключается в непосредственном интегрировании дифференциальных уравнений, описывающих изменения токов и напряжений на участках цепи в переходном процессе. В общем случае составляются уравнения электромагнитного состояния цепи по законам Ома и Кирхгофа для мгновенных значений напряжений и токов, связанных между собой на отдельных  элементах цепи соотношениями.

Идеальное активное сопротивление. Идеальная индуктивность.

Идеальная емкость конденсатора.

Вычислив значение тока через конденсатор, получим линейное дифференциальное уравнение второго порядка относительно Uc.

  1.  Магнитные цепи и принципы их расчета.

Магнитной цепью называется путь, по которому замыкается магнитный поток. Магнитная цепь проходит через воздух. Магнитное сопротивление воздуха очень велико, поэтому даже при большой намагничивающей силе магнитный лоток мал. Для увеличения магнитного потока в состав магнитной цепи вводят ферромагнитные материалы (обычно литая сталь), имеющие меньшее магнитное сопротивление. Расчет магнитной цепи. Разбивают магнитную цепь на участки, имеющие одинаковые поперечные сечения и однородный материал, и для каждого участка определяют величину магнитной индукции по формуле B=F/S. F – сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током, S – площадь проводника с током.

  1.  Индукционное и электромеханическое действия магнитного поля.

Индукционное действие магнитного поля состоит в том, что в проводнике, помещенном в переменное магнитное поле, наводится ЭДС. Если магнитное поле постоянное, то ЭДС в проводнике будет наводиться при перемещении проводника в магнитном поле. На индукционном действии магнитного поля основана работа электрических генераторов, трансформаторов, электроизмерительных приборов и т.д.

Электромеханическое действие магнитного поля заключается в том, что помещенные в поле проводник с током или ферромагнитное тело испытывают действие силы со стороны этого поля. На силовом действии магнитного поля основана работа электрических двигателей, электромагнитных муфт, реле, тяговых устройств и др.

  1.  Ферромагнетики и гистерезис.

Ферромагнетики – вещества, у которых внутреннее магнитное поле в сотни и тысячи раз превышает вызвавшее его внешнее магнитное поле. Ферромагнетики обладают намагниченностью в отсутствии магнитного поля. Ферромагнетизм наблюдается у кристаллов переходных металлов Fe, Co, Ni  и у ряда сплавов. Ферромагнетизм – результат действия обменных сил.

Магнитный гистерезис заключается в том, что намагничивание и размагничивание ферромагнетика описывается разными кривыми (намагниченность отстает в своем уменьшении от поля). При уменьшении внешнего поля до нуля ферромагнетик обладает намагниченностью, которая называется остаточной.

  1.  Электрические машины и аппараты. Общие сведения и классификация.

Электрический аппарат – это устройство, управляющее потребителями и источниками электричества, а также использующее электрическую энергию для управления неэлектрическими процессами. Электрические аппараты общепромышленного назначения, электробытовые аппараты и устройства выпускаются напряжением до 1 кВ, высоковольтные – свыше 1 кВ.

По принципу действия электроаппараты классифицируются в зависимости от характера воздействующего на них импульса.

1. Коммутационные аппараты для замыкания и размыкания электрических цепей при помощи контактов, соединенных между собой для обеспечения перехода тока из одного контакта в другой (рубильники, переключатели).

2. Электромагнитные аппараты, действие которых зависит от электромагнитных усилий, возникающих при работе аппарата (контакторы, реле).

3. Индукционные аппараты, действие которых основано на взаимодействии тока и магнитного поля (индукционные реле).

4. Катушки индуктивности (реакторы, дроссели насыщения).

  1.  Электродвигатели постоянного тока. Принципы построения и режимы работы.

Электродвигатель постоянного тока (ДПТ) — электрическая машина, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

Работа электрического двигателя постоянного тока основана на явлении электромагнитной индукции. На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, определяемая по правилу левой руки: F = BIL, I — ток, протекающий по проводнику, В — индукция магнитного поля; L — длина проводника. При пересечении проводником магнитных силовых линий машины в нем наводится ЭДС, которая по отношению к току в проводнике направлена против него, поэтому она называется обратной или противодействующей. Электрическая мощность в двигателе преобразуется в механическую и частично тратится на нагревание проводника.

