ГИА 2024 Ответы УТС (НЕ ВСЕ)
.pdf
16.Ключевой режим работы биполярного транзистора: схема с общим эмиттером (ОЭ), диаграммы работы.
Ключевым режимом называется такой режим работы транзистора, при котором он может находиться только в двух возможных положениях: либо в зонеотсечки(транзисторзапертиегоможнорассматриватькакразомкнутый ключ), либо в зоне насыщения (транзистор полностью открыт и его можно рассматривать как замкнутый ключ). В активной зоне рабочая точка находится только в течение короткого промежутка времени, необходимого для перехода её из одной зоны в другую, при этом переход транзистора из закрытого состояния в открытое и наоборот производится достаточно быстро.
Режим отсечки, при котором оба его перехода (эмиттерный и коллекторный) будут закрыты, описывается следующими выражениями. Ток базы в этом случае равен 0, ток коллектора равен обратному току Iко. Уравнение динамического режима будет иметь вид Uкэ = Ек - Iко Rк.
Произведение Iко Rк ≈ 0, значит, напряжение коллектор-эмиттер транзистора Uкэ будет стремиться к напряжению источника питания Ек.
В режиме насыщения, когда оба перехода (эмиттерный и коллекторный) открыты, в транзисторе происходит свободный переход носителей зарядов. Ток базы транзистора Iб будет максимален, а ток коллектора примерно равен току насыщения транзистора, т. е. Iк = Iкн, Uкэ = Ек - Iкн Rн. Произведение Iкн Rн будетстремитьсякзначениювеличинынапряженияисточникапитания
Ек, значит, напряжение коллектор-эмиттер транзистора Uкэ ≈ 0. Следовательно, транзисторный ключ является инвертором, т. е. изменяет фазу поступающего на его вход сигнала на 180 °.
Назначение элементов схемы следующее. Резистор Rб ограничивает ток базы транзистора, чтобы он не превышал максимально допустимого значения для
данного транзистора. Емкость |
перехода база-эмиттер транзистора |
VТ1 совместно с сопротивлением |
резистора Rб представляет собой |
интегрирующую цепь, которая замедляет процесс открывания и закрывания транзистора. Для преодоления этого недостатка параллельно резистору Rб включают конденсатор, называемый ускоряющим или форсирующим, его емкость должна быть больше входной емкости транзистора.
17.Мультивибраторы: типоваясхеманатаймере1006 ВИ1, диаграммы работы, расчет элементов.
Генераторы напряжения прямоугольных форм часто называют мультивибраторами.Ониотносятсякклассурелаксационныхгенераторов, тоесть генераторов, у которых изменения состояния отдельных активных приборов происходят в результате процесса регенерации.
Под регенерацией обычно понимают переходный процесс в электрической цепи, охваченной положительной обратной связью, который характеризуется резкими изменениями токов и падений напряжений на элементах цепи.
Рассмотренный принцип получения прямоугольного напряжения используется в микросхеме интегрального таймера КР1006ВИ1. В этом таймере ключ S выполнен на транзисторе VT1, на выходе установлен дополнительный буферный элемент DD2, а роль источников опорных напряжений U1 ,U2 выполняет делитель напряжений на резисторах R1 R2, R3. Схема включения его мультивибратором показана на рис. 2б. При таком включении конденсатор С заряжается через резисторы R1, R2 до напряжения U2=2/3Uп, а разряжается через резистор R2 до напряжения U1=1/3Uп. Диаграммыработымультивибраторапредставленынарис. 1в. Для расчета длительности импульса и паузы для схемы на рис. 2в, используем формулы: tи=0.693 (R1+R2) С1, tп=0.693 R2 С1.
Упрощенная схема таймера КР1006ВИ1 (а, б) и его включение мультивибратором (в)
18.Двухтактный усилитель мощности: устройство, принцип действия, диаграммы работы.
При работе транзистора в режиме A невозможно реализовать высокий к.п.д. усилителя. В качестве альтернативы может подойти режим работы B, но он приводит к значительным нелинейным искажениям. Однако если реализовать два усилителя, работающие в режиме B, и заставить их усиливать положительную и отрицательную полуволны синусоиды отдельно, а затем соединить эти полуволны вместе, то получится усилитель, работающий почти без искажений. Подобный усилитель получил название двухтактного усилителя.
Простейший линейный двухтактный каскад - комплементарный эмиттерный повторитель образуется встречным включением двух эмиттерных повторителей на транзисторах n-p-n- (верхнее плечо) и p-n-p-структуры (нижнее плечо). При нулевом управляющем напряжении оба транзистора закрыты, ток нагрузки равен нулю. При превышении порога включения транзистора, (порядка 0.5 В), верхний транзистор плавно открывается, соединяя положительную шину питания с нагрузкой. При дальнейшем росте управляющего напряжения выходное напряжение повторяет входное со сдвигомна0,5…0,8 В, нонижнийтранзисторостаётсязакрытым. Аналогично, при отрицательных управляющих напряжениях открывается нижний транзистор, соединяя нагрузку с отрицательной шиной питания, а верхний остаётся закрытым. В области малых управляющих напряжений, когда оба транзистора закрыты, наблюдаются характерные коммутационные искажения формы сигнала в виде ступеньки.
