- •Введение
- •1. Электрические цепи постоянного тока
- •Элементы электрической цепи постоянного тока
- •1.2. Электрический ток, эдс и напряжение
- •1.3. Активные и пассивные элементы электрических цепей. Закон Ома
- •1.4. Источник эдс и источник тока
- •1.5. Законы Кирхгофа
- •1.6. Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей
- •1.7. Эквивалентные преобразования электрических цепей
- •1.7.1. Последовательное соединение элементов.
- •1.7.2. Параллельное соединение элементов.
- •1.7.3. Смешанное соединение резистивных элементов.
- •1.7.4. Эквивалентные преобразования резистивных элементов треугольником и звездой.
- •1.8. Использование метода узловых потенциалов
- •1.9. Метод контурных токов
- •1.10. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля – Ленца
- •2. Электрические цепи переменного тока
- •2.1. Генерация синусоидальной эдс. Основные величины, характеризующие переменный ток
- •2.2. Представление синусоидальных величин аналитически, графически, вращающимися векторами, комплексными числами
- •2.3. Цепь переменного тока с активным сопротивлением
- •2.4. Цепь переменного тока с индуктивностью
- •2.5. Цепь переменного тока с ёмкостью
- •2.6. Цепь переменного тока с активным сопротивлением и индуктивностью
- •2.7. Цепь переменного тока с активным сопротивлением и ёмкостью
- •2.8. Неразветвлённая цепь переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью и ёмкостью. Резонанс напряжений
- •2.9. Разветвленная цепь однофазного переменного тока. Резонанс токов
- •2.10. Колебательный lc - контур переменного тока
- •2.11. Коэффициент мощности
- •3. Трёхфазные электрические цепи
- •3.1. Преимущество трёхфазного тока. Принцип получения трёхфазной эдс
- •3.2.2. Отсутствие нулевого провода
- •3.3. Обрыв фазы и короткое замыкание фазы без нулевого провода при соединении источников энергии и потребителей звездой
- •3.3.1. Обрыв фазы a
- •3.3.2. Короткое замыкание фазы a
- •3.4. Соединение источников и приёмников электроэнергии треугольником. Соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами при симметричной и несимметричной нагрузках
- •3.5. Обрыв фаз и обрыв линейного провода при соединении источников и потребителей треугольником
- •3.5.1. Обрыв фазы ab
- •3.5.2. Обрыв фаз ab и bc
- •3.5.3. Обрыв линейного провода
- •3.6. Мощность трёхфазной цепи
- •3.7. Соотношения активных мощностей при симметричной нагрузке и при соединении звездой и треугольником
- •3.8. Вращающееся магнитное поле трёхфазной системы переменного тока
- •4. Трансформаторы
- •4.1. Назначение, области применения, устройство и принцип действия однофазного трансформатора
- •4.2. Режимы работы трансформатора. Коэффициент полезного действия трансформатора
- •4.3. Трёхфазные трансформаторы
- •4.4. Измерительные трансформаторы
- •5. Электрические измерения
- •5.1. Методы измерения. Погрешности измерения и классы точности
- •5.2. Приборы магнитоэлектрической системы
- •5.3. Приборы электромагнитной системы
- •5.4. Приборы электродинамической системы
- •5.5. Цифровые измерительные приборы
- •5.6. Логометры
- •5.7. Индукционные приборы
- •5.8. Измерение мощности в трёхфазных цепях
- •5.9. Омметры. Мегомметры
- •10. Измерение ёмкости и индуктивности
- •6. Электрические машины постоянного тока
- •6.1. Устройство и принцип действия генератора постоянного тока
- •6.2. Генераторы постоянного тока независимого и параллельного
- •6.3. Генераторы постоянного тока последовательного и смешанного возбуждений и их основные характеристики
- •6.4. Принцип действия электродвигателя постоянного тока
- •6.5. Электродвигатели постоянного тока параллельного возбуждения
- •6.6. Электродвигатели постоянного тока последовательного и смешанного возбуждений и их основные характеристики
- •6.7. Пуск, регулирование частоты вращения и реверс электродвигателей постоянного тока
- •7.Трёхфазные асинхронные машины
- •7.2. Зависимость частоты вращения ротора, величины эдс и тока
- •7.3. Электромагнитный момент и механическая характеристика
- •7.4. Пуск асинхронных двигателей (трёхфазных и однофазных)
- •7.5. Регулирование частоты вращения трёхфазного асинхронного двигателя
- •7.6. Реверс и способы управления асинхронными двигателями
- •8. Полупроводниковые приборы
- •8.1. Электропроводность полупроводников
- •8.2. Полупроводниковые диоды. Устройство, принцип действия
- •8.3. Биполярные транзисторы. Устройство, принцип работы
- •8.4. Схемы включения биполярных транзисторов с p-n-p структурой
- •8.5. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом
- •8.6. Полевые мдп-транзисторы с индуцированным каналом p-типа
- •8.7. Полевые мдп-транзисторы с индуцированным каналом n-типа
- •8.8. Динисторы, тиристоры. Устройство, принцип действия
- •8.9. Симисторы. Устройство, принцип действия
- •8.10. Фоторезисторы и фотодиоды. Устройство, принцип действия
- •8.11. Фототранзисторы, фототиристеры, оптроны.
