„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
0
MINISTERSTWO EDUKACJI
i NAUKI
Anna Kembłowska
Krzysztof Kembłowski
Badanie układów elektronicznych
311[08].O1.08
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2005
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
1
Recenzenci:
mgr Arkadiusz Sadowski
mgr inż. Anna Tąpolska
Opracowanie redakcyjne:
mgr Katarzyna Maćkowska
Konsultacja:
dr Bożena Zając
Korekta:
mgr inż. Jarosław Sitek
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[08].O1.08 Badanie
układów elektronicznych zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu technik
elektryk.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2005
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie
4
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania
7
4.1. Prostowniki
7
4.1.1. Materiał nauczania
4.1.2. Pytania sprawdzające
4.1.3. Ćwiczenia
4.1.4. Sprawdzian postępów
7
13
14
18
4.2. Wzmacniacze
19
4.2.1. Materiał nauczania
4.2.2. Pytania sprawdzające
4.2.3. Ćwiczenia
4.2.4. Sprawdzian postępów
19
30
30
34
4.3. Generatory
34
4.3.1. Materiał nauczania
4.3.2. Pytania sprawdzające
4.3.3. Ćwiczenia
4.3.4. Sprawdzian postępów
34
36
37
37
4.4. Stabilizatory
38
4.4.1. Materiał nauczania
4.4.2. Pytania sprawdzające
4.4.3. Ćwiczenia
4.4.4. Sprawdzian postępów
38
41
41
43
4.5. Stosowanie systemu binarnego i heksadecymalnego
43
4.5.1. Materiał nauczania
4.5.2. Pytania sprawdzające
4.5.3. Ćwiczenia
4.5.4. Sprawdzian postępów
43
46
46
47
4.6. Obserwowanie i analizowanie działania bramek logicznych
47
4.6.1. Materiał nauczania
4.6.2. Pytania sprawdzające
4.6.3. Ćwiczenia
4.6.4. Sprawdzian postępów
47
50
50
53
4.7. Projektowanie prostych układów kombinacyjnych
54
4.7.1. Materiał nauczania
4.7.2. Pytania sprawdzające
4.7.3. Ćwiczenia
4.7.4. Sprawdzian postępów
54
55
55
58
4.8. Obserwowanie i analizowanie działania przerzutników
58
4.8.1. Materiał nauczania
4.8.2. Pytania sprawdzające
4.8.3. Ćwiczenia
4.8.4. Sprawdzian postępów
58
61
61
62
4.9. Obserwowanie i analizowanie działania sumatora i komparatora
63
4.9.1. Materiał nauczania
4.9.2. Pytania sprawdzające
4.9.3. Ćwiczenia
4.9.4. Sprawdzian postępów
63
65
65
68
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
3
4.10. Obserwowanie i analizowanie działania licznika i rejestru
68
4.10.1. Materiał nauczania
4.10.2. Pytania sprawdzające
4.10.3. Ćwiczenia
4.10.4. Sprawdzian postępów
68
71
71
76
4.11. Przetworniki A/C i C/A
77
4.11.1. Materiał nauczania
4.11.2. Pytania sprawdzające
4.11.3. Ćwiczenia
4.11.4. Sprawdzian postępów
78
81
81
81
5. Sprawdzian osiągnięć 83
6. Literatura
91
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
4
1.
WPROWADZENIE
Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy i kształtowaniu umiejętności z zakresu
badania układów elektronicznych.
W poradniku zamieszczono:
materiał, ćwiczenia, pytania sprawdzające oraz przykładowe testy.
Materiał podzielono na dwa działy: układy analogowe i układy cyfrowe.
Materiał nauczania zawiera informacje niezbędne do realizacji zaplanowanych ćwiczeń. Zawiera on
podstawowe pojęcia, prawa, symbole, definicje, schematy, opisy i rysunki. Zapoznaj się z nim
bardzo uważnie – umożliwi Ci to zrozumienie zagadnienia i wykonanie zadań.
Pytania sprawdzające pozwolą Ci sprawdzić, czy jesteś dobrze przygotowany do wykonywania
zadań.
Ćwiczenia zawierają polecenia, sposób wykonania oraz wyposażenie stanowiska pracy. Przeczytaj
uważnie polecenia, jeśli masz jakieś wątpliwości zapytaj nauczyciela. Zwróć szczególną uwagę na
właściwy dobór sprzętu pomiarowego i odpowiednie ustawienie zakresów pomiarowych. Pamiętaj
o przestrzeganiu zasad bezpieczeństwa
Zwróć uwagę na instrukcje do badania układów cyfrowych i analogowych zawierających symulacje
elektroniczne. Ćwiczenia te wymagają nie tylko znajomości danego zagadnienia, ale również
biegłości przy pracy z komputerem.
Po wykonaniu ćwiczeń, sprawdź poziom swoich postępów.
W tym celu:
− przeczytaj pytania i odpowiedz na nie
− wpisz TAK jeśli Twoja odpowiedź była prawidłowa
− wpisz NIE jeśli Twoja odpowiedź na pytanie jest błędna
Odpowiedzi NIE wskazują na luki w Twojej wiedzy, informują Cię również jakich zagadnień
jeszcze nie poznałeś. Oznacza to, że do tych treści powinieneś wrócić.
