4. Описание лабораторной установки

Принципиальные схемы одиночных каскадов, изучаемых в данной работе, представлены на рисунках 1.3, 1.4, 1.5. В этих схемах резисторы ,,предназначены для экспериментального определения входных сопротивлений каскадов, они исключаются из схемы во включенном состоянии переключателей,,. С помощью переключателей,,,изменяется или подключается сопротивление нагрузки, а переключательпозволяет изменить величину разделительной ёмкости каскада ОЭ. Потенциометр, отградуированный в кОм, позволяет изменить режим работы каскада ОЭ по постоянному току. Верхнее положение переключателей соответствует включенному состоянию. В схеме ОЭ резисторвключается для термостабилизации рабочей точки, которая задается базовым делителем-.

Рис. 1.3 Схема усилительного каскада с ОЭ

Рис. 1.4 Схема усилительного каскада с ОК

Рис. 1.5 Схема усилительного каскада с ОИ

В схеме ОИ резистор R10 включается для термостабилизации рабочей точки, которая задается сопротивлением R14.

5. Программа выполнения работы

1) Снять и построить АЧХ усилителей ОЭ, ОК и ОИ (в режиме А). АЧХ для схемы ОЭ снять при двух значениях ёмкости конденсаторов С2 и С3.

2) Снять и построить амплитудные характеристики усилителей ОЭ, ОК и ОИ на квазирезонансных частотах, которые определяются из снятых в п.1 АЧХ.

3) Определить коэффициенты передачи по напряжению каскада ОЭ для нескольких значений сопротивления смещения, величина которого определяет положение рабочей точки транзистора в статическом режиме.

4) Определить, как изменяется на определенной частоте при изменении сопротивления нагрузки (и).

5) Определить входные сопротивления усилительных каскадов.

6. Требования к оформлению и содержанию отчета

Отчет оформляется в соответствии с требованиями, установленными в УГАТУ (СТО УГАТУ 016 - 2007), должен содержать:

1) Данные измерений в табличном виде для АЧХ и АХ.

2) Графическое отображение АЧХ и АХ.

3) Измеренные и вычисленные значения входных сопротивлений.

4) Выводы по результатам работы.

7. Критерии результативности выполнения работы

Результаты лабораторной работы считаются удовлетворительными, если студенты:

1) Выполнили в полном объеме программу работы и представили отчет, содержащий результаты измерений.

2) Сумели объяснить представленные в отчете результаты.

3) Приобрели навыки работы с измерительной аппаратурой.

4) Ответили на все контрольные вопросы.

8. Контрольные вопросы

1) Перечислить основные параметры электронных усилителей.

2) Пояснить вид основных характеристик усилительных каскадов и дать определения их характерным точкам.

3) Сравнить величины основных параметров и характеристик электронных усилителей, изучаемых в лабораторной работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМБИНАЦИОННЫХ СХЕМ НА ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТАХ

1. Цель работы

Целью работы является изучение принципов построения простейших комбинационных логических схем и их экспериментальное исследование.

2. Задачи работы

Основными задачами работы являются:

1. Изучение вопросов получения логических функций и синтеза на их основе цифровых устройств комбинационного типа.

2. Приобретение опыта построения схем на основе логических элементов типа И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, НЕ.

3. Краткие теоретические сведения

Техническая реализация логической функции предполагает построение цифрового устройства, на выходе которого сигналы определяются сигналами на его входах в соответствии с этой функцией. Логические устройства, выходные сигналы которых однозначно определяются текущими значениями входных сигналов, называются комбинационными. Логические устройства, выходные сигналы которых зависят не только от текущих значений входных сигналов, но и от их предыдущих значений, называются последовательностными устройствами или конечными автоматами (логические устройства с памятью).

Для построения любого цифрового устройства достаточно иметь элементы, реализующие три основные логические операции И, ИЛИ, НЕ. На практике также используют элементы, выполняющие другие простейшие логические операции, например И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Такие элементы называют логическими. Если соединить логические элементы в соответствии со структурой выражения для логической функции, то получим цифровое устройство, реализующее заданную логическую функцию.