Электродвигатель состоит из статора и ротора, разделенных между собой воздушным пространством. Активными частями электродвигателя являются обмотки и магнитопровод; все остальные части — конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т. п.

  1.  Асинхронные электродвигатели. Особенности конструкции и режимы работы.

В основе принципа работы асинхронного электродвигателя лежит физическое взаимодействие магнитного поля статора с током, наведенным этим полем в обмотке ротора. К обмотке статора, выполненной в виде трех групп катушек, приложено электрическое напряжение, под действием которого по ней проходит трехфазный переменный ток, который и создает вращающееся магнитное поле. Пересекая замкнутую обмотку ротора, это поле наводит в нём ток. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с токами ротора возникает вращающий электромагнитный момент,  приводящий ротор в движение. Теперь ротор способен выполнять механическую работу, т.е. сообщать движение соединенной с его валом технологической машине (насосу, вентилятору и др.). Так в электродвигателе происходит превращение электрической энергии в механическую.

Магнитное поле вращается в пространстве с частотой 60f/p где  f - частота переменного тока; p - число пар полюсов обмотки статора. Промышленная частота переменного тока равна 50 Гц. Следовательно, частота вращения вала  электродвигателя зависит от числа пар полюсов.

  1.  Синхронные электродвигатели. Принцип действия асинхронной машины и основные режимы.

Синхронный двигатель выполнен так же, как и синхронный генератор. Его обмотка якоря подключена к источнику трехфазного переменного тока; в обмотку подается от постороннего источника постоянный ток. Благодаря взаимодействию вращающегося магнитного поля, созданного трехфазной обмоткой якоря, и поля, созданного обмоткой возбуждения, возникает электромагнитный момент М, приводящий ротор во вращение. Однако в синхронном двигателе в отличие от асинхронного ротор будет разгоняться до частоты вращения, с которой вращается магнитное поле (до синхронной частоты вращения). Объясняется это тем, что ток в обмотку ротора подается от постороннего источника, а не индуцируется в нем магнитным полем статора и, следовательно, не зависит от частоты вращения вала двигателя. Характерной особенностью синхронного двигателя является постоянная частота вращения его ротора независимо от нагрузки.

  1.  Электрические аппараты. Принципы работы и основные виды.

___________________________________________________________________________________________

Электроника

  1.  Основные направления развития и технологии.

Электроника - это наука, изучающая явления взаимодействия электронов и других заряженных частиц с электрическими, магнитными и электромагнитными полями, что является физической основой работы электронных приборов и устройств, используемых для передачи, обработки и хранения информации.

Существует информационная электроника, занимающаяся устройствами для передачи, обработки и отображения информации и энергетическая электроника, занимающаяся преобразованием одного вида электрической энергии в другой.

  1.  Виды интегральных микросхем, их конструктивное оформление и сравнительные оценки.

Интегральная микросхема (ИМС) представляет собой микросхему, все или часть элементов которой нераздельно связаны и электрически соединены между собой так, что устройство рассматривается как единое целое.

По методу получения различают три вида ИМС.

В плёночных ИМС детали и соединения осуществляют путём получения плёнок малой толщины с различными свойствами, выполненных из не проводящего электрический ток материала. Плёночные микросхемы разделяют на две группы: тонкоплёночные и толстоплёночные. Различие тонкоплёночных и толстоплёночных ИМС заключено не только в количественной толщине плёнок, но и в технологии их нанесения.

В полупроводниковых ИМС детали и соединения образованы технологическими методами в кристалле полупроводника.

В совмещенных ИМС одна часть деталей выполнена методом тонкоплёночной, а другая часть – методом полупроводниковой технологии.

В гибридных ИМС пассивные компоненты получают на диэлектрической подложке методом тонкоплёночной технологии, а активные компоненты располагают рядом на подложке и соединяют проволокой с контактными площадками.

  1.  Общие сведения о полупроводниках. Создание PN-перехода в полупроводниковых структурах.