Stopień przyswojenia przez Ciebie wiadomości i ukształtowanie umiejętności będzie oceniał
nauczyciel. W tym celu może posłużyć się zadaniami testowymi. W niniejszym poradniku
znajdziesz przykład takiego testu, zawiera on:
− instrukcję, w której omówiono tok postępowania podczas przeprowadzania sprawdzianu
− zestaw przykładowych zadań
− przykładową kartę odpowiedzi
Bezpieczeństwo i higiena pracy
W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bhp oraz instrukcji
przeciwpożarowych. Przepisy te poznasz podczas trwania nauki.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
5
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
− rozpoznawać elementy elektroniczne na podstawie wyglądu zewnętrznego, oznaczeń na nich
stosowanych oraz na schematach,
− rozróżniać funkcje różnych elementów w układach elektronicznych,
− charakteryzować podstawowe parametry elementów elektronicznych biernych i czynnych,
− określać zastosowanie różnych elementów elektronicznych,
− łączyć elementy elektroniczne na podstawie schematów ideowych i montażowych,
− mierzyć parametry podstawowych elementów elektronicznych,
− oceniać stan techniczny elementów elektronicznych na podstawie oględzin i pomiarów,
− korzystać z literatury i kart katalogowych elementów elektronicznych,
− dobierać zamienniki elementów elektronicznych z katalogów,
− stosować podstawowe prawa i zależności dotyczące obwodów prądu stałego i zmiennego,
− opracowywać wyniki pomiarów wykorzystując technikę komputerową,
− stosować zasady bhp i ochrony ppoż. obowiązujące na stanowisku pracy.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
6
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji jednostki modułowej powinieneś umieć:
− rozpoznać układy elektroniczne na schematach,
− rozróżniać funkcje różnych elementów w układach elektronicznych,
− określić przeznaczenie podstawowych układów elektronicznych,
− zdefiniować podstawowe parametry układów elektronicznych,
− zanalizować działanie układów elektronicznych na podstawie schematów ideowych oraz
przebiegów czasowych lub charakterystyk,
− objaśniać działanie układów elektronicznych na podstawie schematów blokowych,
− zapisać liczby w kodzie binarnym, heksagonalnym i BCD,
− zastosować podstawowe prawa algebry Boole’a,
− rozpoznać podstawowe elementy cyfrowe oraz technologie wykonania na podstawie symbolu
graficznego oraz oznaczeń,
− dokonać analizy działania prostych układów cyfrowych na podstawie schematów logicznych,
− połączyć układy elektroniczne na podstawie schematów,
− zmierzyć parametry podstawowych układów elektronicznych na podstawie zadanego schematu
układu pomiarowego,
− ocenić stan techniczny układów elektronicznych na podstawie pomiarów,
− zanalizować pracę układów elektronicznych na podstawie uzyskanych wyników pomiarów,
− zlokalizować i usunąć proste usterki układów elektronicznych,
− dobrać zamienniki elementów elektronicznych w układach korzystając z katalogów w wersji
książkowej i elektronicznej,
− opracować wyniki pomiarów wykorzystując technikę komputerową,
− zastosować zasady bhp i ochrony ppoż. obowiązujące na stanowisku pracy.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
7
4.
MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Prostowniki
4.1.1. Materiał nauczania
Napięcie stałe, oznaczone na schematach symbolem Ucc, jest wytwarzane przez układ
elektroniczny, zwany zasilaczem. Przetwarza on napięcie przemienne sieci zasilającej na napięcie
o ustabilizowanej wartości. Schemat funkcjonalny prostego zasilacza przedstawiono na rys. 4.1.1.
Składa się on z trzech bloków:
a) prostownika,
b) filtru dolnoprzepustowego fdp,
c) stabilizatora napięcia wyjściowego.
Transformator
Prostownik
FDP
Stabiliz.
Rys. 4.1.1. Schemat układu zasilającego [1]
Prostownik zamienia prąd zmienny na prąd jednokierunkowy. Filtr dolnoprzepustowy
przepuszcza na wyjście składową stałą pulsującego prądu jednokierunkowego i tłumi składową
zmienną. Najczęściej jest to filtr RC zbudowany z kondensatora o dużej pojemności dołączonego
równolegle do rezystancji obciążającej prostownik. Zmniejszenie tętnień napięcia uzyskuje się
w stabilizatorze.
Rodzaje prostowników
Podział według stosowanego elementu prostującego:
a) sterowane:
− 1-fazowe,
− wielofazowe,
b) niesterowane:
− 1-fazowe,
− wielofazowe.
Podział ze względu na konfiguracje układu:
a) prostownik półfalowy (1-połówkowy),
b) prostownik całofalowy (2-połówkowy):
− z odczepem środkowym transformatora,
− w układzie mostkowym Graetza.
Parametry:
1. Prąd maksymalny płynący przez element prostowniczy.
2. Maksymalne napięcie wsteczne.
3. Wartość średnia napięcia wyprostowanego Uo.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
8
4. Wartość skuteczna napięcia na obciążeniu.
5. Sprawność napięciowa:
n
u =
zm
o
U
U
(4.1.1)
Uo – wartość średnia napięcia wyprostowanego
Uzm – wartość max napięcia wtórnego transformatora
6. Sprawność energetyczna (sprawność prostowania):
zm
o
p
p
p
n
=
(4.1.2) Po – moc wydzielana na odbiorniku
Pzm - moc źródła
7. Współczynnik tętnień:
o
t
t
U
U
K
=
( 4.1.3) U
t
– napięcie tętnień
Prostownik 1-połówkowy bez filtru
U
zm
U
o
U
o
Rys. 4.1.2. Schemat prostownika 1-połówkowego [1]
Rys. 4.1.3. Przebiegi napięć w układzie [1]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
9
Parametry:
1.
Π
=
zm
o
U
U
(4.1.4)
o
U - składowa stała, wartość średnia napięcia na wyjściu
2. Średni prąd obciążenia:
o
o
o
R
U
I
=
(4.1.5)
3. Wartość skuteczna napięcia tętnień na obciążeniu:
2
zm
os
U
U
=
(4.1.6)
4. Maksymalne napięcie na diodzie w kierunku wstecznym:
zm
D
U
U
=
5. Współczynnik tętnień:
2
2
Π
=
Π
=
=
zm
zm
o
os
U
U
U
U
K
(4.1.7)
6. Sprawność prostowania:
zm
zm
o
o
zm
o
I
U
I
U
P
P =
=
η
Wady:
- duży współczynnik tętnień,
- mała sprawność prostowania.
Zalety:
- prostota układu.
