От RLC-цепочек к программируемым интегральным схемам. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Основы электроники и схемотехники»

2.Задание 2

2.1.Схема RC-цепочки.

2.2.Решение уравнения RC-цепочки.

2.3.Таблица с результатами исследования.

2.4.Графики расчетных и экспериментальных значений исследуемой вели-

чины.

3.Задание 3

3.1.Схема RLC-цепочки.

3.2.Составление уравнения RLC-цепочки.

3.3.Решение уравнения RLC-цепочки.

3.4.Таблица с результатами исследования.

3.5.Графики расчетных и экспериментальных значений исследуемой вели-

чины.

4.Задание 4

4.1.График исследуемой величины.

4.2.Экспериментальные и расчетные значения амплитуды и частоты коле-

баний.

Контрольные вопросы

1. Как связаны между собой электрическая и магнитная составляющие элек-

тромагнитного поля?

2.Определение понятия напряжения.

3.Определение понятий электрического тока и силы электрического тока.

4.Единицы измерения напряжения, силы тока, сопротивления, емкости и ин-

дуктивности.

5.Поясните понятия ветви, узла и контура электрической цепи.

6.Сформулируйте правила Кирхгофа.

7.Каков порядок систем, моделирующих RC-, RL- и RLC-цепочки? Сравните

RC-, RL- и RLC-цепочки по характеру процессов, протекающих в них.

11

Рассматриваемые вопросы:

1.Полупроводники.

2.Проводимость p- и n-типа.

3.Свойства pn-перехода.

4.Вольтамперная характеристика диода. Статическое и динамическое со-

противление.

5.Типы транзисторов. Их устройство и работа.

6.Входная, выходная и передаточная характеристики транзистора.

7.Режимы работы транзистора.

8.Создание логических элементов из транзисторов.

9.Триггер из транзисторов.

Порядок выполнения работы

Лабораторная работа включает шесть заданий, связанных логической по-

следовательностью:

— нелинейная несимметричная зависимость между силой тока и напря-

жением для pn-перехода (закон Ома — линейная зависимость между этими ве-

личинами для резистора) → появляются направление (выводы элемента пере-

стают быть равноправными, различаются электроды анод и катод), понятия вольтамперной характеристики, статического и динамического сопротивления,

возможность отрицательного динамического сопротивления;

— три области и три вывода (электрода) у транзистора: база, коллектор и эмиттер → уже не одна вольтамперная характеристика, а несколько (входная,

выходная, передаточная), появляется понятие управления — ток базы управля-

ет током коллектора;

—режимы насыщения и отсечки транзистора → на входе в цепи базы аналоговый сигнал, на выходе в цепи коллектора — близкий к цифровому;

—ток базы управляет током коллектора плюс параллельное соединение

по базе и последовательное или параллельное соединение по цепи

13

коллектора → физическая реализация математических понятий — операций ал-

гебры логики;

— параллельные соединения и по базе, и по коллектору плюс обратные перекрестные связи от коллектора к базе → нарушается однозначное соответ-

ствие между входом и выходом, появляется уже не комбинационный логиче-

ский элемент, а последовательностный — триггер, не просто преобразование входного значения в выходное, а хранение информации, память, внутреннее со-

стояние, а значит, если говорить о последовательности смены состояний (отку-

да термин последовательностная логика), то и дискретное время.

Признаки формирования вариантов и их значения: s1. Тип транзистора:

1.NJFET — полевой транзистор с управляющим pn-переходом и каналом n-типа.

2.NMOSFET — полевой МОП-транзистор с каналом n-типа.

3.NPN — биполярный npn-транзистор.

4.PJFET — полевой транзистор с управляющим pn-переходом и каналом p-

типа.

5.PMOSFET — полевой МОП-транзистор с каналом p-типа.

6.PNP — биполярный pnp-транзистор.

s2. Элемент комбинационной логики, который необходимо построить из тран-

зисторов:

1.Логический элемент И.

2.Логический элемент ИЛИ.

3.Логический элемент Исключительное ИЛИ.