19.Операционные усилители: инвертирующий и неинвертирующий усилитель.
Термин «операционный усилитель» относится к усилителям постоянного тока с большим коэффициентом усиления, имеющим дифференциальный вход, прямой, инверсный и один общий выход. Название этих усилителей связано с первоначальным их применением главным образом для выполнения различных операций над аналоговыми сигналами: сложение, вычитание, умножение, деление, интегрирование, дифференцирование и др.
Один из входов называется инвертирующим (Вх1), второй - неивертирующим (Вх2). При подаче сигнала на инвертирующий вход выходной сигнал находится в противофазе с входным сигналом; при подаче сигнала на неинвертирующий (прямой) вход выходной сигнал совпадает по фазе с входным. Инвертирующий вход используют, как правило, для создания
ООС. |
|
|
IОС |
|
RОС |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
|
1 |
|
DA |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
+ |
|
IВХ |
|
Iу |
|
|
|
|
|
|
|
|
UВЫХ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
UВХ |
U0 |
|
|
|
+ |
|||||||||
|
|
|||||||||||||
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2
IСМ
На рисунке изображена схема инвертирующего усилителя.
Входной сигнал подается на инвертирующий вход через резистор R1. В эту же точку инвертирующего входа поступает сигнал параллельной ООС с
выхода усилителя через резистор ROC с коэффициентом передачи R1 / ROC
Это параллельная обратная связь. Неинвертирующий вход связывается с общим проводом с помощью резистора R2, выравнивающего падение
напряжения на входах от токов смещения : R2 R1 || ROC Рассмотрим
основные показатели схемы для идеализированного ОУ, в котором КUоу→∞,
Rвх→∞, Rвых→0, Iсм=0, fв→∞.
Тогда входной ток (по инвертирующему входу): IBX = IOC.
Что соответствует выражению: |
вх |
|
вых |
. |
|
|
||||||||
Поскольку |
K |
оу |
→ ∞, тоиU |
вых |
→ 0 и |
вх |
ос |
вых |
. |
|||||
|
K |
|
оу |
|
|
|
ос |
|||||||
Тогда |
инв |
|
ос |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
выходное напряжение Uвых = - RОС Uвх/R1 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
20.Операционные усилители: повторитель напряжения, сумматор.
Термин «операционный усилитель» относится к усилителям постоянного тока с большим коэффициентом усиления, имеющим дифференциальный вход, прямой, инверсный и один общий выход. Название этих усилителей связано с первоначальным их применением главным образом для выполнения различных операций над аналоговыми сигналами: сложение, вычитание, умножение, деление, интегрирование, дифференцирование и др.
Один из входов называется инвертирующим (Вх1), второй - неивертирующим (Вх2). При подаче сигнала на инвертирующий вход выходной сигнал находится в противофазе с входным сигналом; при подаче сигнала на неинвертирующий (прямой) вход выходной сигнал совпадает по
фазе с входным. Инвертирующий вход используют, как правило, для создания |
||||||||||||||||||||||||||
ООС. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IОС |
RОС |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
DA |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
+ |
|
|
IВХ |
|
|
|
|
|
|
Iу |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UВЫХ |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
UВХ |
|
|
U0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
- |
|
|
|
|
R2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IСМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Повторитель напряжения легко можно получить из схемы |
||||||||||||||||||||||||||
инвертирующего усилителя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ЕслиRос=R1, то Kи |
|
1 - получаемсхемуинвертирующегоповторителя |
||||||||||||||||||||||||
инв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
напряжения. Поскольку U0→0, то |
|
|
|
|
|
|
|
= . |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Входное сопротивление |
инвертирующего повторителя относительно |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
вхинв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
невелико ввиду действия параллельной отрицательной ОС по напряжению. Если Rос=0, а входной сигнал подается на прямой вход ОУ, то К пр 1.
Получаем схему неинвертирующего повторителя напряжения с высоким входным сопротивлением в результате действия последовательной отрицательной ОС по напряжению.
Выходное сопротивление усилителей в соответствии с ранее полученными результатами анализа отрицательной ОС:
|
|
|
|
|
|
|
|
Rос |
|
|
Kи |
|
|
|
1 |
|
|
||
|
|
|
R |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
R |
инв |
R |
; R |
R |
|
|
1 |
||
|
|
|
|
|
|||||
вых |
|
вых |
вых |
вых |
|
|
Kиоу |
|
|
|
|
оу |
|
оу |
|
|
|
||
|
Kиоу |
|
|
|
|
|
|||
т.е. Rвых относительно невелико.
В основе схемы сумматора используют инвертирующий усилитель с числом параллельных ветвей на входе, равных количеству суммируемых
напряжений.