Полупроводник - вещество, у которого удельное сопротивление может изменяться в широких пределах и очень быстро убывает с повышением температуры, а это значит, что электрическая проводимость (1/R) увеличивается; наблюдается у кремния, германия, селена. Механизм проводимости у полупроводников. Кристаллы полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями. При низких температурах у чистых полупроводников свободных электронов нет и они ведут себя как диэлектрики.

Электронно-дырочный переход создается путем легирования пластинки монокристаллического полупроводникового материала примесью с определенным типом проводимости (p- или n- типа), которая обеспечивает создание поверхностного пласта с проводимостью противоположного типа. Концентрация легирующей примеси в этом пласте должна нейтрализовать имеющиеся в первоначальном материале основные свободные носители заряда и создать проводимость противоположного знака. На границе n- и p- слоев в результате перетока зарядов образуются обедненные зоны с объемным положительным зарядом в n-пласте и объемным отрицательным зарядом в p-пласте. Эти зоны в совокупности и образуют p-n-переход.

  1.  Полупроводниковые диоды. Назначение, структуры, классификация и основные характеристики.

Диод – полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). Если взять пластинку полупроводника, например германия, и в его левую половину ввести акцепторную примесь, а в правую донорную, то с одной стороны получится полупроводник типа P, соответственно с другой типа N. На стыке полупроводников с P и N проводимостями получается P-N переход, который является основой всех полупроводниковых приборов. Предназначены для преобразования переменного тока в постоянный, для применения в импульсных режимах работы, в устройствах управления уровнем сверхвысокочастотной мощности.

По назначению полупроводниковые диоды подразделяются на выпрямительные диоды малой (прямой ток до 300мА), средней (300мА – 10А) и большой (до 100000А) мощности, импульсные диоды и полупроводниковые стабилитроны.

  1.  Транзисторы: классификация, структуры, характеристики и области использования.

Транзистор — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала с тремя выводами, позволяющий входным сигналом управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов.

В большинстве усилительных схем транзисторы или электронные лампы используются как переменный резистор, сопротивление которого изменяется под действием слабого входного сигнала. Этот «переменный резистор» является составной частью электрической цепи постоянного тока, которая получает питание, например, от гальванических элементов или аккумуляторов, поэтому в цепи начинает протекать постоянный ток. В аналоговой технике чаще используют биполярные транзисторы. В цифровой технике (цифровая связь, память, процессоры), наоборот, чаще используются полевые транзисторы.

  1.  Биполярные транзисторы. Режимы работы и основные схемы включения.

В работе биполярного транзистора одновременно участвуют два типа носителей заряда – электроны и дырки. Этим он отличается от униполярного (полевого) транзистора, в работе которого участвует только один тип носителей заряда.

У биполярного транзистора три контакта (электрода). Контакт, выходящий из центрального слоя, называется база. Крайние электроды носят названия коллектор и эмиттер. Прослойка базы очень тонкая относительно коллектора и эмиттера. В дополнение к этому, слой полупроводника со стороны коллектора немного толще, чем со стороны эмиттера. Если увеличить напряжение на базе, то в прослойке соберется еще больше электронов. В результате немного усилится ток базы, и значительно усилится ток коллектора. Таким образом, при небольшом изменении тока базы сильно меняется ток коллектора. Так и происходит усиление сигнала в биполярном транзисторе.

В соответствии уровням напряжения на электродах транзистора, различают четыре режима его работы: режим отсечки, активный режим, режим насыщения и инверсный режим.

  1.  Составные и полевые транзисторы. Особенности построения и работы. Области использования.

Полевой транзистор – транзистор, в котором сила проходящего через него тока регулируется внешним электрическим полем, т.е напряжением. Это принципиальное различие между ним и биполярным транзистором, где сила основного тока регулируется управляющим током.

Область полупроводника N-типа формирует канал между зонами P-типа. Электроды, подключаемые к концам N-канала, называются сток и исток. Полупроводники P-типа электрически соединяются между собой и представляют собой один электрод – затвор. Вблизи стока и истока находятся зоны с повышенной концентрацией электронов. Это улучшает проводимость канала.

  1.  Оптоэлектронные приборы. Основные виды, назначение и свойства.

