МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНОЇ РОБОТИ

З ДИСЦИПЛІНИ

«ЕЛЕКТРОНІКА ТА МІКТРОСХЕМОТЕХНІКА»

для студентів денної форми навчання

за напрямом «6.050202 Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології»

ІНЖЕНЕРНО-ХІМІЧНОГО ФАКУЛЬТЕТУ НТУУ «КПІ»

Розглянуто на засіданні

кафедри промислової електроніки

Протокол № 1 від 28.08.2012р.

Зміст

Вступ	3
1. Мета, зміст та принцип оцінювання РГР	4
2. Вимоги до виконання РГР	5
3. Теоретичні відомості	9
3.1. Частина 1: Аналіз довідникових даних напівпровідникового елементу	9
3.1.1. Огляд файлів з довідниковими даними	9
3.1.2. Розрахунок параметрів елементів за довідниковими даними	9
3.1.3. Параметри та характеристики біполярних транзисторів	11
3.1.4. Параметри та характеристики польових транзисторів та IGBT	16
3.2. Частина 2: Розрахунок параметрів елементів та схем	17
3.2.1. RC-підсилювач	18
3.2.2. Стабілізатор напруги	22
3.2.3. Операційні підсилювачі та схеми на їх базі	26
3.2.3.1. Масштабні інвертуючи та неінвертуючі підсилювачі	27
3.2.3.2. Масштабні суматори	27
3.2. 3.3. Інтегратори	29
3.2.4. Генератори імпульсів. Мультивібратор	31
3.2.5. Генератори лінійно-змінної напруги	35
3.2.6. Випрямлячі	37
3.3. Частина 3: Складання та реалізація логічних функцій	42
3.3.1. Основні положення алгебри логіки	42
3.3.2. Способи представлення логічних функцій	44
3.3.3. Мінімізація логічних функцій за допомогою карт Карно	47
3.3.4. Схемна реалізація логічних функцій. Логічні елементи	49
Рекомендована література	54
Додаток 1. Приклад оформлення титульної сторінки РГР
Додаток 2. ГОСТ 2.730-73 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые
Додаток 3. Варіанти завдань на РГР
Додаток 4. Огляд файлів Data Sheet напівпровідникових елементів
Додаток 5. Довідникові дані на операційні підсилювачі
Додаток 6. Приклади серійно логічних елементів

Вступ

Сучасна електроніка характеризується широким застосуванням напівпровідникових приладів, електронних пристроїв керування та силових напівпровідникових перетворювачів.

Предмет вивчення кредитного модуля «Електроніка та мікросхемотехніка» складають основні принципи створення та функціонування напівпровідникових приладів та пристроїв, побудованих на їх базі, їх використання в системах автоматизованого управління технологічними процесами з урахуванням вимог енергозбереження.

Метою кредитного модуля є формування знань в галузі сучасної елементної бази напівпровідникової електроніки, схемотехніки перетворювальних пристроїв, що працюють з аналоговими, імпульсними та цифровими сигналами, принципів побудови систем керування та суміжних питань.

Отримані знання надають студентами вміння читати схеми, розуміти функціональне призначення вже існуючих пристроїв та за необхідності створювати пристрої з бажаними функціональними характеристиками із застосуванням відомої елементної бази, розраховувати перетворювальні пристрої, працювати в області цифрової електроніки, розуміти принципи функціонування основних перетворювальних пристроїв та здатність формувати структуру систем автоматизації на базі конкретних функціональних блоків. Використовуючи довідкову літературу, вміти вибрати прилади та обладнання для проведення досліджень в галузі автоматизації.

1. Мета, зміст та принцип оцінювання ргр

Метою розрахунково-графічної роботи, передбаченої в курсі „Електроніка і мікросхемотехніка” є узагальнення теоретичних знань та застосування цих знань для вирішення конкретних інженерних завдань.

Розрахунково-графічна робота (РГР) складається з трьох завдань, що охоплюють тематику основних розділів курсу і оцінюється в 42 бали, відповідно до розробленої рейтингової системи оцінювання:

1 завдання – аналіз основних параметрів напівпровідникового елементу відповідно до довідникових даних на елемент – 20 балів;

2 завдання – розрахунок параметрів схеми напівпровідникового перетворювача (підсилювачі сигналів, генератори сигналів, генератори імпульсів, масштабні перетворювачі на базі операційних підсилювачів) – 8 балів;

3 завдання – вивчення елементної бази цифрової електроніки, складання логічних функцій та їх реалізація на базі елементів цифрової електроніки – 14 балів.

Оцінювання РГР здійснюється наступним чином:

– виконані всі вимоги до оформлення роботи, всі завдання виконані без помилок, присутній творчий підхід при виконанні роботи – 38-42 бали (>95% - «відмінно»);

– виконані майже всі вимоги до роботи, або є несуттєві помилки, не повністю відображена необхідна інформація – 28-38 балів (75-94%, «добре»);

– є недоліки щодо виконання вимог до роботи і суттєві помилки, інформація представлена частково – 20-27 балів (60-74%, «задовільно»);

– не відповідає вимогам до «задовільно» – задачі розв’язані частково, з помилками, студент відчуває складності з поясненням ходу виконання роботи – менше 20 балів (робота потребує виправлення і доопрацювання).

