430

УДК 658.5.011.56

Поляков, С. И. Электронные устройства мехатронных и робототехнических систем [Электронный ресурс]: методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 15.03.06

Мехатроника и робототехника / С. И. Поляков; ВГЛТУ. - Воронеж, 2019. - 13

с. - ЭБС ВГЛТУ.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО

«ВГЛТУ».

Рецензент: профессор кафедры систем управления и информационных технологий в строительстве Воронежского государственного технического университета В.И. Акимов

Введение

2

использованы для решения различных дидактических задач. Например, с

помощью лабораторно - практических работ достигается формирование умений и навыков, приобретение некоторых новых знаний, а также применение ранее полученных знаний.

Содержание самостоятельной работы на каждом этапе должно быть посильным для студентов.

Чтобы самостоятельная работа способствовала формированию инициативы и познавательных способностей учащихся, нужно предлагать такие задания, выполнение которых не допускало бы действий по готовым рецептам и шаблону. Только тогда будет достигнут нужный результат.

Методические указания призваны помочь студентам правильно организовать самостоятельную работу и рационально использовать свое время при овладении содержанием настоящей дисциплины, практическими умениями и навыками.

Самостоятельная работа направлена на освоение студентами следующих практических умений и знаний согласно требованиям рабочей программы учебной дисциплины:

– знать: классификацию и назначение основных типов электронных устройств; принципы работы, характеристики и параметры электронных устройств; методы расчета и типовые схемотехнические решения для проектирования схем усилите-лей, генераторов, логических элементов;

правила выбора и применения электронных компонентов для построения конкретных электронных устройств управления мехатронными системами.

– уметь: использовать инженерные методы расчета и выбора элементной базы при реализации и эксплуатации конкретных электронных систем, проводить проектно-конструкторские разработки электронных блоков электромеханических систем; определять технико-экономические показатели использования электронных блоков управления мехатронными системами; проводить экспериментальные исследования и настройку элементов электронных систем; работать с технической литературой,

4

справочниками, ГОСТами и технической документацией.

– владеть: навыками проектирования основных узлов и блоков электронных систем; навыками использования программных пакетов для задач разработки и моделирования электронных схем.

Методические указания по организации и проведению самостоятельной работы студентов могут быть использованы преподавателями на учебных занятиях по данной дисциплине, студентами при освоении дисциплины.

Методические указания руководства самостоятельной работой студентов:

Четко ставить задачу предстоящей самостоятельной работы.

Добиваться, чтобы студенты выполняли самостоятельную работу осознанно, то есть ясно представляли теоретические основы выполняемых действий.

Вовремя предупреждать студентов о типичных ошибках и возможных способах их избегания.

Оказывать студентам помощь, не вмешиваясь в их работу без необходимости.

При допущении студентами ошибок подводить их к осознанию и пониманию сути и причин ошибок, с тем чтобы студенты самостоятельно нашли способ их предупреждения и устранения.

Практиковать промежуточный контроль хода и результатов самостоятельной работы студентов.

Рационально распределять задания самостоятельной работы по сложности с учетом индивидуальных особенностей и способностей студентов.

Стимулировать и поощрять проявления творческого подхода студентов к выполнению заданий.

Умело сочетать индивидуальную и коллективную работу студентов.

При оценке хода и итогов самостоятельной работы студентов исходить из положительных моментов в их работе.

5

Постоянно практиковать в ходе самостоятельной работы обращение студентов к разным источникам информации.

Методические рекомендации для студентов при выполнении самостоятельной работы:

1.Внимательно прочитайте материал по конспекту, составленному на учебном занятии при изложении материала преподавателем.

2.Прочитайте тот же материал по учебнику, учебному пособию.

3.Постарайтесь разобраться с непонятным, в частности новыми терминами. Часто незнание терминологии мешает студентам воспринимать материал на теоретических и лабораторно - практических занятиях на должном уровне.

4.Составьте план прочитанного, то есть объедините главные мысли в единое целое.

5.Ответьте на контрольные вопросы для самопроверки, имеющиеся в учебнике или предложенные преподавателем.

6.Кратко перескажите содержание изученного материала «своими словами».

7.Заучите «рабочие определения» основных понятий, законов.

8.Освоив теоретический материал, приступайте к выполнению заданий, упражнений; решению задач, расчетов самостоятельной работы;

составлению графиков, таблиц.

1. Содержание разделов дисциплины

Тема 1. Введение. Виды преобразования сигналов. Основные параметры и характеристики полупроводниковых приборов. Неуправляемые выпрямители

Задачи и содержание курса. Электрические сигналы. Исторические вопросы развития дисциплины. Основные операции обработки сигналов:

усиление, фильтрация, преобразование спектра, хранение, передача.

6

Параметры и характеристики полупроводниковых приборов. Физические свойства полупроводников. Материалы и их свойства. P-n переход, его особенности. Типы полупроводниковых элементов и их вольт-амперные характеристики. Частотные и переходные характеристики. Свойства и сравнительные характеристики основных интегральных элементов.

Полупроводниковые диоды. Однополупериодные выпрямители. Мостовые выпрямители. Применение фильтров. Внешние характеристики выпрямителей. Стабилизаторы напряжения. Структурная схема выпрямителя. Использование выпрямителей в качестве вторичных источников питания. Источники эталонного напряжения и тока

Тема 2. Биполярные транзисторы. Усилительные каскады переменного тока. Усилители постоянного тока

Устройство и принцип действия биполярного транзистора, основные характеристики. Схема замещения при малых сигналах. Схемы включения транзистора. Усилительный каскад с общим эмиттером. Графический анализ усилительного каскада. Выбор рабочих точек. Схема замещения каскада.

Коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления каскада.

Температурная стабилизация каскада с общим эмиттером. Частотные характеристики каскада с общим эмиттером, полоса пропускания.

Усилительные каскады с общим коллектором. Коэффициент усиления,

входное и выходное сопротивления каскада. Многокаскадные усилители.

Ключевой режим работы биполярного транзистора. Особенности построения усилителей постоянного тока. Схемы замещения усилителей постоянного тока. Частотные характеристики усилителей. Дифференциальные усилители,

принцип действия. Коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления.

Тема 3. Полевые транзисторы. Усилители на полевых транзисторах.

Устройство и принцип действия полевого транзистора, основные характеристики. Схема замещения при малых сигналах. Схемы включения транзистора. Усилительный каскад с общим истоком. Схема замещения

7

каскада. Коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления каскада.

Ключевые режимы работы полевого транзистора.

Тема 4. Элементы оптоэлектроники. Обратные связи в усилительных устройствах. Усилители мощности.

Управляемые источники света и элементы на их основе.

Преобразователи световой энергии в электрическую (фотоприемники)-

фоторезисторы ,фотодиоды, фототранзисторы. Оптроны. Обобщенная схема усилителя с обратной связью. Влияние обратной связи на основные характеристики усилителя. Влияние обратной связи на частотные свойства усилителя. Способы включения обратной связи. Линейные усилители мощности. Особенности использования мощных транзисторов. Усилители мощности ключевого типа.

Тема 5. Операционные усилители. Устройства на операционных усилителях. Автогенераторы.

Операционный усилитель - обозначение и параметры. Идеальные и реальные операционные усилители. Устройства на основе операционных усилителей с отрицательной обратной связью - инвертирующий усилитель,

неинвертирующий усилитель, сумматор, интегратор, дифференциатор,

избирательный усилитель. Расчет коэффициентов усиления и выходного напряжения. Активные фильтры. Частотные характеристики.

Компараторы. Аналоговые ключи. Вторичные источники питания.

Триггеры Шмита. Генераторы электрических сигналов на операционных усилителях. Автогенераторы.

Тема 6. Источники вторичного электропитания. Стабилизаторы постоянного напряжения линейные.

Функциональные элементы источников питания: преобразователи переменного напряжения, параметрические стабилизаторы постоянного напряжения. Линейные стабилизаторы постоянного напряжения.

Тема 7. Источники вторичного электропитания с преобразованием.

Классификация ИВЭП. Ключевые стабилизаторы постоянного

8

напряжения. Устройства управления.

Тема 8. Цифровые устройства электронной техники.

Основы цифровой и импульсной техники. Представление информации.

Основные понятия алгебры логики. Системы счисления. Цифровые логические элементы в интегральном исполнении. Основные логические элементы - условные обозначения, таблицы истинности. Реализация логических элементов в диодной логике, ТТЛ и КМОП логике. Синхронные и асинхронные триггеры - типы, особенности, временные диаграммы.

Разновидности триггеров в интегральном исполнении. Комбинационные логические устройства - шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры.

Последовательные устройства и их разновидности. Счетчики и регистры назначение, классификация, основные типы. Характеристики импульсных сигналов. Основные требования к электронным устройствам при работе в импульсном режиме. Ключевые режимы работы элементов импульсных устройств.

Тема 9. Цифро-аналоговое и аналого-цифровое преобразование.

Цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП)

преобразователи. Принципы построения, основные параметры и характеристики. Интегральные микросхемы АЦП и ЦАП. Элементы схемотехники интегральных ЦАП и АЦП. Устройства сопряжения с объектом для цифровых ЦАП и АЦП преобразователей.

Тема 10. Электронные устройства в мехатронике и робототехнике.

Электронные устройства в мехатронике и робототехнике. Примеры использования.

Тема 11. Управление мехатронными и робототехническими системами на основе ЭВМ.

Управление мехатронными и робототехническими системами на основе ЭВМ. Управляющие ЭВМ (УВМ).

Архитектура УВМ. Промышленные контроллеры. Устройства ввода/вывода. Однокристальные микро-ЭВМ. Устройства связи с объектом.

9

Тема 12. П-, ПИ-, ПИД-регуляторы Системы автоматического управления. Качество процесса

регулирования. П-, ПИ-, ПИД-регуляторы.

Тема 13. Моделирование электронных схем контроля и управления Моделирование электронных схем контроля и управления. Основные

возможности программного обеспечения для моделирования. Примеры. Тема 14. Методы и средства автоматизации схемотехнического

проектирования электронных схем Программы автоматизированного проектирования печатных плат.

Основы конструирования радиоэлектронной аппаратуры. Разработка печатных плат. Требования к оформлению электронных схем. Виды и типы электронных схем, правила выполнения электрических схем, условные графические обозначения элементов электрических схем.

2. Самостоятельная работа студентов

Поскольку лекции читаются не в полном объеме дисциплины, то студентам на самостоятельное изучение выносится ряд разделов. Преподаватель сообщает студентам содержание данных разделов и организует контроль знаний по заявленным темам.

Самостоятельно студенты в лаборатории 406 кафедры автоматизации производственных процессов дорабатывают лабораторно-практические работы, готовят отчеты по каждой из них.

10