Оптоэлектронный прибор - это устройство, в котором при обработке информации происходит преобразование электрических сигналов в оптические и обратно. Существенная особенность оптоэлектронных устройств состоит в том, что элементы в них оптически связаны, а электрически изолированы друг от друга. Основные виды:

оптоизлучатели – преобразователи электрической энергии в световую; фотоприемники – преобразователи световой энергии в электрическую; оптопары – приборы для изоляции эл-ва при передаче энергии и информации по световому каналу.

  1.  Транзисторные ключи и многокаскадные усилители. Назначение и принципы построения.

Транзисторный ключ служит для коммутации цепей нагрузки под воздействием внешних управляющих сигналов. В соответствии с функциями ключа транзистор может находиться в одном из двух статических режимов: режим отсечки, когда транзистор закрыт и режим насыщения, когда транзистор открыт и насыщен. Электронные ключи основаны на работе биполярных транзисторов. Когда на базе транзистора отсутствие напряжения относительно эмиттера, транзистор закрыт, ток через него не идёт, на коллекторе всё напряжение питания, т.е. максимальный сигнал. Когда на базу транзистора поступает электрический сигнал, он открывается, возникает ток коллектор-эмиттер и падение напряжения на коллекторе, а с ним и напряжение на выходе уменьшается до низкого уровня. Транзисторные ключи находят широкое применение в силовых преобразователях частоты.

На практике в устройствах промышленной электроники для получения необходимой полезной выходной мощности в нагрузке недостаточно одного каскада. Поэтому применяют многокаскадные усилители, собираемые из нескольких последовательно соединенных одиночных усилительных каскадов. В блок-схеме в качестве датчиков, преобразующих почти любой неэлектрический сигнал во входной электрический сигнал, могут использоваться различные источники ЭДС: микрофон, антенна и т. д. Первый входной каскад предназначен для согласования сопротивления датчика входного сигнала с входным сопротивлением усилителя при одновременном усилении входного сигнала. Последний – выходной каскад является каскадом усиления мощности, передаваемой в полезную нагрузку. Все остальные промежуточные каскады обеспечивают усиление полезного сигнала до величины, необходимой для оптимальной работы выходного каскада, при которой отбирается в нагрузку максимально возможная полезная мощность каскада при допустимой величине нелинейных искажений.

  1.  Дифференциальные и операционные усилители (ОУ).

Дифференциальный усилитель - это схема, используемая для усиления разности напряжений двух входных сигналов. В идеальном случае выходной сигнал не зависит от уровня каждого из входных сигналов, а определяется только их разностью. Когда уровни сигналов на обоих входах изменяются одновременно, то такое изменение входного сигнала называют синфазным.

Выходное напряжение измеряется на одном из коллекторов относительно потенциала земли; такой усилитель называют схемой с однополюсным выходом. Этот усилитель можно рассматривать как устройство, которое усиливает дифференциальный сигнал и преобразует его в несимметричный сигнал, с которым могут работать обычные схемы. Если же нужен дифференциальный сигнал, то его снимают между коллекторами. Дифференциальные усилители используют в тех случаях, когда слабые сигналы можно потерять на фоне шумов. Примерами таких сигналов являются цифровые сигналы, передаваемые по длинным кабелям.

Операционный усилитель - это электронный усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления, имеющий дифференциальный вход и обычно один выход. Дифференциальные входы усилителя состоят из двух выводов - V+ и V-, идеальный операционный усилитель усиливает только разницу напряжений между двумя этими входами, эта разница называется дифференциальным напряжением на входе. Напряжение на выходе операционного усилителя определяется формулой Vout = k (V+ - V-), где V+ - напряжение на прямом входе, V- - напряжение на инверсном входе, и k - коэффициент усиления усилителя с разомкнутой петлёй обратной связи. Операционные усилители являются наиболее востребованными приборами среди современных электронных компонент, они находят своё применение в потребительской электронике, применяются в индустрии и в научных приборах.

  1.  Обратная связь в усилительных схемах. Основные схемы усилителей на ОУ, особенности работы.