Prostownik 1-połówkowy z filtrem C
a)
U
zm
U
o
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
10
b)
Rys. 4.1.4. Prostownik 1-połówkowy z filtrem C: a) schemat układu; b) przebiegi napięć w układzie [1]
Prostownik 2-połówkowy
Parametry:
1. Napięcie stałe:
Π
=
zm
o
U
U
2
(4.1.8)
2. Prąd stały:
o
o
o
R
U
I
=
(4.1.9)
3. Współczynnik tętnień
2
,
48
=
t
K
%
a)
U
z
U
o
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
11
b)
c)
Rys. 4.1.5. Prostownik 2-połówkowy: a) schemat układu z transformatorem, b) układ Graetza, c) przebiegi napięć
w układzie [1]
Prostowniki sterowane
Układy prostowników niesterowanych uniemożliwiają nastawianie wartości średniej napięcia
wyjściowego. Możliwości takie dają prostowniki sterowane, w których jako elementów
prostowniczych używa się tyrystorów. Regulację wartości średniej uzyskuje się przez zmianę
przesunięcia fazowego wyzwalającego sygnału bramkowego w stosunku do napięcia anodowego
tyrystora. Na rys. 4.1.6a przedstawiono schemat prostownika sterowanego o prostowaniu
półfalowym obciążonego rezystancją Ro. Przebiegi napięć i prądów w układzie przedstawiono na
rys. 4.1.6b. Załączenie tyrystora przez doprowadzenie do jego bramki dodatniego impulsu
wyzwalania następuje w chwili t
1
. Kąt załączenia wynosi
Θ
1
=
ω t
1
. Tyrystor zostaje wyłączony
w chwili zmiany polaryzacji napięcia zasilającego, co odpowiada kątowi wyłączenia wynosi
Θ
2
=
ω
t
2
=
Π. Tyrystor przewodzi w czasie odpowiadającym kątowi przewodzenia Θ
p
=
Θ
2
-
Θ
1
.
Składowa stała napięcia wyjściowego:
)
cos
1
(
2
1
2
Θ
+
Π
=
U
U
os
(4.1.10)
Zmieniając kąt przewodzenia można uzyskać zmiany składowej stałej napięcia wyjściowego.
Zależność napięcia U
os
od kąta
Θ
1
nazywa się charakterystyką sterowania. W przypadku, gdy
obciążenie prostownika stanowi obwód RC, krzywa napięcia wyjściowego może być ciągła.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
12
a)
b)
Rys. 4.1.7. Prostownik sterowany półfalowy: a) schemat układu; b) przebiegi napięć i prądu w układzie [1]
Prostowniki wielofazowe
Przy dużych prądach obciążenia, gdy filtrowanie jest bardzo trudne i gdy korzysta się
z trójfazowych źródeł zasilających, konstruuje się prostowniki wielofazowe. Schemat układu
i przebiegi napięć pokazano na rys. 4.1.8. W każdym z obwodów przewodzących znajdują się dwie
diody, obciążenie i uzwojenie wtórne transformatora. Przełączanie w obwodzie następuje co
1/6 okresu. Redukuje to znacznie napięcie tętnień i zwiększa częstotliwość podstawową tętnień,
ułatwiając ich filtrację.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
13
Rys. 4.1.8. Prostownik trójfazowy: a) schemat układu; b) przebiegi napięć [2]
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na podane pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jaka jest różnica między prądem stałym i przemiennym?
2. Jakie znasz rodzaje układów prostowniczych?
3. Jakimi wzorami określa się parametry poszczególnych układów prostowniczych?
4. Jakie funkcje pełnią poszczególne elementy w układach prostowniczych?
5. Jak działa układ prostowniczy-przeanalizuj na podstawie przebiegów czasowych
i charakterystyk.
6. Jakimi przyrządami pomiarowymi posłużysz się do wyznaczania parametrów układu
prostowniczego?
7. Jakimi metodami można wyznaczyć parametry układu prostowniczego?
8. Jakie są zasady bezpieczeństwa przy badaniu układów prostowniczych?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
14
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Narysuj schematy układów prostowniczych:
− prostownika niesterowanego 1-fazowego,
− prostownika niesterowanego 3-fazowego,
− prostownika sterowanego 1-fazowego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) określić rodzaj prostownika,
2) dobrać elementy elektroniczne, ich symbole,
3) narysować schematy ideowe układów prostowniczych.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− katalog elementów elektronicznych,
− zeszyt do ćwiczeń,
− ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.
Ćwiczenie 2
Rozpoznaj elementy elektroniczne na schemacie układu elektronicznego:
− prostownika niesterowanego,
− prostownika sterowanego,
− dowolnego schematu układu elektronicznego zawierające układy zasilające.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) określić rodzaj układu elektronicznego,
2) zidentyfikować elementy układu na podstawie katalogu,
3) objaśnić, jaką funkcję spełniają elementy w danym układzie,
4) zdefiniować ich parametry.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− schematy ideowe układów prostowniczych,
− schematy ideowe układów elektronicznych,
− katalog elementów elektronicznych,
− zeszyt do ćwiczeń,
− przyrządy kreślarskie.
Ćwiczenie 3
Narysuj przebiegi napięć wyjściowych dla prostowników:
− niesterowanego 1-fazowego bez filtru,
− niesterowanego 1- fazowego z filtrem RC,
− niesterowanego 3- fazowego bez filtru.
− sterowanego 1-fazowego.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
15
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zidentyfikować schematy ideowe układów prostowniczych,
2) ustalić napięcia wyjściowe w poszczególnych układach,
3) narysować przebiegi tych napięć na papierze milimetrowym,
4) uzasadnić przebiegi tych napięć w poszczególnych układach prostowniczych,
5) zweryfikować ewentualne pomyłki,
6) objaśnić działanie układów prostowniczych na podstawie schematów ideowych oraz
przebiegów napięcia wyjściowego.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− schematy ideowe układów prostowniczych,
− papier milimetrowy,
− zeszyt do ćwiczeń, przyrządy kreślarskie.
Ćwiczenie 4
Badanie układów prostownika niesterowanego 1-fazowego:
− prostownika jednopołówkowego,
− prostownika dwupołówkowego.
Badanie prostownika 1-połówkowego
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) dobrać przyrządy pomiarowe do układu pomiarowego,
Rys. 4.1.11. Schemat układu pomiarowego [1]
2) wyznaczyć parametry prostownika jednopołówkowego obciążonego rezystancją R (Uos, Ios,
Uo, Io, Kt),
3) wyznaczyć przebiegi czasowe Uo = f(t),
4) wyznaczyć charakterystyki obciążeniowe Uos = f( Ios )oraz ch-tyki Uo=f(Io),
5) wyznaczyć zależności współczynnika tętnień od prądu obciążenia Kt=f(Ios),
6) wyznaczyć parametry prostownika jednopołówkowego z filtrem pojemnościowym,
7) obliczyć parametry badanych układów,
8) porównać parametry obliczone z wyznaczonymi,
9) określić wpływ przyrządów na wyniki pomiarów,
10) połączyć układ, jak na rys. 4.1.13: do rezystora dołączyć równolegle kondensator rzędu
500
μF,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
16
Rys. 4.1.13. Schemat układu pomiarowego [1]
11) dalej postępuj jak w punktach: 1-2,1-3,1-4,1-5, 1-6.