Зарахована РГР є обов’язковою умовою допуску студента до здачі заліку, причому бали, отримані студентом за виконання РГР, є стартовим рейтингом у випадку написання ним залікової роботи.

2. Вимоги до виконання ргр

Розрахунково-графічна робота виконується на білих листках формату А4. При виконанні РГР на комп’ютері, використовується шрифт Times New Roman, 14pt, вирівнювання тексту – по ширині. Рисунки та таблиці розміщуються посередині сторінки, з обов’язковими підписами та посиланням на них в тексті. При виконанні роботи у формі рукописного тексту, вимоги до форматування тексту, рисунків та таблиць аналогічні. У випадку великих за розміром таблиць та рисунків, вони можуть бути розміщені в альбомній орієнтації на сторінці.

Робота виконується літературною технічною українською мовою. У випадку необхідності використовуються англомовні скорочення, абревіатури та терміни. Використання сленгу або русизмів є неприпустимим.

При перекладі англійського тексту та термінів бажано використовувати технічні англійсько-українські (англійсько-російські) словники, а у випадку використання автоматичних перекладачів вичитувати отриманий текст та коригувати його відповідно до смислового навантаження.

При роботі з довідниковим матеріалом та ГОСТ-ами чітко дотримуватися наведених в них формулювань щодо термінів та позначень параметрів.

Робота може оформлюватися або на комп’ютері, або в рукописному форматі за бажанням студента, але обов’язковою вимогою є охайність, чіткість та правильність викладення думок, аналізу даних та здійснення графічних побудов. За бруд в тексті, незрозумілі чи неточні формулювання, формули, розрахунки буде знижуватися бал.

Оскільки РГР складається з трьох окремих завдань, допускається здавати кожне завдання окремо, згідно з встановленим викладачем графіком здачі РГР. При цьому, кожне завдання оформляється з власною титульною сторінкою, на якій вказується номер завдання. Форма титульної сторінки наведена в додатку 1.

При оформленні РГР обов’язково наводиться повний текст кожного завдання, після чого наводяться необхідні розрахунки, графіки, рисунки і т.п.

Графіки та рисунки будуються або з використанням комп’ютерних програм, або за допомогою лінійки та олівця. В обох випадках необхідно дотримуватися наступних вимог:

1. при наведенні графіків (наприклад, вольт-амперних характеристик, часових залежностей струмів, напруг, температурних залежностей параметрів) обов’язково вказувати по осях координатної сітки параметри та їх одиниці вимірювання, на самих координатних осях наносити поділки, що відповідають кроку зміни параметрів, та бажано наносити сітку, для більш зручного визначення параметрів за графіками. Приклад характеристик, оформлених відповідно до даних вимог, наведений на рис.1.

а)	б)
	Рис.1. Вихідні вольт-амперні характеристики (стокові) польового транзистора (а), часова залежність напруги (б)

2. рисунки підписуються так, як це показано на рис. 1: «Рис.1. Вихідні вольт-амперні характеристики (стокові) польового транзистора (а), часова залежність напруги (б)»

3. графіки та рисунки виконуються або на комп’ютері – малюються в спеціальних програмах, вставляються як об’єкти з інших документів, або від руки олівцем. В останньому випадку всі лінії малюються обов’язково під лінійку.

4. схематичні позначення приладів повинні відповідати нормативним вимогам (див. додаток 2) або довідниковим даним на даний елемент.

5. при зображенні схем обов’язково місця з’єднання віток складних схем позначати точками, вказувати полярність підключення джерела живлення, наводити символьні позначення елементів схеми: Е (U) – джерело живлення, R – резистор (опір), C – конденсатор (ємність), L – котушка індуктивності (індуктивність), TV – трансформатор, w1 – первинна обмотка трансформатора, w2 – вторинна обмотка трансформатора, VD – діод, VT – транзистор (біполярний, польовий, IGBT), DA – позначення аналогової мікросхеми (операційний підсилювач), DD – позначення цифрової мікросхеми (логічні елементи). Нумерація однотипних елементів на схемі виконується згори-вниз і зліва-направо (див. рис.2).

а) б)

Рис.2. Схема випрямляча з нульовим виводом трансформатора (а) та RC-підсилювача (б)

6. в тому випадку, коли наводиться декілька часових діаграм, які пояснюють роботу схеми і які зняті в різних її точках, вони наводяться із часовим узгодженням одна відносно іншої (рис.3).

Рис.3. Часові діаграми напруг першої (u2’), другої (u2”) вторинних пів обмоток трансформатора, струмів діодів (iVD1, iVD2) та середнього значення випрямленого струму (Id)

При розрахунках параметрів схем наводяться необхідні формули спершу в символьному вигляді, а потім показується підстановка числових значень параметрів та здійснюються необхідні розрахунки. У формулах одиниці вимірювання параметрів не вписуються, а вказуються лише для параметру, що є кінцевим результатом розрахунку за певною формулою.

Теоретичні викладки, процес аналізу характеристик та даних, розрахунки та висновки потрібно викладати послідовно та логічно, обґрунтовуючи послідовність дій.

Завдання РГР їх зміст формується викладачами, що ведуть лекційні та практичні заняття. Приклади типових завдань до РГР наведені в додатку 3.

Для допомоги студентам у виконанні РГР далі наведено короткі теоретичні відомості та поясненні по кожній частині.