Обратная связь – явление передачи части энергии усиленных колебаний из выходной цепи усилителя во входную. Цепь обратной связи выполняется в виде линейного пассивного четырехполюсника, характеризуемого коэффициентом передачи. Если колебания от источника складываются с сигналом обратной связи так, что амплитуда колебаний на входе и на выходе усилителя увеличивается, то такая обратная связь – положительная. Положительная обратная связь позволяет создавать новые классы электронных схем с различными функциональными характеристиками. Если колебания от источника входного сигнала и сигнала обратной связи поступают на вход усилителя в противофазе, что приводит к уменьшению амплитуды колебаний на входе и выходе усилителя, то обратная связь будет отрицательной.

Инвертирующий усилитель (слева).
Коэффициент усиления. 

K=Uвых/Uвх=-R2/R1. 

Неинвертирующий усилитель (справа). Коэффициент усиления K=Uвых/Uвх=1+R2/R1.

  1.  Активные фильтры: назначение, классификация, характеристики и примеры построения.

Активный фильтр — один из видов аналоговых электронных фильтров, в котором присутствует один или несколько активных компонентов, например, транзистор или операционный усилитель. В активных фильтрах используется принцип отделения элементов фильтра от остальных электронных компонент схемы. Часто бывает необходимо, чтобы они не оказывали влияния на работу фильтра. Применение усилителей в активных фильтрах позволяет увеличить наклон частотной характеристики в полосе подавления, что недостижимо при соединении пассивных цепочек.

Типы активных фильтров: фильтр высоких частот — ослабляет амплитуды гармоник сигнала ниже частоты среза; фильтр низких частот — ослабляет амплитуды гармоник сигнала выше частоты среза; полосовой фильтр — ослабляет амплитуды гармоник сигнала выше и ниже некоторой полосы; режекторный фильтр — ослабляет амплитуды гармоник сигнала в определённой полосе частот.

  1.  Генераторы электрических сигналов. Назначение, классификация и примеры построения.

Электронный генератор – устройство, посредством которого энергия сторонних источников питания преобразуется в электрические колебания требуемой формы, частоты и мощности. Электронные генераторы входят составной частью во многие электронные приборы и системы. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например, усилителя, охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра). Используются в измерительных приборах, осциллографах. По форме колебаний их делят на генераторы гармонических и негармонических (импульсных) сигналов.

  1.  Компараторы напряжения, ЦАП и АЦП. Принципы построения и области использования.

Компаратор – это устройство, которое сравнивает два разных напряжения и силу тока, выдает конечный силовой сигнал, указывая на большее из них, одновременно производя расчет соотношения. У него есть две аналоговые вводные клеммы с положительным и отрицательным сигналом и один двоичный цифровой выход. Для отображения сигнала используется специальный индикатор. Используя аналоговый сигнал в + входе (неинвертируемый) и выходе (инвертируемый), устройство использует два аналогичных разнополярных сигнала. Если аналоговый вход больше, чем аналоговый выход, то выход будет «1», и это включит открытый коллектор транзистора. Если вход находится на отрицательном уровне, то сигнал будет равняться «0» и коллектор будет находиться в закрытом виде. Применяется в схемах, где нужно сравнивать сигналы входящего напряжения: зарядное устройство, микроконтроллер.

ЦАП — устройство для перевода цифровых данных в аналоговый сигнал, своеобразный мост между аналоговой и цифровой частями схемы. Принцип работы ЦАП заключается в суммировании аналоговых сигналов. Суммирование производится с коэффициентами, равными нулю или единице в зависимости от значения соответствующего разряда цифрового кода. Выходной сигнал ЦАП может иметь форму тока, напряжения или заряда. Область применения: усилители звука, обработка видео, устройства отображения.

АЦП — электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Простейшим одноразрядным двоичным АЦП является компаратор. Для преобразования любого аналогового сигнала в цифровую форму необходимо выполнить три основные операции: дискретизацию, квантование и кодирование.

  1.  Источники вторичного электропитания (ИВЭП). Принципы построения и область использования.

