Полный мост (Гретца)

На четырёх диодах, широко известный как «двухполупериодный», изобретён немецким физиком Лео Гретцем. Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна   то есть вдвое больше, чем в четвертьмостовом.

Эквивалентное внутреннее активое сопротивление равно  .

Ток в нагрузке равен

Мощность в нагрузке равна

Частота пульсаций равна  , где   — частота сети.

Наибольшее мгновенное значение напряжения на диодах — 

Выбор принципиальной схемы выпрямителя

Выбор схемы выпрямителя производят в зависимости от значения требуемой выходной мощности, выходного напряжения, коэффициента пульсаций, числа фаз. Критериями для выбора конкретного вида выпрямителя служат достоинства и недостатки рассмотренных выпрямителей.

Однополупериодные выпрямители применяются в основном с выходной мощностью до 10 Вт и в тех случаях, когда допускается сравнительно высокий коэффициент пульсаций. Преимуществом таких выпрямителей являются простота и возможность работать без трансформатора. Их недостатки: низкая частота пульсаций, высокое обратное напряжение на выпрямительных диодах, плохое использование трансформатора, подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током.

Двухполупериодные выпрямители со средней точкой применяются при напряжениях нагрузки до нескольких десятков вольт и выходной мощности до 50 Вт. На выходе выпрямителя устанавливают Г- или П-образные LC и RC фильтры. Преимущества этих выпрямителей: повышенная частота пульсаций, малое число вентилей, возможность применения общего радиатора без изоляции вентилей, малое падение напряжения на вентилях. Недостатки: большая требуемая габаритная мощность трансформатора, повышенное обратное напряжение на вентильных диодах.

Мостовая схема выпрямления применяется наиболее часто. Ее применяют с емкостным, Г- или П-образными LC- и RC-фильтрами. Достоинствами мостовых выпрямителей являются: повышенная частота пульсаций, небольшое обратное напряжение на выпрямительных диодах, эффективное использование трансформатора. Недостатками являются: повышенное падение напряжения на вентилях, невозможность установки однотипных вентилей на одном радиаторе без изолирующих прокладок.

36. Электроника  — наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и методах создания электронных приборов и устройств для преобразования электромагнитной энергии, в основном для передачи, обработки и хранения информации.

Транзи́стор (англ. transistor), полупроводниковый триод — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. В общем случае транзистором называют любое устройство, которое имитирует главное свойство транзистора - изменения сигнала между двумя различными состояниями при изменении сигнала на управляющем электроде.

По структуре

Транзисторы

Биполярные

Полевые

p-n-p

n-p-n

С p-n-переходом

С изолированным затвором

С каналом n-типа

С каналом p-типа

Со встроенным каналом

С индуцированным каналом

Принцип действия и способы применения транзисторов существенно зависят от их типа и внутренней структуры, поэтому подробная информация об этом отнесена в соответствующие статьи.

• Биполярные

  • n-p-n структуры, «обратной проводимости».

  • p-n-p структуры, «прямой проводимости»

В биполярном транзисторе носители заряда движутся от эмиттера через тонкую базу к коллектору. База отделена от эмиттера и коллектора pn переходами. Ток протекает через транзистор лишь тогда, когда носители заряда инжектируются из эмиттера в базу через pn переход. В базе они являются неосновными носителями заряда и легко проникают через другой pn переход между базой и коллектором, ускоряясь при этом. В самой базе носители заряда движутся за счет диффузионного механизма, поэтому база должна быть достаточно тонкой. Управления током между эмиттером и коллектором осуществляется изменением напряжения между базой и эмиттером, от которой зависят условия инжекции носителей заряда в базу.

• Полевые

  • с p-n переходом

  • с изолированным затвором - МДП - транзистор

В полевом транзисторе ток протекает от истока до стока через канал под затвором. Канал существует в легированном полупроводнике в промежутке между затвором и нелегированнойподложкой, в которой нет носителей заряда, и она не может проводить ток. Преимущественно под затвором существует область обеднения, в которой тоже нет носителей заряда благодаря образованию между легированным полупроводником и металлическим затвором контакта Шоттки. Таким образом ширина канала ограничена пространством между подложкой и областью обеднения. Приложенное к затвору напряжение увеличивает или уменьшает ширину области обеднения и, тем самым, ширину канала, контролируя ток.

Разновидности транзисторов:

• Однопереходные ( Двухбазовый диод )

• Криогенные транзисторы (на эффекте Джозефсона)

• Многоэмиттерные транзисторы

• Баллистические транзисторы

• Одномолекулярный транзистор

44.