Badanie prostownika 2- połówkowego.
12) dobrać przyrządy pomiarowe do układu pomiarowego (rys. 4.1.5 ),
13) wyznaczyć parametry prostownika dwupołówkowego w układzie Graetza obciążonego
rezystancją R (Uos, Ios, Uo, Io, Kt),
14) wyznaczyć przebiegi czasowe Uo = f(t),
15) wyznaczyć charakterystyki obciążeniowe Uos = f( Ios )oraz Uo=f(Io),
16) wyznaczyć zależności współczynnika tętnień od prądu obciążenia Kt=f(Ios),
17) wyznaczyć parametry prostownika dwupołówkowego z filtrem pojemnościowym,
18) obliczyć parametry badanych układów,
19) porównać parametry obliczone z wyznaczonymi,
20) określić wpływ przyrządów na wyniki pomiarów,
21) uzasadnić wpływ filtru na parametry prostownika.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− układy pomiarowe,
− filtry,
− rezystancja obciążenia,
− autotransformator,
− transformator bezpieczeństwa,
− oscyloskop,
− amperomierze prądu stałego i zmiennego,
− woltomierze prądu stałego i zmiennego.
Ćwiczenie 5
Badanie układów prostownika sterowanego 1-fazowego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) dobrać przyrządy pomiarowe do układu pomiarowego,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
17
2) wyznaczyć parametry prostownika obciążonego rezystancją R (Uos, Ios,),
3) wyznaczyć przebiegi czasowe U
os
= f(t),
4) obliczyć parametry badanych układów,
5) porównać parametry obliczone z wyznaczonymi,
6) określić wpływ przyrządów na wyniki pomiarów,
Wyposażenie stanowiska pracy:
− układy pomiarowe,
− rezystancja obciążenia,
− autotransformator,
− transformator bezpieczeństwa,
− oscyloskop,
− amperomierze prądu stałego i zmiennego,
− woltomierze prądu stałego i zmiennego.
Ćwiczenie 6
Badanie układów prostownika wielofazowego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) połączyć układ pomiarowy według rysunku,
Schemat do badania prostownika wielofazowego [3]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
18
2) dobrać przyrządy pomiarowe do układu pomiarowego,
3) zaobserwować przebieg napięcia międzyfazowego i napięcia wyjściowego prostownika,
4) narysować obserwowane przebiegi czasowe, wyskalować osie współrzędnych,
5) odczytać wskazania mierników,
6) obliczyć parametry badanych układów,
7) porównać parametry obliczone z wyznaczonymi,
8) określić wpływ przyrządów na wyniki pomiarów.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− układy pomiarowe,
− oscyloskop dwukanałowy,
− sondy pomiarowe,
− woltomierz wartości skutecznej,
− woltomierz wartości średniej,
− dzielnik rezystancyjny.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) wymienić rodzaje prostowników?
2) zdefiniować parametry prostownika niesterowanego?
3) narysować przebiegi napięć wyjściowych w prostowniku obciążonym
rezystancją i filtrem pojemnościowym?
4) narysować przebiegi napięć wyjściowych w prostowniku sterowanym
obciążonym rezystancją?
5) obliczyć napięcie wyjściowe w prostowniku sterowanym?
6) dobrać przyrządy pomiarowe do obserwacji przebiegów napięć
wyjściowych w prostowniku niesterowanym?
7) zbadać układ prostownika?
8) uzasadnić stosowanie filtru w układzie prostowniczym?
9) uzasadnić wpływ wartości kąta fazowego na parametry prostownika
sterowanego?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
19
4.2. Wzmacniacze
4.2.1. Materiał nauczania
Wzmacniacz to układ elektroniczny, na którego zaciskach uzyskuje się sygnał o zwiększonej
amplitudzie napięcia prądu lub zwiększonej mocy, bez zmiany kształtu w stosunku do sygnału
wejściowego. Wzmocnienie realizowane jest przez element czynny (tranzystor) kosztem prądu
pobieranego z zasilacza.
Rys. 4.2.1. Schemat blokowy wzmacniacza [7]
U
1
– napięcie wejściowe,
Uo – napięcie wyjściowe.
Podstawowe parametry i charakterystyki wzmacniacza
a) wzmocnienie napięciowe
I
o
U
U
U
K
=
, (4.2.1)
b) wzmocnienie prądowe
I
o
i
I
I
K
=
,
c) wzmocnienie mocy
I
o
p
P
P
K
=
Uo, Io, Po – odpowiednio napięcie, prąd i moc wyjściowa,
U
1,
I
1,
P
1
– odpowiednio napięcie, prąd i moc wejściowa,
d) rezystancja wejściowa i wyjściowa,
e) pasmo przenoszenia B = f
g
- f
d
, (4.2.2)
f) współczynnik zniekształceń nieliniowych.
Właściwości wzmacniacza określają charakterystyki wzmacniacza:
a) charakterystyka przejściowa Uo=f(U
1
) f =constans,
b) częstotliwościowa charakterystyka amplitudowa Ku = f( f ),
c) częstotliwościowa charakterystyka fazowa.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
20
U
0
U
0
max
U
0
min
U
1
min U
1
max U
1
Rys. 4.2.2. Charakterystyka przejściowa [7]
U
1
max – maksymalna wartość napięcia wejściowego,
U
1
min – minimalna wartość napięcia wejściowego,
U
0
max – maksymalna wartość napięcia wyjściowego,
U
0
min – minimalna wartość napięcia wyjściowego.
