НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ

ВІДОКРЕМЛЕНИЙ ПІДРОЗДІЛ НАЦІОНАЛЬНОГО УНІВЕРСИТЕТУ

БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ

«ІРПІНСЬКИЙ ЕКОНОМІЧНИЙ КОЛЕДЖ»

«КОМП’ЮТЕРНА ЕЛЕКТРОНІКА»

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

Напрям "Комп'ютерна інженерія"

Спеціальність 5.05010201

"Обслуговування комп'ютерних систем та мереж"

Освітньо-кваліфікаційний рівень "Молодший спеціаліст"

Денна форма навчання

ІРПІНЬ – 2011

УДК 004.75

П 00

Методичні рекомендації до виконання практичних робіт з дисципліни «Комп’ютерна електроніка» містять тему, мету, завдання для практичних робіт, перелік питань для самоконтролю студентів і список рекомендованої літератури. Призначені допомогти студентам оволодіти навчальним матеріалом, сформувати у майбутніх фахівців навички практичної роботи з вимірювання параметрів елементів комп'ютерної електроніки, а також моделювання їх роботи за допомогою сучасних програмних засобів, таких як Electronic Workbench та ін.

Розглянуто і схвалено на засіданні циклової комісії комп’ютерних дисциплін ВП НУБіП України «Ірпінський економічний коледж».

Протокол № 1 від 29.08.2011р.

Рекомендовано до друку методичною радою ВП НУБіП України

«Ірпінський економічний коледж».

Протокол№ 1 від 30.08.2011 р.

Укладач: Петрашенко О.М., викладач комп’ютерних дисциплін ВП НУБіП «Ірпінський економічний коледж».

Рецензенти: Костюченко Г.М, викладач комп’ютерних дисциплін ВП НУБіП «Ірпінський економічний коледж», спеціаліст вищої категорії.

Фрідріхсон Н.В., викладач комп’ютерних дисциплін ВП НУБіП «Ірпінський економічний коледж», спеціаліст вищої категорії.

«КОМП’ЮТЕРНА ЕЛЕКТРОНІКА»

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

ДО ВИКОНАННЯ ПРАКТИЧНИХ РОБІТ

для студентів денної форми навчання спеціальності 5.05010201

«Обслуговування комп’ютерних систем і мереж»

Укладач: Петрашенко О.М.,

Редактор: А.Г. Заболотна

Видавничий центр ВП НУБіП України «ІЕК»

08200, м. Ірпінь, вул. Гагаріна, 9

Зміст

Розглянуто і схвалено на засіданні циклової комісії комп’ютерних дисциплін ВП НУБіП України «Ірпінський економічний коледж». 2

Протокол № 1 від 29.08.2011р. 2

Рекомендовано до друку методичною радою ВП НУБіП України 2

«Ірпінський економічний коледж». 2

Протокол№ 1 від 30.08.2011 р. 2

«КОМП’ЮТЕРНА ЕЛЕКТРОНІКА» 2

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ 2

ВСТУП 5

Лабораторна робота № 1. 6

Дослідження напівпровідникового діода. 6

Лабораторна робота № 2. 13

Дослідження напівпровідникового стабілітрона. 13

Лабораторна робота № 3. 18

Дослідження біполярного транзистора. 18

Транзистором називають електронний напівпровідниковий прилад, призначений для посилення, генерування та перетворення електричних коливань. Зазвичай виділяють два класи транзисторів: біполярні транзистори (БТ) й польові транзистори. 18

22

Дослідження польового транзистора з р-n переходом. 23

Лабораторна робота № 5. 30

Дослідження польового МДН транзистора. 30

Лабораторна робота № 6. 39

Дослідження комбінаційних схем. Базові логічні елементи І і АБО. 39

Лабораторна робота № 7. 45

Дослідження суматорів - полусуматор і повний суматор. 45

Лабораторна робота № 8. 50

Дослідження RS тригера. Тригери асинхронні і з синхронізуючим входом. 50

2. За допомогою ключів (керуються клавішами [W] і [Q]) подати на вхід схеми комбінації значень R і S. Значення виходів занести в таблицю 3.  53