4.Логический элемент И-НЕ.

5.Логический элемент ИЛИ-НЕ.

6.Логический элемент Исключительное ИЛИ-НЕ (Эквивалентность).

Во всех заданиях на транзисторы необходимо использовать один и тот же тип транзистора по варианту.

14

Значения признаков формирования вариантов рассчитываются по следу-

ющей формуле:

si 1 ((V 1)DivK j )modKi , i 1, n ,

где si — значение признака i;

Ki — количество значений признака i; j = i - 1;

K0 = 1;

n — количество признаков;

V — номер варианта задачи, равный номеру студента в списке курса;

Div — оператор целочисленного деления, такой что

где div — операция целочисленного деления;

mod — операция взятия остатка от целочисленного деления.

В данном случае n=2, K1=6, K2=6, и значения признаков рассчитываются по следующим формулам:

s1 = 1 + (V - 1) mod 6,

s2 = 1 + ((V - 1) div 6) mod 6.

Задание 1. Исследование односторонней проводимости pn-перехода

Создать схему последовательного соединения диода и резистора (рис. 5)

и исследовать ее с помощью осциллографа.

Рис. 5. Схема для исследования односторонней проводимости pn-перехода

15

Задание 2. Построение вольтамперной характеристики диода

Создать схему для построения вольтамперной характеристики диода

(рис. 6).

Рис. 6. Схема для построения вольтамперной характеристики диода

Произвести измерения силы тока и напряжения. Построить вольтампер-

ную характеристику диода. Рассчитать статическое и динамическое сопротив-

ление диода в зависимости от напряжения. Результаты оформить в виде табли-

цы и графиков.

Задание 3. Исследование режимов работы транзистора

Создать схему включения транзистора с общим эмиттером (истоком) с

резисторами в цепях базы (затвора) и коллектора (стока) (рис. 7).

Исследовать работу схемы с помощью осциллографа в линейном режиме и в режимах насыщения и отсечки.

16

5.2.Осциллограмма работы схемы. 6. Задание 4

6.1.Схема триггера.

6.2.Таблица истинности триггера.

Контрольные вопросы

1. Каково направление вектора напряженности внутреннего электриче-

ского поля pn-перехода?

2. Как соотносятся направления векторов напряженности внутреннего и внешнего электрических полей для случаев прямого и обратного тока через pn-

переход?

3. Когда понятия статического и динамического сопротивлений совпа-

дают?

4.Диод. Виды. Свойства. Вольтамперная характеристика.

5.Транзистор. Виды. Свойства. Характеристики.

6.Каковы полярности напряжений база-эмиттер и коллектор-эмиттер в схеме с общим эмиттером в открытом (закрытом) состоянии npn(pnp)-

транзистора?

7.Режимы работы транзисторов.

8.В каком направлении работают pn-переходы база-коллектор и база-

эмиттер в схемах исследования режимов работы?

9.Как связаны между собой токи в цепях базы, эмиттера и коллектора транзистора?

10.Использование транзисторов для создания логических элементов.

11.Использование транзисторов для создания триггеров.

19

Контрольные задания

1. Определить падение напряжения на диоде при прямом и обратном то-

ке через него.

2. Определить связь между статическим и динамическим сопротивлени-

ями.

3.Выделить на осциллограмме участки насыщения и отсечки.

4.Определить силу тока коллектора в заданных точках осциллограммы.

Лабораторная работа № 3. Комбинационные интегральные схемы

Цель работы и рассматриваемые вопросы

Цель работы — изучение цифровых комбинационных интегральных схем, их типов и свойств, принципов создания комбинационных и последова-

тельностных схем из логических элементов.

Рассматриваемые вопросы:

1.Типы комбинационных интегральных схем.

2.Виды логических элементов.

3.Логические базисы.

4.Шифраторы и дешифраторы.

5.Мультиплексоры и демультиплексоры.

6.Виды сигналов комбинационных интегральных схем.

7.Дешифрация адреса.

8.Построение комбинационных схем из логических элементов.

9.Построение последовательностных элементов из комбинационных.

20