Анализ и синтез логических цепей производится на основе математического аппарата алгебры логики (булевой алгебры). Согласно алгебре логики переменные могут принимать только одно из двух значений: логические 0 и 1. Над переменными могут производиться три основных логических действия: логическое сложения (функция ИЛИ), логическое умножение (функция И), логическое отрицание (функция НЕ).

Логическое сложение (дизъюнкция). Обозначается символами "+", "" или, при условном графическом отображении данного логического элемента - "1". Логическая сумма равна единице тогда и только тогда, когда равно единице хотя бы одно слагаемое:

0+0=0 0+1=1 1+1=1 1+1+…+1=1 .

Логическое умножение (конъюнкция). Обозначается символами "", ".", "" или, при условном графическом отображении данного логического элемента - "&". Логическое умножение равно единице тогда и только тогда, когда равны единице все сомножители:

00=0 01=0 11=1 11…1=1 .

Логическое отрицание (инверсия). Обозначается чертой над обозначением переменной или функцией. То есть отрицание значения переменной или отрицание значения функции. Двойная инверсия не изменяет исходного значения логической величины:

.

Логическая функция в наиболее полном, достоверном виде задается с помощью таблицы состояний (таблица истинности). Такая таблица определяет чему равен выходной сигнал (значение логической функции) при различных сочетаниях входных сигналов (значениях переменных логической функции). По таблице истинности составляется формульный вид логической функции. Над логической функцией можно производить различные преобразования с целью минимизации числа логических операций, приведения логической функции к виду, в котором бы использовалась только какая то одна логическая функция (говорят – приведение к определенному логическому базису, то есть определенному набору логических элементов). В основе таких преобразований лежат аксиомы и теоремы алгебры логики, приведенные в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Основные аксиомы и теоремы алгебры логики

№	Логический базис ИЛИ	Логический базис И
1	+0=	0=0
2	+1=1	1=
3	+=	=
4	+=1	=0
5	=	=
6	+=+	=
7	+=	(+)=
8	+(+)=(+)+	()=()
9	+=(+)(+)	(+)=+
10	=	=+
11	=…	=+++…
12	(+)(+)=	+=

Выражения 10 и 11 в табл. 2.1 определяют дуальность (обратимость) логических операций И и ИЛИ через операцию НЕ.

Логический элемент реализуется в виде интегральной микросхемы. Одна микросхема может содержать несколько логических элементов. В табл.2.2 приведены примеры условных графических обозначений некоторых логических элементов, их логические функции и таблицы истинности.

Таблица 2.2 Основные логические элементы

Название элемента			И	И-НЕ	ИЛИ	ИЛИ-НЕ	Исключающее ИЛИ (сумма по mod2)
F					+		=+
Графическое изображение
Таблицы истинности
	0	0	0	1	0	1	0
	0	1	0	1	1	0	1
	1	0	0	1	1	0	1
	1	1	1	0	1	0	0

Рассмотрим пример – логическая функция следующего вида:

По этому выражению можно построить устройство, схема которого приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1

Обычно при построении логических устройств, с целью сокращения номенклатуры используемых логических элементов, используют элементы только И-НЕ и ИЛИ-НЕ или даже один их них. Для этого требуется преобразовать исходную логическую функцию, используя закон дуальности (теорема Де Моргана) - табл. 2.1, строки 10, 11. Получим:

Базис И-НЕ

.

Базис ИЛИ-НЕ

.

Функция двойного отрицания (табл. 2.1, строка 5) можно реализовать на элементах И-НЕ или ИЛИ-НЕ, например как на рис.2.2. для базиса ИЛИ-НЕ.

Рис. 2.2

Для упрощения схемы устройства логическую функцию, если это возможно, минимизируют. То есть минимизируют число логических операций. Для этого используют аксиомы и теоремы алгебры логики или иные методы, в которых применение аксиом и теорем алгебры логики реализуется в виде таблиц – карт Вейча-Карно.

Алгоритм синтеза комбинационного цифрового устройства:

1) По условию работы устройства определяется, что именно должно делать устройство, то есть определяется алгоритм его работы.

2) Составляется таблица истинности для логических функций, реализуемой устройством.

3) Записывается логическая функция и проводится ее минимизация.

4) Разрабатывается схема устройства в произвольном элементном базисе (функциональная схема).

5) Разрабатывается схема устройства, реализуемая на конкретных ИМС (принципиальная схема).