Ku [ V/V ] [ dB ]
Ku max
3dB
0,707
B
fd fg f H
2
Rys. 4.2.3. Charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa [7]
Ku [db] = 20 lg U0 / U1 –współczynnik wzmocnienia napięciowego
fd –dolna częstotliwość graniczna
fg –górna częstotliwość graniczna
B = fg – fd ---pasmo przenoszenia
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
21
Podstawowe układy pracy wzmacniacza
Rys. 4.2.4. Schemat ideowy wzmacniacza w układzie OE [7]
Rys. 4.2.5. Schemat ideowy wzmacniacza w układzie OB [7]
Rys. 4.2.6. Schemat ideowy wzmacniacza w układzie OC [7]
C
C
R
B
R
E
R
E
R
2
R
2
C
R
C
C
B
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
22
Tabela 4.2.1. Porównanie wzmacniaczy pracujących w układach: OE, OB, OC
OE
OB
OC
wzmocnienie
napięciowe
duże duże małe
wzmocnienie prądowe duże małe duże
rezystancja wejściowa
średnia mała duża
rezystancja wyjściowa
średnia duża mała
Sprzężenie zwrotne
Rodzaje ujemnych sprzężeń zwrotnych
Sprzężenie zwrotne polega na podaniu części sygnału wyjściowego z powrotem na wejście
układu. Jeżeli sygnał sprzężenia jest odwrócony w fazie (przesunięty o 180°) względem sygnału
wejściowego i w związku z tym odejmuje się od sygnału wejściowego, to sprzężenie jest ujemne.
W przypadku, gdy sygnał sprzężenia jest w fazie z sygnałem wejściowym, wówczas sprzężenie jest
dodatnie. We wzmacniaczach są realizowane najczęściej sprzężenia ujemne. Realizacja sprzężenia
zwrotnego we wzmacniaczu zapewnia:
− zmniejszenie szumów i zakłóceń,
− zmniejszenie zniekształceń poprzez poprawę liniowości charakterystyki dynamicznej i korekcję
kształtu charakterystyki częstotliwościowej,
− możliwość regulacji rezystancji wejściowej i wyjściowej,
− możliwość doboru wzmocnienia i pasma przenoszenia wzmacniacza (zmniejszając
wzmocnienie można rozszerzyć pasmo).
W zależności od sposobu, w jaki sygnał sprzężenia zwrotnego jest pobierany z wyjścia układu,
sprzężenia zwrotne dzieli się na: napięciowe i prądowe. Sprzężenie napięciowe to takie, w którym
sygnał sprzężenia jest proporcjonalny do napięcia wyjściowego, tzn. prąd dopływający do wejścia
układu z jego wyjścia jest wywołany przez napięcie wyjściowe. Sprzężenie prądowe polega na
przekazaniu do wejścia układu, sygnału proporcjonalnego do prądu wyjściowego. Przyczyną
przepływu prądu sprzężenia jest spadek napięcia na rezystancji należącej do obwodu wyjściowego,
wywoływany przez przepływ prądu wyjściowego.
Zależnie od sposobu podania sygnału sprzężenia na wejście wzmacniacza są rozróżniane
sprzężenia szeregowe i równoległe. Sprzężenie szeregowe polega na takim przyłączeniu obwodu
sprzężenia do wejścia wzmacniacza, aby napięcie wywoływane przez prąd sprzężenia było podane
szeregowo z napięciem wejściowym. Sprzężenie równolegle polega na takim przyłączeniu obwodu
sprzężenia, aby napięcie wywoływane w obwodzie wejściowym przez prąd sprzężenia było podane
równolegle do napięcia wejściowego. Można więc uzyskać cztery kombinacje sprzężeń zwrotnych,
realizowane we wzmacniaczach: prądowe szeregowe, prądowe równolegle, napięciowe szeregowe,
napięciowe równolegle. Sprzężenia: prądowe szeregowe i napięciowe równoległe są zazwyczaj
realizowane w ramach jednego stopnia wzmacniającego.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
23
Rys. 4.2.7. Schemat wzmacniacza OE a) sprzężenie prądowe szeregowe [2]
Wszystkie sprzężenia szeregowe zmniejszają wzmocnienie wzmacniacza. Pojawienie się
w obwodzie wejściowym dodatkowego napięcia o polaryzacji przeciwnej do napięcia sterującego
powoduje zmniejszenie prądu płynącego w tym obwodzie, bez wpływu na wartość sygnału
wejściowego. Oznacza to, że sprzężenia szeregowe zwiększają rezystancję wejściową.
Sprzężenie napięciowe równoległe może występować jednocześnie dla napięć zmiennych i
wolno-zmiennych oraz dla napięć stałych. Źródłem sygnału sprzężenia jest pobierane bezpośrednio
z kolektora tranzystora napięcie wyjściowe (sprzężenie napięciowe), które jest podane na bazę
tranzystora równolegle do wejścia (sprzężenie równoległe). Ponieważ w wyniku podania sygnału
sprzężenia nie zmniejszyło się napięcie na rezystancji wejściowej wzmacniacza, więc oznacza to,
że sprzężenia równoległe nie zmieniają wzmocnienia napięciowego. Przepływ dodatkowego prądu
sprzężenia w obwodzie wejściowym – bez zmiany napięcia wejściowego, może nastąpić tylko
wówczas, gdy zmniejszy się rezystancja wejściowa. Sprzężenia równolegle zmniejszają rezystancję
wejściową, co może być przyczyną spadku wzmocnienia mierzonego na zaciskach wzmacniacza.
Jeżeli wzmacniacz jest sterowany ze źródła sygnału o rezystancji wyjściowej niewiele mniejszej od
jego rezystancji wejściowej (np. z innego stopnia wzmacniającego OE), to załączenie sprzężenia
równoległego zmniejszy rezystancję wejściową wzmacniacza. Wówczas większa część napięcia
sterującego odłoży się na rezystancji wyjściowej źródła sygnału, a mniejsza na rezystancji
wejściowej wzmacniacza, zmniejszając efektywne wzmocnienie układu.
Rys. 4.2.8. Wpływ sprzężenia szeregowego na kształt charakterystyk wzmacniacza: a) amplitudowej,
b) przejściowej[2]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
24
W przypadku układu, jak na (rys. 4.2.7) ujemne sprzężenie zwrotne szeregowe zmieniając
wzmocnienie zmienia także kształt charakterystyk (rys. 4.2.8). Poszerza pasmo przenoszenia,
poprawia stałość wzmocnienia w funkcji częstotliwości, zwiększa zakres liniowy
charakterystyki dynamicznej – zakres dynamiczny. W znaczący sposób zmieni się
wzmocnienie napięciowe.