Мал. 8.4. Схема для дослідження асинхронного RS-тригера 53

Таблиця 3. Таблиця істинності синхронного RS-тригера 53

Лабораторна робота № 9. 55

Дослідження лічильників на JK та D тригерах. 55

Лабораторна робота № 10. 63

Дослідження мультиплексорів. 63

Лабораторна робота № 11. 69

Дослідження дешифраторів, шифраторів. 69

Лабораторна робота № 12. 75

Дослідження послідовного та паралельного регістрів. 75

Лабораторна робота № 13 81

Аналогo-цифрові та цифро-аналогові перетворювачі ЦАП сходового типу. 81

Лабораторна робота № 14 85

Аналогo-цифрові та цифро-аналогові перетворювачі. АЦП прямого перетворення. 85

Основні теоретичні відомості 85

Лабораторна робота № 15 87

Система команд микроконтроллера PIC16FXХ 87

Таблиця П15.1. Система команд PIC16C74 99

Лабораторна робота № 16 101

Програмування портів вводу-виводу мікроконтролера PIC. 101

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ 110

Додаток А. Дослідження лічильників на JK та D тригерах . 110

Додаток Б. Дослідження комбінаційних схем. Базові логічні елементи. 114

Додаток В. Дослідження тригерів 116

Додаток Г. Дослідження регістрів 117

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА 119

ВСТУП

Становлення України як економічно міцної європейської держави вимагає інтенсифікації виробництва за рахунок його інтелектуалізації. За таких умов, пріоритетного значення набуває проблема формування у молоді готовності до використання досягнень науково-технічного прогресу, зокрема в галузі новітніх інформаційних технологій, особливо – сучасних технологій роботи в локальних мережах ЕОМ та в глобальних телекомунікаційних мережах, залучення її до винахідницької та раціоналізаторської діяльності.

Політехнічне навчання учнів вимагає розвитку пізнавального інтересу, технічного мислення, елементів конструкторсько-технологічних знань та умінь. Працюючи над об’єктами конструювання, учні засвоюють принципи їх роботи, поглиблюють свої знання з фізики, математики, набувають навичок в читанні креслень, складанні ескізів, моделювання, плануванні технологічного процесу та організації творчої діяльності.

Лабораторні роботи з дисципліни «Комп'ютерна електроніка» дають можливість студентам закріпити на практиці пройдений теоретичний матеріал, проявити творчість при реалізації завдань з використанням сучасних програмних засобів комп'ютерного моделювання (програма Electronic Workbench). До того ж дуже корисною рисою даного курсу лабораторних робіт є те, що студенту дається навик і розуміння суті математичного моделювання реальних фізичних процесів та електронних приладів комп'ютерної техніки. Порівняння результатів математичного моделювання електронних приладів і схем з вимірами на реальних схемах дозволяє підвищити якість навчання з даної дисципліни.

Лабораторна робота № 1. Дослідження напівпровідникового діода.

Мета: Вивчення принципів дії та основних властивостей напівпровідникових діодів; дослідження їх вольтамперних характеристик, ознайомлення з основними параметрами та використанням.

Програмне забезпечення: програмне забезпечення комп'ютерного моделювання електронних схем (програма Electronic Workbench).

Основні теоретичні відомості

Напівпровідниковий прилад з одним р-n - переходом, що має два омічних виводу, називають напівпровідниковим діодом (мал.1.1). Одна з областей р-n - структури (р +), звана емітером, має велику концентрацію основних носіїв заряду, ніж інша область (n), звана базою.

Мал.1.1. Схематична структура діода.

Вольт-амперна характеристика pn -переходу

Властивості електронно-діркового переходу наочно ілюструються його вольтамперною характеристикою (мал. 1.2, а), що показує залежність струму через р-п перехід від величини і полярності прикладеної напруги.

Мал. 1.2. Характеристики р-п переходу: а - вольтамперна; б - опору

Аналіз вольтамперної характеристики р-п переходу дозволяє розглядати його як нелінійний елемент, опір якого змінюється залежно від величини і полярності прикладеної напруги (мал. 1.2, б). При збільшенні прямої напруги опір р-п переходу зменшується. Із зміною полярності і величини прикладеної напруги опір р-п переходу різко зростає. Отже, пряма (лінійна) залежність між напругою і струмом (закон Ома) для р-п переходів не дотримується. Нелінійні властивості р-п переходів лежать в основі роботи напівпровідникових приладів, що використовуються для випрямляння змінного струму, перетворення частоти, обмеження амплітуд і т.д.