UВХ1 |
R1 |
I1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||||
UВХ2 R1 |
I2 |
IОС |
RОС |
|
||||
|
||||||||
UВХ3 R1 |
I3 |
IВХОУ |
|
DA |
|
|||
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||
UВЫХ
UО
KUОУ
R2
Рассмотрим, как и в предыдущих случаях, идеальный ОУ, в котором
KиОУ ; Rвх ; Rвых 0, тогда U0 0; IвхОУ 0; IОС I1 I2 I3 .
Если все резисторы, подключенные к инвертирующему входу принять
равными, т.е. |
R1 R12 R13 |
Rос, то Uвых (Uвх1 |
Uвх2 Uвх3 ). |
|
|||||||||||||||||
|
Однако весовые коэффициенты для каждого из суммируемых |
||||||||||||||||||||
напряжений могут отличаться от единицы. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
Тогда: |
|
|
|
|
|
|
Rос |
|
|
|
|
Rос |
|
|
Rос |
|
|
|||
|
|
|
|
|
Uвых ( |
Uвх1 |
|
Uвх2 |
|
Uвх3 ) |
(11.7) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
|
|
|
R12 |
|
R13 |
|
||||
|
|
Резисторы R1, R12, R13 выбираются значительно меньшей величины, |
|||||||||||||||||||
чем RвхОУ . Резистор |
R2 R1 || R12 || R13 || RОС уравниваетпадениенапряжениеот |
||||||||||||||||||||
входящих токов смещения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
Реальный сумматор имеет погрешности суммирования, которое зависит |
|||||||||||||||||||
от величин KиОУ иRвхОУ |
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Uвых Uвых (1 ),где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
ид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
R |
R |
R |
R |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
1 |
ОС |
|
|
ОС |
|
ОС |
|
ОС |
|
|
|
|
|
|
||||
K |
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
иОУ |
|
R |
R |
R |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
12 |
|
13 |
|
|
вхОУ |
|
|
|
|
|
|
||||
Метрология и измерительная техника
1. Погрешностиизмерений: абсолютная, относительная, приведенная. Аддитивнаяи мультипликативная погрешность, полоса распределения.
Абсолютная погрешность, х хи ,
где х – показания прибора, хи – истинное значение измеряемой величины.
Так как хи обычно неизвестно, то вместо него берут действительное значение измеряемой величины хд , - значение, отсчитанное по образцовому прибору.
В качестве образцового может быть использован прибор, класс точности которого меньше или равен 1/3 класса точности поверяемого.
Относительная погрешность равна выраженному в процентах отношению абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины хд
Относительная погрешность: отн 100 [%] хд
Приведённая погрешность равна выраженному в процентах отношению абсолютной погрешности к нормирующему значению хN ,
отн х 100 [%].
N
Если нулевая отметка находится на краю или вне шкалы, то хN равно
конечному значению диапазона изменения. Если нулевая отметка находится внутри диапазона измерений, то ХN равно сумме конечных значений диапазонов измерений без учёта знака.
Аддитивная и мультипликативная погрешности – эти понятия были введены для характеристики формы полосы погрешностей.
у |
у |
х
0 
х
а)
|
|
|
х |
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
k |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
х |
б)
а – аддитивные погрешности, б – мультипликативные погрешности. Аддитивная погрешность остается постоянной при изменении изме-
ряемой входной величины. Графически она выражается в постоянном смещении нулевого отсчета средства измерений. В измерительных приборах ее причиной может быть смещение, дрейф напряжения источника питания,
неточная установкой нуля прибора, наличие паразитных сигналов, в т.ч. паразитной термоЭДС, помехи в измерительных цепях и другие факторы.
Мультипликативная погрешность есть погрешность средства измерений, которая изменяется пропорционально измеряемой величине и определяется нестабильностью коэффициента передачи элементов измерительной цепи. Эта нестабильность может быть связана с, изменениями характеристик этих элементов во времени (старение), под воздействием внешней среды, условий внешней среды, отличием условий эксплуатации средства измерений от нормальных. Например, изменение входного сопротивления прибора при изменении температуры, неточность отсчёта, дрейф, наводки, вибрации и другие факторы.
Если максимальное значение абсолютной погрешности не превосходит
0, то её называют аддитивной; если максимальное значение абсолютной погрешности прямопропорционально измеряемойвеличинех, то погрешность называют мультипликативной
2. Нормирование погрешностей средств измерения.
Чтобы оценить погрешность, которую внесёт данное СИ в конечный результат, пользуются нормированными значениями погрешности.
Нормируются основная и дополнительная статические погрешности. В паспорт СИ заносятся границы основной погрешности и коэффициенты влияния.
Класс точности СИ характеристика, определяющая гарантированные значения основных и дополнительных погрешностей.
Для обозначения класса точности используется определённый ряд чисел: 6
4 2,5 1,5 1,0 0,5 0,2 0,1 0,05 0,02 0,01 0,005 0,002 0,001
и т.д.
Значение класса точности маркировано на шкале прибора или записано в техническом паспорте СИ.
Соответствие СИ классу точности при эксплуатации проверяется при поверках. Если погрешность больше класса точности, то СИ подлежит ремонту и регулировке.