Iloczyn wzmocnienia i pasma przenoszenia
Jeżeli za pomocą sprzężenia zwrotnego zostanie zmniejszone wzmocnienie Ku wzmacniacza,
to nastąpi jednocześnie poszerzenie pasma przenoszenia B zgodnie z zależnością:
.
const
K
UB
=
(4.2.3)
Zjawisko to jest określane mianem wymienności pasma i wzmocnienia. Iloczyn wzmocnienia
i pasma przenoszenia, ze względu na swoją interpretację graficzną na charakterystyce
amplitudowej wzmacniacza, jest również nazywany polem wzmocnienia.
Wzmacniacze operacyjne są wzmacniaczami charakteryzującymi się bardzo dużym
wzmocnieniem i przeznaczonym z reguły do pracy w układzie z zewnętrznym obwodem
ujemnego sprzężenia zwrotnego. Właściwości tego obwodu decydują w głównej mierze
o właściwościach całego układu.
Większość wzmacniaczy operacyjnych ma symetryczne (różnicowe) wejścia
i niesymetryczne wyjście. Na rys. 4.2.9 pokazano powszechnie stosowany symbol takiego
wzmacniacza.
Rys. 4.2.9. Symbol wzmacniacza operacyjnego [2]
Zacisk WE1 oznaczony „–” nasi nazwę wejścia odwracającego, ponieważ sygnał
wyjściowy jest odwrócony w fazie o 180
° względem sygnału przyłożonego do
tego wejścia.
Zacisk WE2 oznaczony „+” jest wejściem nieodwracającym, ponieważ sygnał wyjściowy
jest w fazie z sygnałem doprowadzonym do tego wejścia.
Wzmacniacz operacyjny może pracować w układzie o wejściu niesymetrycznym, jeżeli
sygnał wejściowy poda się na jedno z dwóch wejść WE1 lub WE2 (sygnał przyłączony jest
pomiędzy zaciskiem wejściowym, a masą przy drugim zacisku dołączonym do masy).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
25
W układzie o wejściu symetrycznym sygnał wejściowy doprowadza się między wejścia WE1
i WE2 wzmacniacza. Sygnał taki nazywa się sygnałem różnicowym.
Napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do wartości sygnału różnicowego, czyli do
różnicy napięć wejściowych zgodnie z zależnością:
d
U
WE
WE
U
WY
U
A
U
U
A
U
=
−
=
)
(
2
1
gdzie:
U
WE1
, U
WE2
– napięcia wejściowe,
U
WY
– napięcie wyjściowe,
U
d
– różnicowe napięcie wejściowe,
A
U
– wzmocnienie napięciowe wzmacniacza z otwartą pętlą sprzężenia
zwrotnego (wzmocnienie różnicowe).
Ważną właściwością wzmacniacza operacyjnego, (dalej skrótowo oznaczanego WO) jest
to, że sygnał na wyjściu powinien być równy zeru, gdy na obu wejściach występują
jednakowe sygnały względem masy. Jednakowy sygnał podany na oba wejścia jest nazywany
sygnałem wspólnym (współbieżnym). Mówi się, że WO tłumi sygnał wspólny.
Kompensacja wzmacniacza odbywa się za pomocą potencjometru P dołączonego do
specjalnie wyprowadzonych końcówek wzmacniacza, jak to pokazano na rys. 4.2.10.
Rys. 4.2.10. Kompensacja (równoważenie, zerowanie) napięcia niezrównoważenia WO
μA 741
(a) i rozmieszczenie jego końcówek (b) [2]
Tabela 4.2.2
Wzmacniacz
idealny
μA 741 Inne WO
Wzmocnienie różnicowe A
U
V/V
→ ∞
10
5
10
4
...10
7
Rezystancja wejściowa różnicowa R
ID
M
Ω
→ ∞
1 0,05...10
4
Rezystancja wyjściowa R
O
Ω
→ 0
75 50...200
Częstotliwość graniczna f
T
MHz
→ ∞
1 1...100
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
26
gdzie:
− różnicowe wzmocnienie napięciowe a
u
– stosunek napięcia wyjściowego do
różnicowego napięcia na wejściu przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego,
− wejściowa rezystancja różnicowa r
id
– rezystancja występująca między
wejściowymi zaciskami WO,
− rezystancja wyjściowa r
o
– rezystancja występująca między zaciskiem wyjściowym
a masą we wzmacniaczu zrównoważonym z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego,
− częstotliwość graniczna f
t
– największa częstotliwość, przy której (pasmo
wzmocnienia jednostkowego) wzmocnienie różnicowe jest równe wzmocnieniu
maksymalnemu (wzmocnieniu dla prądu stałego).
Podstawowe układy pracy wzmacniaczy operacyjnych
Wzmacniacze operacyjne mogą pracować w wielu różnych konfiguracjach układowych.
Najprostszą możliwością jest zastosowanie układu z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego.
1. Wzmacniacz odwracający
Wzmacniacz odwracający stanowi taki układ włączenia wzmacniacza operacyjnego,
w którym sygnał wejściowy jest podany na wejście odwracające – rys. 4.2.11.
Rys. 4.2.11. Wzmacniacz odwracający [2]
Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza odwracającego (wzmocnienie układu ze sprzężeniem
zwrotnym) wynosi:
1
2
R
R
U
U
A
WE
WY
uf
−
=
=
(4.2.4)
Dobierając rezystancję R
2
(najczęściej R
1
=const) można uzyskać wymagane wzmocnienie.
W przypadku gdy R
1
=R
2
otrzymuje się inwerter o wzmocnieniu 1.
Ponieważ rezystancja R
1
jest niewielka to również i R
I
jest niewielka.
W praktyce często włącza się pomiędzy masę a wejście „+” dodatkowy rezystor o wartości
równej rezystancji połączenia równoległego R
1
i R
2
, gdyż w tym przypadku uzyskuje się
najlepszą kompensację błędu spowodowanego napięciem niezrównoważenia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
27
2. Wzmacniacz nieodwracający
W układzie wzmacniacza nieodwracającego sygnał wejściowy jest doprowadzany do
wejścia nieodwracającego - rys. 4.2.12.