Цифровая электроника. Логические элементы. Универсальные логические элементы. Таблица переключения логических элементов.

Цифровые устройства являются составной частью всех ЭВМ, систем автоматического управления, автоматизированного управления и предназначены для обработки, хранения и передачи дискретной (цифровой) информации.

Логические элементы — устройства, предназначенные для обработки информации в цифровой форме (последовательности сигналов высокого — «1» и низкого — «0» уровней в двоичной логике, последовательность «0», «1» и «2» в троичной логике, последовательности «0», «1», «2», «3», «4», «5», «6», «7», «8» и «9» в десятичной логике). Физически логические элементы могут быть выполнены механическими, электромеханическими, электронными, пневматическими, гидравлическими, оптическими и др устройствами.

Универсальные логические элементы

Универсальные логические элементы могут использоваться для выполнения разнообразных операций над своими входными данными. Конкретная операция зависит от того, какие сигналы поданы на управляющие входы. Чтобы синтезировать такой универсальный логический элемент, обычно пользуются СКНФ (Совершенная Конъюнктивная Нормальная Форма) или СДНФ (Совершенная Дизъюнктивная Нормальная Форма), как и в синтезе комбинационных логических схем.

45.

 Цифровые устройства являются составной частью всех ЭВМ, систем автоматического управления, автоматизированного управления и предназначены для обработки, хранения и передачи дискретной (цифровой) информации.

Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.

Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.

Важным методом, используемым для описания функционирования RS- триггера, является метод таблиц состояний (таблиц переходов). Таблица состояний (рис. 3.3.а) RS-триггера в сокращенной форме (эту таблицу называют также управляющей таблицей, таблицей функционирования) содержит два входных сигнала (сигналы R и S) и один выходной сигнал Q (функция). Хотя триггеры имеют два выхода - один прямой Q, а другой - инверсный `Q,в описании триггера и в таблице состояний указывают лишь состояние прямого выхода Q.

  Из таблицы состояний триггера видно, что при подаче на вход R уровня лог. «1» триггер принимает состояние логического «0», а при подаче управляющего сигнала «1» на вход S - состояние «1». Следует отметить также, что если до подачи управляющего сигнала, например, на вход R, триггер находился в состоянии логического «0», его состояние не изменится и после подачи сигнала «1» на вход R. Если на обоих входах триггера имеются уровни логического «0»- это состояние соответствует режиму хранения и триггер сохраняет предыдущее состояние. В таблице это состояние обозначено условно Q0. При подаче на входы R и S одновременно уровня «1» триггер будет находиться в неопределенном (или неправильном) состоянии, поэтому такое сочетание сигналов R и S называется запрещенной комбинацией управляющих сигналов и в таблице состояний обозначается буквой a.

  Сокращенная таблица состояний триггера отражает лишь динамику изменения состояния триггера и не учитывает свойство триггера запоминать единицу информации. Полная таблица состояний триггера должна учитывать влияние (на процесс управления) значения предыдущего состояния  триггера Q0.  Причем  Q0представляется как входная переменная. Полная таблица состояний RS -триггера приведена на рис. 3.3, б.

Таблицу состояний строят так же, как и таблицу истинности.

  Анализ таблицы показывает, что только в ситуациях, описываемых строками 4 и 5, происходит изменение состояния триггера.

 

Рис. 3.3. RS - триггер: а) - упрощенная таблица состояний; б) полная таблица

переходов; в) Карта Карно; г) RS - триггер, управляемый сигналом низкого

уровня (      триггер); д) RS - триггер на элементах базиса ИЛИ-НЕ

 

  Рассмотрим строку 4. После того, как подается сигнал на вход R, триггер сбрасывается, т.е. переходит из состояния “1” в состояние “0”.

Рассмотрим строку 5. Триггер устанавливается, т.е. переходит из состояния “0” в состояние “1”, в результате подачи сигнала “1” на вход S.         Для строк 1 и 2 сигналы S =01* и R=0, и, следовательно, никаких изменений в состоянии триггера не происходит. Для строки 3 сигнал R=1, и этот сигнал в нормальных условиях должен сбросить триггер, но так как триггер уже “сброшен” и Q = 0, то сигнал R = 1 не изменяет его состояние.

  Аналогично для строки 6 сигнал S = 1, и этот сигнал в обычных условиях будет устанавливать триггер в “1”, но Q = 1, и, следовательно, состояние триггера останется без изменений до поступления следующего сигнала R.