Источники вторичного электропитания (ИВЭП) предназначены для получения напряжения, необходимого для питания различных электронных устройств. Чаще всего перед вторичными источниками питания стоит задача преобразования электроэнергии из сети переменного тока промышленной частоты – 220В в 50 Гц. Трансформатор Тр предназначен для изменения уровня переменного напряжения и гальванической развязки выпрямителя и питающей сети. Выпрямители служат для преобразования переменного напряжения питающей сети в постоянное. Основными компонентами выпрямителей служат вентили – элементы с явно выраженной нелинейной вольтамперной характеристикой. В качестве таких элементов используют кремниевые диоды. Сглаживающий фильтр уменьшает пульсации напряжения на выходе выпрямителя. Стабилизатор  уменьшает колебания напряжения на нагрузке.

ИВЭП имеет большие вес и габариты, определяемые размерами трансформатора и сглаживающего фильтра. Сейчас ИВЭП вытесняются преобразовательными устройствами, работающими на частотах, составляющих десятки и сотни килогерц. При этом удается значительно уменьшить размеры и вес устройства.

  1.  Выпрямители ИВЭП. Методы улучшения выходных параметров выпрямителей.

___________________________________________________________________________________________

  1.  Цифровые логические элементы. Классификация, основные параметры и характеристики.

Логические элементы — устройства, предназначенные для обработки информации в цифровой форме.  Основные параметры. Коэффициент объединения по входу — число входов, с помощью которых реализуется логическая функция. Коэффициент разветвления по выходу – число логических входов устройств этой же серии, которые могут быть одновременно присоединены к выходу данного логического элемента.  Быстродействие характеризуется временем задержки распространения сигналов через ЛЭ. Различают время задержки распространения сигнала при включении ЛЭ, время задержки сигнала при выключении и среднее время задержки распространения.

Все логические функции любого числа логических переменных можно образовать с помощью трех основных операций: логическое отрицание (инверсия, операция НЕ); логическое сложение (дизъюнкция, операция ИЛИ); логическое умножение (конъюнкция, операция И);

  1.  Триггерные устройства: классификация, принципы построения и работа.

Триггеры – класс электронных устройств, обладающих устойчивыми состояниями электрического равновесия и способных под действием внешних сигналов переключаться в любое из этих состояний и находиться в них сколь угодно долго после прекращения их действия. Состояние триггера - это значение, которое в нем хранится в настоящее время. Схема триггера состоит из элемента памяти (самого триггера с двумя устойчивыми состояниями) и схемы управления с рядом входов. Схема управления преобразует поступающую на её входы информацию в одну из комбинаций сигналов 00,01,10,11 действующих непосредственно на входы собственно триггера.

Типы триггеров в зависимости от способов управления: асинхронные (не тактируемые) и синхронные (тактируемые). Изменение состояния асинхронного триггера происходит сразу же после изменения сигналов на его управляющих входах. У синхронного триггера изменение состояния под действием управляющих сигналов возможно только при присутствии сигнала на специальном тактовом входе. Наибольшее применение триггеры находят в счетчиках, регистрах, элементах памяти.

  1.  Регистровые структуры. Особенности построения и назначение.

Во всех процессорах используются программно доступные регистры общего назначения (РОН) и регистры специального назначения. РОН в составе ЦП используются для хранения операндов, наиболее часто используемых при вычислениях, что сокращает количество обращений к ОП за операндами, что позволяет повысить и производительность ЦП. Чем больше емкость РОН, тем больше промежуточных данных можно в них хранить без обращения к ОП. Также РОН можно использовать для хранения адресов при выполнении процессором адресации. В число специальных регистров входят указатель команд (используется в качестве смещения при определении адреса следующей выполняемой команды), регистр флагов (обработка прерываний, последовательность вызываемых задач, ввод/вывод), и регистры сегментов (текущие адресуемые сегменты памяти).

  1.  Двоичные счетчики: виды счетчиков, принципы построения и работа.

Двоичный счетчик – функциональный узел, предназначенный для подсчета числа входных сигналов и запоминания двоичного кода этого числа соответствующими триггерами. Каждый разряд счетчика включает в себя триггер. По назначению счетчики делятся на суммирующие и вычитающие.