Rys. 4.2.12. Wzmacniacz nieodwracający [2]
Wzmocnienie napięciowe układu:
1
2
1
R
R
U
U
A
WE
WY
uf
+
=
=
(4.2.5)
Warto zauważyć, że w tym układzie w przeciwieństwie do wzmacniacza odwracającego, nie
jest możliwe uzyskanie wzmocnienia
≤1.
Rezystancja wejściowa wzmacniacza nieodwracającego:
+
=
I
U
R
WE
I
Ponieważ I
+
→ 0 to R
I
→ ∞, w praktyce rezystancja R
I
jest bardzo duża.
W praktycznym układzie włącza się w obwód wejścia „+” rezystor o wartości równej
rezystancji połączenia równoległego R
1
i R
2
.
Wtórnik napięciowy
Jeżeli we wzmacniaczu nieodwracającym z rys. 4.2.12 wartość rezystora R
1
jest
nieskończenie duża, to otrzymuje się układ ze 100-procentowym ujemnym sprzężeniem
zwrotnym. Taki układ nazywamy wtórnikiem napięciowym (rys. 4.2.13).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
28
Rys. 4.2.13. Wtórnik napięciowy [2]
Przyjmując we wzorze na wzmocnienie wzmacniacza nieodwracającego R
1
=
∞ otrzymujemy:
1
=
=
we
wy
uf
U
U
A
(4.2.6)
Wtórnik napięciowy ma wzmocnienie równe 1 oraz charakteryzuje się bardzo dużą
rezystancją wejściową i małą rezystancją wyjściową. Z tego powodu nadaje się doskonale do
zastosowań jako bufor separujący układy elektroniczne (np. w układzie próbkującym
z pamięcią).
W praktyce wartość rezystancji R
2
należy dobierać równą rezystancji wewnętrznej źródła
sygnału wejściowego.
Wzmacniacz różnicowy
Na rys. 4.2.14 przedstawiono schemat wzmacniacza różnicowego.
Rys. 4.2.14. Wzmacniacz różnicowy [2]
Wartość napięcia wyjściowego wynosi:
1
1
2
2
1
4
4
3
2
1
WE
WE
WY
U
R
R
U
R
R
R
R
R
R
U
−
⋅
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
+
=
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
29
W większości przypadków we wzmacniaczu różnicowym stosuje się wartości rezystorów
spełniające warunek:
3
4
1
2
R
R
R
R =
Wtedy napięcie wyjściowe:
)
(
1
2
1
2
WE
WE
WY
U
U
R
R
U
−
=
(4.2.7)
Jeżeli dodatkowo
1
1
2
=
R
R
, wtedy
1
2
WE
WE
WY
U
U
U
−
=
, czyli możemy stwierdzić, że
wzmacniacz różnicowy wzmacnia różnicę sygnałów wejściowych, natomiast sygnał
współbieżny (U
WE1
=U
WE2
) jest tłumiony.
Wzmacniacz sumujący
Za pomocą WO można łatwo realizować sumowanie napięć stosując układ pokazany na
rys. 4.2.15.
Rys. 4.2.15. Wzmacniacz sumujący [2]
Napięcie wyjściowe wynosi:
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
+
+
−
=
n
wen
we
we
f
wy
R
U
R
U
R
U
R
U
...
2
2
1
1
(4.2.8)
Stosując różne wartości rezystorów R
1
, R
2
...R
n
uzyskuje się różne wzmocnienia sygnałów dla
poszczególnych wejść, czyli realizuje się dodatkowo funkcję mnożenia sygnałów
wejściowych przez odpowiednie stałe.
Jeżeli R
1
=R
2
=...=R
n
=R
f
to:
(
)
WEn
WE
WE
WY
U
U
U
U
+
+
+
−
=
...
2
1
W praktyce między zacisk wejściowy „+” a masę włącza się rezystor o wartości równej
rezystancji połączonych równolegle rezystorów R
1
, R
2
,..., R
n
, R
f
.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
30
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na podane pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania
ćwiczeń.
1. Jakie znasz rodzaje układów wzmacniaczy?
2. Jakie parametry i jak definiowane określają poszczególne układy wzmacniaczy?
3. Jakie funkcje pełnią poszczególne elementy w układach wzmacniających?
4. W jaki sposób działa układ wzmacniający?
5. Jakimi przyrządami pomiarowymi posłużysz się do wyznaczania parametrów układu
wzmacniacza?
6. Jakimi metodami można wyznaczyć parametry układu wzmacniacza?
7. Jakie są zasady bezpieczeństwa przy badaniu układów wzmacniających?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wyznacz parametry i charakterystyki wzmacniacza elektronicznego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) dobrać przyrządy pomiarowe do układu pomiarowego,
GS –generator sygnałowy, UB - układ badany, OSC- oscyloskop, ZS – zasilacz [2]
2) połączyć układ pomiarowy,
3) dobrać wartość napięcia wejściowego, aby nie nastąpiło przesterowanie wzmacniacza,
4) wyznaczyć charakterystykę Uo = f (U
I
),
5) obliczyć wartość współczynnika wzmocnienia Ku,
6) wyznaczyć charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową Ku = f (f ),
7) wyznaczyć pasmo przenoszenia B,
8) wyznaczyć rezystancję wejściową i wyjściową,
9) porównać parametry obliczone z wyznaczonymi,
10) określić wpływ przyrządów na wyniki pomiarów.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
31
Wyposażenie stanowiska pracy:
− układy pomiarowe,
− zasilacz napięcia stałego,
− oscyloskop,
− generator,
−
woltomierze prądu stałego i zmiennego
.