  Особенность RS-триггера заключается в том, что при подаче одновременно на входы R и S сигнала, соответствующего логической 1, состояние триггера становится неопределенным: на обоих выходах Q и `Q установится уровень “1”, а после снятия со входов управляющих сигналов, в силу случайных причин, триггер может установиться в состояние “0” либо “1”. Очевидно, что для нормальной работы триггера необходимо исключить указанное сочетание входных сигналов, приводящее к неопределенному состоянию, что можно осуществить, предусмотрев выполнения запрещающего условия R × S=0.

  Из таблицы состояний может быть получено уравнение, описывающее поведение триггера. Это уравнение носит название характеристического уравнения триггера. Оно показывает, как меняется состояние триггера в зависимости от текущих значений состояния и входов.

  Для получения упрощенного аналитического выражения, описывающего поведение RS-триггера, построим карту Карно и проведем соответствующие контуры (рис. 3.3, в). Полученное характеристическое уравнение триггера имеет вид

 .

   Применив закон де Моргана преобразуем полученные выражение в базис И-НЕ:

 .

  Схема RS- триггера, реализованного в выбранном базисе, приведена на рис. 3.3, г.

      Из формулы RS - триггера видно, что при реализации его в базисе И-НЕ, триггер управляется сигналами низкого уровня, т.е. уровня лог. "0" (если не предусмотрены инверторы). Для приведения поведения триггера, выполненного на элементах И-HE, в соответствие с таблицей состояний сигналы S и R необходимо инвертировать.

  Из анализа схемы рис. 3.3, г очевидно, что простой RS триггер можно сконструировать, соединив “крест-накрест” два элемента И-НЕ.

Входные линии триггера обозначены как    и   , поскольку триггер устанавливается при   =0 и сбрасывается при   =0. Такой триггер иногда называют RS-триггер с инверсными входами или конъюнктивной бистабильной ячейкой.

Схема RS-триггера, реализовнная в базисе И-HЕ в соответствии с таблицей состояний, приведена на рис. 3.3, д.          Для построения RS -триггера на элементах ИЛИ-НЕ приведем формулу триггера в базис ИЛИ-НЕ

 

 .

 

  Схема RS -триггера, выполненная на элементах базиса ИЛИ-HЕ, приведена на рис. 3.4, а. Временные диаграммы, поясняющие работу RS-триггера, приведены на рис. 3.4, б.

Из временных диаграмм (рис. 3.4, б) следует, что рассмотренные выше RS-триггеры опрокидываются, т.е. управляются сигналами R и S, в любой момент         времени. В тех случаях, когда длительности управляющих сигналов не синхронизированы (не согласованы), триггер может находиться в неопределенном состоянии (интервалы времени t4, t5), и поэтому такие триггеры называют асинхронными.

 

Триггер, построенный на базе элементов ИЛИ-НЕ, называют также дизьюнктивной бистабильной ячейкой. Бистабильные ячейки, помимо самостоятельного применения, входят в качестве составного узла в триггеры других типов.

46. Преобразование цепей

Последовательное соединение

Параллельное соединение

Треугольник в звезду

Звезда в треугольник

Расчет любых электрических цепей во многих случаях можно значительно облегчить. Для этого нужно выполнить эквивалентное преобразование схемы электрической цепи одного вида в схему другого вида. Целесообразное выполнения метода свертывания электрической схемы приводит к уменьшению числа ее ветвей или узлов. В результате уменьшается количество уравнений, определяющих ее состояние.

Во всех случаях при замене заданных электрических схем эквивалентными необходимо выполнять условия неизменности токов и напряжений в тех частях схемы, которые не затронуты преобразованиями!

Преобразование треугольник-звезда позволяет упростить расчёт цепей содержащих замкнутые контуры из резисторов и других пассивных элементов. Дальнейшие рассуждения проводятся для резисторов, но фактически применимы к произвольным импедансам. Идея преобразования — замена треугольника из резисторов более простой эквивалентной схемой — звездой.

[править]Прямое преобразование

 

Сопротивление между выводами 1 и 2 схеме «звезда» есть R1+R2, а в схеме «треугольник» резистор R12 соединён параллельно с последовательно соединёнными R23 и R13, то есть сопротивление между выводами 1 и 2 R1+R2=R12(R23+R13)/(R12+R23+R13), аналогично для других пар выводов. Решая эту очень простую систему уравнений, получаем:

Преобразование треугольник-звезда бывает полезно, например, при расчёте сопротивления неуравновешенного моста

R1/R2≠R4/R3.

[править]Обратное преобразование

Если решить исходную систему уравнений относительно сопротивлений R12, R13 и R23, то получим формулы для обратного преобразования, из звезды в треугольник: