16. Структурная схема и описание работы источника питания постоянного тока

В рассмотренных ранее схемах использовались источники постоянного напряжения. В простейших случаях, особенно для переносных и маломощных портативных устройств могут применяться различные элементы питания и аккумуляторы. Однако в большинстве случаев для получения постоянного напряжения применяются источники вторичного электропитания, которые получают электрическую энергию от промышленной сети с частотой 50Гц, являющейся соответственно первичным источником электропитания.

Обобщенная структурная схема источника вторичного электропитания показана на рис.57.

Рис. 57. Структурная схема источника вторичного электропитания

Трансформатор предназначен для разделения питающей сети от остальных частей источника вторичного напряжения и создания необходимого уровня переменного напряжения. Обычно трансформатор является понижающим. Учитывая тот факт, что трансформаторы ранее уже рассматривались (при изучении дисциплины «Электротехника»), обратимся сразу к другим составным частям источника вторичного электропитания.

Выпрямители преобразуют переменное напряжение в напряжение одной полярности (пульсирующее) и имеют следующие основные параметры:

- среднее за период Т (постоянное) значение выходного напряжения U_ср ;

- среднее за период Т (постоянное) значение выходного тока

I_ср ;

U

- коэффициент пульсаций выходного напряжения Кп=Um1/Uср

Наиболее простая схема выпрямителя - однополупериодная -состоит из выпрямительного диода и сопротивления нагрузки R_Н.

Сглаживающие фильтры – это устройства, которые уменьшают пульсации на выходе выпрямителя. Наиболее

распространенным сглаживающим фильтром является емкостной, когда конденсатор большой емкости подключается параллельно сопротивлению нагрузки, как это показано на рис.59а. Там же, на рис.59б показаны временные диаграммы при отключенном и подключенном конденсаторе.

Рис. 59. Схема мостового выпрямителя

Коэффициент пульсаций при подключении конденсатора достаточно большой емкости уменьшается до единиц и долей процентов.

Стабилизаторы обеспечивают стабилизацию напряжения на нагрузке при изменении напряжения питающей сети или тока в нагрузке, и уменьшают пульсации выходного напряжения.

Важнейшим параметром стабилизатора напряжения является коэффициент стабилизации K_ст, который определяется по формуле: Kст =(ΔUвх/Uвх)/(ΔUвых/Uвх)

где и_вх,и_вых - постоянные напряжения на входе и выходе, Δи_вх, Δи_вых - соответствующие изменения входного и выходного напряжения.

16. Логические элементы

{а теперь, мой милый друг, поговорим о логических элементах}

Большинство устройств цифровой электроники составляют так называемые логические элементы, которые реализуют различные логические операции.

Основными логическими операциями являются: операции НЕ (логическое отрицание или инверсия), операция ИЛИ (логическое сложение или дизъюнкция) и операция И (логическое умножение или конъюнкция).

Операция НЕ

Логическое отрицание от функции А обозначается А (говорится «НЕ А»). Связь между А и А определяется так называемой таблицей истинности, приведенной на рис.74а.

Рис. 74. Характеристика логического элемента НЕ

Обозначение логического элемента НЕ, временные диаграммы сигналов и простейший пример его реализации на основе транзисторного ключа показаны на рис.74б-г. Цифры 0 и 1 соответствуют наличию и отсутствию напряжения и называются логический ноль и логическая единица.

93

Операция ИЛИ

Логическое сложение в случае двух независимых переменных обозначается как F = A+B (читается « Aили B») и определяется таблицей истинности, приведенной на рис.75а.

Рис. 75. Характеристика логического элемента ИЛИ

Операцию ИЛИ можно выполнить для двух, трех и более независимых переменных. Функция F =1, если хотя бы одна из переменных равна логической единице.

На рис.75б-г приведено обозначение элемента, временные диаграммы сигналов на входах и выходе элемента и простейший пример реализации. Напряжение на выходе элемента будет соответствовать логической единице, если хотя бы на один из входов будет подан положительный единичный сигнал.

Операция И

Логическое умножение обозначает F=AB (читается « Aи B») и определяется таблицей истинности, приведенной на рис76а.

Рис. 76. Характеристика логического элемента И.

Функция F =1 только тогда, когда все входные независимые переменные равны логическим единицам. На рис.76б-г приведены обозначение, временные диаграммы сигналов на входах и выходе и простейшая реализация логического элемента.

Напряжение на выходе (F =1) будет только в том случае, если все диоды будут закрыты, то есть, на всех входах будет действовать напряжение (логическая единица). В противном случае (напряжение отсутствует хотя бы на одном входе) открывшийся диод шунтирует нагрузку и на ней будет потенциал открытого диода (логический ноль).

{на этом в принципе можно остановиться, но если тебе мало, то держи еще}

Приведенные на рис.74-76 примеры являются простейшими вариантами реализации логических элементов. В настоящее время наиболее распространены специализированные интегральные микросхемы (ИМС). Логические ИМС базируются на нескольких схемных решениях, то есть, на нескольких типах логик, составляющих серии микросхем, отличающихся уровнями электрических сигналов и напряжением питания. Наибольшее распространение имеет транзистор – транзисторная логика (ТТЛ-логика) использующая биполярные транзисторы и МДП-логика, использующая полевые транзисторы. Имеются и другие типы логик.

Логические ИМС выпускаются в виде серий (наборов) элементов, которые обеспечивают выполнение большого количества логических операций. В основе каждой серии лежит схемное решение основного (базового) логического элемента, на котором создается более сложная схема. В качестве основных чаще всего выбирают элементы ИЛИ-НЕ и И-НЕ. Конкретные схемные решения для основных элементов логик можно найти в справочной литературе.

Таблица истинности элементов ИЛИ-НЕ и И-НЕ имеют вид

А	В	F = A + B
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

A	в	F = AB
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

По сравнению с таблицами истинности для элементов ИЛИ и И значения F инверсны, то есть выходная функция элементов ИЛИ и И подвергнута операции НЕ.

Обозначение логических элементов ИЛИ-НЕ и И-НЕ приведено на рис.77а,б.

95

Рис. 77. Логические элементы Рис. 78. Выполнение логической

ИЛИ-НЕ и И-НЕ операции НЕ

Указанные элементы выбраны в качестве базовых в сериях из-за того, что они являются универсальными. На их основе можно не только реализовать в чистом виде основные операции НЕ, ИЛИ, И, но и построить любое логическое и цифровое устройство.

Так, например, операция НЕ может быть осуществлена на схемах ИЛИ-НЕ и И-НЕ когда на каждом из входов действует переменная А (рис.78а,б).

Операция И выполняется схемами, показанными на рис.79.

Рис. 79. Выполнение логической операции И

Операция ИЛИ выполняется схемами, показанными на рис.80.

Рис. 80. Выполнение логической операции ИЛИ