В начальный момент времени все триггеры устанавливаются в состояние “0”. После прихода первого счетного импульса триггер Тг1 перейдет в состояние “1” и в счетчике зафиксируется код 001. Второй импульс, пришедший на вход, переведет Тг1 снова в состояние “0”. При этом возникает импульс переноса, который устанавливает следующий триггер Тг2 в состояние “1” и в счетчике зафиксируется код 010. После третьего входного сигнала Тг1 вновь прейдет в состояние “1”, а остальные триггеры останутся в прежнем состоянии. Так будет продолжаться до тех пор, пока счетчик не просуммирует максимальное для трех разрядов число 710=1112. Восьмой импульс переведет Тг1 в состояние “0“, возникший перенос поступит на Тг2 и также переведет его в состояние “0”. В свою очередь, импульс переноса со второго разряда переведет в состояние “0” и Тг3. В результате этого счетчик установится в исходное нулевое состояние (000)

  1.  Мультиплексоры и демультиплексоры.

Мультиплексор – переключатель сигналов, управляемый двоичным кодом и имеющий несколько входов и один выход, преобразует параллельный код в последовательный. К выходу подключается тот вход, чей номер соответствует двоичному коду. Демультиплексор – это переключатель сигналов, управляемый двоичным кодом и имеющий один вход и несколько выходов, работает противоположно мультиплексору, преобразуя последовательный код в параллельный.

  1.  Шифраторы и дешифраторы.

Шифратор (кодер) – электронное устройство, которое преобразует код одной системы счисления в код другой системы. Рассмотрим шифратор на примере калькулятора. Поскольку все действия в калькуляторе выполняются с двоичными числами, то после клавиатуры стоит шифратор, который преобразует вводимые числа в двоичную форму. Все кнопки калькулятора соединяются с общим проводом и, нажав, к примеру, кнопку 5 на входе шифратора, мы тут же получим двоичную форму данного числа на его выходе.

Дешифраторы относятся к той же группе, только работают по противоположному принципу. Они преобразуют параллельный двоичный код в позиционный десятичный. Рассмотрим дешифратор на примере цифрового светодиодного индикатора. На нём отображаются десятичные цифры, а так как цифровая электроника работает с двоичными числами, которые представляют комбинацию 0 и 1, эти числа должны быть преобразованы в десятичную форму.

  1.  Сумматоры и арифметико-логические устройства.

Сумматор – логический операционный узел, выполняющий арифметическое сложение кодов двух чисел. При арифметическом сложении выполняются и другие дополнительные операции: учет знаков чисел, выравнивание порядков слагаемых. Операции выполняются в арифметическо-логических устройствах (АЛУ) – процессорных элементах, ядром которых являются сумматоры.

По числу входов и выходов одноразрядных двоичных сумматоров:

– четвертьсумматоры, характеризующиеся наличием двух входов, на которые подаются два одноразрядных числа, и одним выходом, на котором реализуется их арифметическая сумма;

– полусумматоры, характеризующиеся наличием двух входов, на которые подаются одноимённые разряды двух чисел, и двух выходов: на одном реализуется арифметическая сумма в данном разряде, а на другом - перенос в следующий, более старший разряд);

– полные одноразрядные сумматоры, характеризующиеся наличием трёх входов, на которые подаются одноимённые разряды двух складываемых чисел и перенос из предыдущего (более младшего) разряда, и двумя выходами: на одном реализуется арифметическая сумма в данном разряде, а на другом - перенос в следующий (более старший разряд).

  1.  Запоминающие устройства: классификация, основные характеристики и принципы построения.

Запоминающее устройство – комплекс технических средств, реализующих функцию памяти. Запоминающий элемент (ЗЭ) – часть памяти, используемая для хранения данных в битах.

Основные параметры ЗУ. Информационная емкость определяется наибольшим количеством информации, которая может быть зафиксирована ЗУ. Быстродействие памяти определяется продолжительностью операции обращения, т.е. длительностью процессов, необходимых для записи или считывания информации.

В общем случае ЭВМ содержит внешние и внутренние ЗУ. Внешние ЗУ служит для хранения больших объемов информации: запасов данных и программного обеспечения системы. Используются ЗУ с прямым доступом на дисках, на магнитных лентах. Внутренние ЗУ по выполняемым функциям делятся на оперативные и постоянные. Оперативные (ОЗУ) выполняют запись, хранение и считывание произвольной двоичной информации, обеспечивают хранение программ, определяющих текущий процесс, и массивов обрабатываемых данных. Постоянные (ПЗУ) осуществляют хранение и выдачу постоянно записанной информации, содержание которой не изменяется в ходе работы системы.

  1.  Архитектура микропроцессоров, принципы работы и классификация.

Микропроцессор — процессор, реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких специализированных микросхем. Микропроцессор характеризуется тактовой частотой, определяющей максимальное время выполнения переключения элементов в ЭВМ, и разрядностью – максимальным числом одновременно обрабатываемых двоичных разрядов.

Архитектура микропроцессора – система команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе микропроцессора, принципы и режимы его работы. Выделяют понятия микроархитектуры и макроархитектуры. Микроархитектура - это аппаратная организация и логическая структура микропроцессора, регистры, управляющие схемы, арифметико-логические устройства, запоминающие устройства и связывающие их шины. Макроархитектура - это система команд, типы обрабатываемых данных, режимы адресации и принципы работы микропроцессора.

Микропроцессор координирует работу всех устройств с помощью шины управления (ШУ). Помимо ШУ имеется 16-разрядная адресная шина (ША), которая служит для выбора определенной ячейки памяти, порта ввода или порта вывода. По 8-разрядной информационной шине или шине данных (ШД) осуществляется двунаправленная пересылка данных между микропроцессорами. МП может посылать информацию в память или к одному из портов вывода, а также получать информацию из памяти или от одного из портов ввода. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) содержит некоторую программу инициализации ПК. Программы пользователя могут быть загружены в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и из внешнего запоминающего устройства (ВЗУ).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71821. Понятия информационной технологии, эволюция их роль в развитии экономики и обществе 93.8 KB
  Целью исследования является определение роли информационных технологий в формировании социальное пространства. Достижение цели работы обусловило постановку и решение следующих взаимосвязанных задач: охарактеризовать этапы развития компьютерных технологий...
71822. Разработка алгоритма преобразования латинского прямоугольника в латинский квадрат 206 KB
  Латинские квадраты существуют для любого n достаточно взять таблицу Кэли аддитивной группы кольца : lij= ij1 mod n Число латинских квадратов Точная формула для числа Ln латинских квадратов nго порядка неизвестна. Пример нормализованного латинского квадрата: Число Rn...
71823. Разработка алгоритма управления трёхколёсной подвижной платформы 471 KB
  Применение в логике математических методов становится возможным тогда, когда суждения формулируются на некотором точном языке. Такие точные языки имеют две стороны: синтаксис и семантику. Синтаксисом называется совокупность правил построения объектов языка (обычно называемых формулами).
71825. Ортогональные латинские квадраты 294 KB
  Найти все множества взаимно ортогональных латинских квадратов порядка n если при наложении одного из них на другой каждая из n возможных пар элементов встречается ровно один раз. Пример латинского квадрата 3го порядка: Точная формула для числа Ln латинских квадратов nго порядка неизвестна.
71826. Исследование Рекуррентного соотношения ряда Фибоначчи 393 KB
  Условие задачи Показать что любое натуральное число N можно представить в виде суммы чисел Фибоначчи причем каждое число входит в сумму не более одного раза и никакие два соседние числа не входят вместе. Ее называют последовательностью Фибоначчи – по имени итальянского математика 13 в.
71827. Упрощенная схема управления лифтом 329 KB
  Для сравнения элементарная алгебра занимается арифметическими выражениями и операциями. Логические операции Логические операции булевой алгебры подобны арифметическим операциям элементарной алгебры. В такой таблице в колонках стоят операнды операции и сама операция...
71828. Исследования задач о двух ортогональных латинских квадратах 190 KB
  Вывести формулу по которой из значений элементов двух ортогональных латинских квадрата порядка n можно получить значения элементов нового латинского квадрата порядка n. Пример латинского квадрата 3го порядка: Теоремы Теорема 1 Для n 1 существует не более n−1 попарно...
71829. Разработка логических функций для управления подвижной площадки с тремя электродвигателями-колесами 181 KB
  Алгебра логики (алгебра высказываний) — раздел математической логики, в котором изучаются логические операции над высказываниями. Чаще всего предполагается, что высказывания могут быть только истинными или ложными.