- •9. Схемы электронных преобразователей
- •9.1. Однополупериодные и двухполупериодные выпрямители
- •9.2. Трёхфазные выпрямители. Электрические сглаживающие фильтры
- •9.3. Электронные уилители.
- •9.4. Усилительные каскады на биполярных транзисторах
- •9.5. Усилители постоянного тока
- •9.6. Импульсные усилители
- •9.7. Операционные усилители
- •10. Цифровые устройства
- •10.1. Логические функции, логически устройства.
- •10.2. Основные логические элементы.
- •4. Логический элемент или, операция логическое сложение ,
- •10.3. Диодные логические элементы или, и
- •10.4. Транзисторный логический элемент не. Логический элемент и-не транзисторно-транзисторной логики
- •10.5. Логический элемент или-не эмиттерно-связанной логики
- •10.6. Асинхронный rs-триггер. Устройство, принцип действия
- •10.7. Синхронный rs-триггер. Устройство, принцип действия
- •10.8. Синхронные d и t-триггеры. Устройство, принцип действия
- •10.9. Синхронный jк - триггер. Устройство, принцип действия
- •10.10. Шифратор. Устройство, принцип работы
- •10.11. Дешифратор. Устройство, принцип работы
- •10.12. Регистры. Устройство, принцип работы
- •10.13. Счётчики импульсов. Устройство, принцип работы
- •10.14. Сумматоры. Устройство, принцип работы
- •10.15. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
- •10.16. Микропроцессоры и микропроцессорные системы
- •Cодержание
- •Иванов Евгений Николаевич электротехника и электроника Учебное пособие
10.14. Сумматоры. Устройство, принцип работы
Сумматорами называют логические устройства, выполняющие арифметические суммирование кодов двоичного числа. Символическое изображение одноразрядного двоичного сумматора показано на рис.10.29. Сумматор имеет три входа, где - слагаемые одинакового разряда, – слагаемое переноса; на выходе формируется – сумма cлагаемых и – слагаемое переноса в старший разряд.
Функционирование однозарядного сумматора показано в таблице, приведённой на рис.10.30. В этом случае при сложении слагаемых используется перевод десятичных чисел в двоичные числа.
Pиc.10.29. Символическое изображение одноразрядного двоичного сумматора
Рассмотрим пример:
При сложении слагаемых или 0+1+0 получается десятичное число 1. Такому числу соответствует двоичное число 01, при этом Аналогично, 1+1+0 = 2, которому соответствует двоичное число 10, при этом . При сложении чисел 1+1+1 = 3, которому соответствует двоичное число 11, при этом и так далее.
Сумматоры могут быть последовательного и параллельного действия. В сумматорах последовательного действия коды двоичных чисел вводятся в последовательной форме слагаемое за слагаемым, начиная с младшего разряда.
На рис.10.31 изображена схема сумматора последовательного действия, предназначенного для суммирования четырёхразрядных двоичных чисел. Сумматор построен на трёх регистрах сдвига, D-триггере и на одноразрядном сумматоре.
Рис.10.30. Таблица функционирования одноразрядного сумматора
Рис.10.31. Схема сумматора последовательного действия
Функционирование сумматора приведено в таблице рис.10.32, где слагаемое pi для первого разряда всегда равно нулю.
Рис.10.32. Таблица функционирования сумматора
Для ускорения операции сложения используются сумматоры параллельного действия, которые состоят из нескольких однозарядных сумматоров. В таких сумматорах слагаемые поступают одновременно на соответствующие входы однозарядных сумматоров, при этом каждый из однозарядных сумматоров формирует на своих выходах суммы соответствующих разрядов и слагаемые переноса, передаваемых на входы старших разрядов. Схема четырёхразрядного сумматора параллельного действия приведена на рис.10.33.
Рис.10.33. Схема четырёхразрядного сумматора параллельного действия
10.15. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) предназначен для преобразования сигналов из аналоговой формы в цифровой код. На рис.10.34 изображена структурная схема аналого-цифрового преобразователя, а на рис.10.35 временные зависимости работы узлов преобразователя. Преобразователь (АЦП) состоит из следующих основных блоков: блока управления (БУ), генератора пилообразного напряжения (ГПН), счётчика импульсов (СЧ), генератора тактовых импульсов (ГТИ), устройства сравнения (УС), а также включает логические элементы: инвертор, асинхронный RS-триггер и элемент И.
Аналого-цифровой преобразователь функционирует следующим образом. При включении преобразователя с блока управления запускаются генераторы пилообразного напряжения и тактовых импульсов, одновременно счётчик импульсов устанавливается в нулевое состояние. На вход устройства сравнения поступают непрерывный аналоговый сигнал и сигнал пилообразной формы с выхода генератора пилообразного напряжения . Если эти сигналы не совпадают, то инвертор установит RS-триггер в единичное состояние и в промежутке времени на выходе логического элемента И появятся импульсы, количесво которых совпадает с чередованием тактовых импульсов.
Рис.10.34. Структурная схема аналого-цифрового преобразователя
Эти импульсы поступают на вход счётчика. При совпадении аналогового сигнала с первым пилообразным импульсом, на выходе устройства сравнения появляется прямоугольный импульс, соответствующий интервалу , который устанавливает RS-триггер в нулевое состояние и счётчик прекращает счёт импульсов. С интервала времени триггер снова устанавливается в единичное состояние и процесс работы устройства повторяется. При этом с выхода логического элемента И на вход счётчика будут поступать тактовые импульсы с числами , которые преобразуются в цифровой код.
Цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) называется устройство, служащее для преобразования цифрового двоичного кода в аналоговое напряжение или ток. Рассмотрим схему цифро-аналогового преобразователя с суммированием напряжений (рис.10.36). Пусть ЦАП состоит из операционного суммирующего усилителя и регистра с четырьмя информационными входами и одним синхронизирующим входом. На информационные входы регистра поступают двоичные числа, предназначенные для перевода их в пропорциональные значения изменяющегося напряжения на выходе устройства.
На выходах четырёхразрядного регистра могут быть либо лог.1, либо лог.0. Единичное напряжение на входе операционного усилителя обозначим через Е.
Рис.10.35. Временные зависимости работы узлов преобразователя
Напряжение с выходов регистра подаются на входы операционного усиления, работающего в режиме сумматора с весовыми коэффициентами R, 2R, 4R, 8R. Тогда для каждого выхода регистра предусматривается отдельный вход в сумматоре с коэффициентом передачи кui = -(Roc/Rвxi). Напряжения, передаваемые на выход усилителя с выходов регистра отдельных разрядов, находящихся в состоянии лог.1 пропорциональны весовым коэффицентам разрядов.
Если в состоянии лог.1 находится все выходы регистра, то напряжение на входе усилителя равно сумме напряжений, передаваемых на вход от отдельных разрядов двоичного числа в регистре. Сопротивление старшего разряда равно R, младшего разряда – 8R. Тогда напряжение на выходе ЦАП при Uвх=Е будет определяться выражением:
Uвых= - ( ) =кu .
В случае, если на некоторых выходах регистра (Q1, Q2, Q3,Q4) появятся лог. 1, то при этом изменится и (за счёт изменения коэффициента усиления по напряжению).
Рис.10.36. Схема цифро-аналогового преобразователя с суммированием напряжений