Методичні рекомендації

Використання програмного забезпечення Electronic Workbench у даної лабораторної роботі

Розділ “Diodes” (мал.1.3) містить напівпровідникові діоди, стабілітрони, світлодіоди , тиристори або динистори, , симетричний динистор або діак, симетричний тринистор або тріак , випрямляючий міст.

Мал. 1.3. Розділ “Diodes” програми Electronic Workbench.

• – напівпровідникові діоди;

• – стабілітрони;

• – світлодіоди;

• – випрямляючий міст;

• – діод Шоклі;

• – тиристори або динистори;

• – симетричний динистор або діак;

• – симетричний тринистор або тріак.

Розглянемо властивості діода, які задаються користувачем , для цього потрібно натиснути два рази лівою кнопкою мишки на діоді та в діалоговому вікні “Diode Properties” вибрати потрібний діод на закладці “Models”. Якщо потрібно змінити параметри то натисніть кнопку “Edit”. У діалоговому вікні, яке складається із двох однакових на зовнішній вигляд закладок ( перша із них показана на мал. 1.4, друга показана на мал. 1.5), за допомогою яких задати наступні параметри:

• N – коефіцієнт інжекції;

• EG – ширина забороненої зони, еВ;

• FC – коефіцієнт нелінійності бар’єрної ємності прямо зміщеного перехода;

• BV – напруга пробою, В; для стабілітронів замість цього параметра використовується параметр VZT – напруга стабілізації;

• ІBV –початковий струм пробою при напрузі BV, А; для стабілітронів замість цього параметра використовується параметр ІZT – початковий струм стабілізації;

• XTI – температурний коефіцієнт струму насичення;

• KF – коефіцієнт фліккер-шума;

• AF – показник степеня в формулі для фліккер-шума;

• TNOM – температура діода, 0 С.

Мал. 1.4. Зовнішній вигляд меню для встановлення параметрів діода.

Мал. 1.5. Зовнішній вигляд меню для встановлення додаткових параметрів діода.

Еквівалентні схеми діода показані на мал. 1.6, а, б, на яких позначено: А – анод, К – катод, І – джерело струму, R_s – об’ємний опір, С – ємність переходу , G_min – провідність, обумовлена струмом утічки.

Мал. 1.6. Еквівалентна схема діода.

Вольтамперна характеристика діода визначається наступними виразами:

д ля прямої вітки :

для зворотної вітки :

Де І₀=І_s – зворотній струм діода при температурі TNOM ; N– коефіцієнт інжекції; BV, IBV – напруга і струм пробою; U_t – температурний потенціал переходу; U– напруга на діоді.

При розрахунку перехідних процесів використовуються еквівалентна схема діода (мал. 1.6,б) для якої ємність переходу визначається за допомогою виразів:

В приведених формулах t – час переносу заряду; CJO – бар’єрна ємність при нульовому зміщені на переході; VJ – контактна різниця потенціалів; m – 0,33…0,5 – параметр переходу.

Дослідження прямої вітки ВАХ діод може бути проведено за допомогою схеми мал. 1.7. Вона складається із джерела струму І, амперметра А (можна обійтись і без нього, оскільки струм в амперметрі точно рівний заданому ), досліджуваного діода VD і вольтметра V для вимірювання напруги на діоді.

Мал. 1.7. Дослідження прямої вітки ВАХ діода;

Для дослідження зворотної вітки ВАХ діода використовується схема на мал. 1.8. В ній замість джерела струму використовується Ui із запобіжним резистором Rz для обмеження струму через діод в разі його пробою.

Мал. 1.8. Дослідження зворотної вітки ВАХ діода;

Крім поодиноких діодів, в бібліотеці EWB є також діодний міст, для якого можна додатково задавати коефіцієнт емісії N (Emission Coefficient).

Мал. 1.9. Вибір типу діода;

Мал. 1.10. Визначення параметрів діода

Мал. 1.11. Додаткові параметри діода;

На мал. 1.9-11 приведений приклад створення моделей вітчизняних діодів: D814AD (Is=3920E-12 N=1.19 RS=1.25 Cjo=41.5p TT=49.11n M=0.41 Vj=0.73 FC=0.5 BV=8 IBV=0.5 EG=1.11 Xti=3); KD512AD (Is=2.27E-13 N=1 RS=1.17 Cjo=2.42p TT=1.38n M=0.25 Vj=0.68 FC=0.5 BV=8 IBV=1E-11 EG=1.11 Xti= 3)