Ćwiczenie 2
Badanie i analizowanie układów pracy wzmacniacza operacyjnego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) dobrać przyrządy pomiarowe do układu pomiarowego jak na rysunku,[5]
2) wyznaczyć wzmocnienie wzmacniacza odwracającego Ku,
3) obliczyć wzmocnienie wzmacniacza na podstawie zastosowanych w ćwiczeniu
rezystancji,
4) porównać wartości współczynnika wzmocnienia obliczonego z wartością współczynnika
uzyskanego z pomiarów,
5) wyznaczyć charakterystykę Uwy = f(Uwe),
6) połączyć układ wzmacniacza sumującego, jak na rys. 4.2.15,
7) sprawdzić działanie wzmacniacza dla różnych wartości napięć wejściowych
2
1
,
WE
WE
U
U
,
8) połączyć układ wzmacniacza różnicowego, jak na rys. 4.2.14,
9) sprawdzić działanie wzmacniacza dla różnych wartości napięć wejściowych
2
1
,
WE
WE
U
U
,
10) połączyć układ wzmacniacza różnicowego jak na rys.4.2.13,
11) wyznaczyć charakterystykę
)
(
WE
WY
U
f
U
=
,
12) zanalizować otrzymane wyniki pomiarów.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− układy pomiarowe,
− zasilacze napięcia stałego,
− oscyloskop,
−
woltomierze prądu stałego i zmiennego.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
32
Ćwiczenie 3
Projektowanie prostych układów elektronicznych.
Metoda projektowania prostego wzmacniacza napięciowego w układzie OE.[7]
+ Ucc
R
1
R
c
C
2
C
1
U
1
R
2
R
e
C
e
U
0
Przybliżona metoda obliczania punktu pracy.
Założenia:
0
=
b
I
e
c
I
I
=
.
7
,
0
const
V
U
be
=
=
.
Dane: Ucc i pozostałe wartości elementów.
Sposób postępowania:
1. Z dzielnika napięciowego R1; R2 wyznacza się napięcie (potencjał) bazy tranzystora.
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
=
2
1
2
R
R
R
U
U
CC
b
2. Oblicza się napięcie (potencjał) emitera tranzystora.
be
b
e
U
U
U
−
=
(zwykle Ue = {10 – 30 %}Ucc)
3. Wyznacza się prąd emitera.
e
e
e
R
U
I
=
(przyjmuje się Ic = Ie)
4. Oblicza się napięcie Uce.
Uce = Ucc – [ Ie (Re + Rc) ].
Do wyznaczonego zgrubnie punktu pracy określa się przybliżoną wartość prądu bazy.
b
I
I
e
b
+
=
1
Parametry punktu pracy P (Ic; Ib; Uce).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
33
+Ucc
Ic
Rc Ic
Ic = Ucc / Rc +Re.
Ib Uce
Ib3
Ube Ie Ib2
Rb Ue
Ib1
Re
Ub Eb
Ucc
Schemat zastępczy dla składowej stałej [7] Statyczna prosta obciążenia i punkt pracy [7]
Parametry wzmacniacza w układzie OE
1) Rezystancja
wejściowa jest to rezystancja zastępcza układu „widziana” z jego zacisków
wejściowych.
t
b
we
R
R
R
=
e
t
h
R
21
=
t
R –rezystancja wejściowa tranzystora
2
1
R
R
R
b
=
2) Wzmocnienie
prądowe.
I
O
I
I
I
K
=
3) Wzmocnienie
napięciowe.
we
I
I
O
U
R
R
K
U
U
K
0
=
=
4) Rezystancja
wyjściowa jest to rezystancja zastępcza układu „widziana” z jego zacisków
wyjściowych.
C
O
wy
R
R
R
=
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zaprojektować wzmacniacz napięciowy o zadanym
,
,
we
U
R
K
2) sprawdzić działanie układu na programie symulacyjnym,
3) wyznaczyć parametry wzmacniacza w układzie symulacyjnym,
4) porównać parametry wyznaczone w programie symulacyjnym z założonymi przy
projektowaniu.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
34
Wyposażenie stanowiska pracy:
− zeszyt do ćwiczeń,
− program symulacyjny (na przykład EWB).
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) wymienić rodzaje wzmacniaczy napięciowych?
2) zdefiniować parametry wzmacniaczy?
3) obliczyć wzmocnienie?
4) wyznaczyć pasmo przenoszenia?
5) dobrać przyrządy pomiarowe do wyznaczania parametrów
i charakterystyk?
6) zbadać układ wzmacniacza?
7) posłużyć się programem symulacyjnym do wyznaczania parametrów
wzmacniacza?
8) zdiagnozować działanie wzmacniacza na podstawie przebiegów
i charakterystyk?
9) uzasadnić, w jaki sposób dobrać elementy do układu
wzmacniającego?
4.3. Generatory
4.3.1. Materiał nauczania
Generatorami przebiegu sinusoidalnego są nazywane układy wytwarzające sygnały
o kształcie sinusoidalnym. Każdy generator składa się z dwóch członów: wzmacniacza
o wzmocnieniu napięciowym Ku, wnoszącego przesunięcie fazowe
φκ
oraz układu sprzężenia
zwrotnego o współczynniku
β
, wnoszącego przesunięcie
φ
β
. Aby na zaciskach wyjściowych
generatora mógł wytworzyć się sygnał sinusoidalny o określonej częstotliwości muszą być
spełnione dwa warunki:
− warunek amplitudy: Ku
β = 1,
− warunek fazy :
φκ + φ
β
= 0 + 2π
k.
Parametry generatorów:
1. Amplituda sygnału wyjściowego Um.
2. Częstotliwość sygnału wyjściowego f.
3. Stałość amplitudy:
Un
U
u
Δ
=
δ
.
4. Stałość częstotliwości:
fn
f
f
Δ
=
δ
.
5. Zakres przestrajania: f = (fmax – fmin).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
35
Podział generatorów:
1. Generatory LC:
a) generator Meissnera,
b) generator Colpittsa,
c) generator Hartleya.
2. Generatory RC:
a) generator z przesuwnikiem fazy RC.
Przykładowe schematy generatorów sinusoidalnych
1. Generator Hartley’a
Rys. 4.3.1. Schemat generatora Hartley’a [2]
5
2
1
0
)
(
2
1
C
L
L
f
+
Π
=
fo - częstotliwość generatora Hartley’a
2. Generator Colpitts’a
Rys. 4.3.2. Schemat generatora Colpittsa [2]
6
5
6
5
1
0
2
1
C
C
C
C
L
f
+
Π
=
fo – częstotliwość generatora Colpitts’a
R1
10k
Ω
R2
5M
Ω
R3
5,6k
Ω
R4
1k
Ω
C3
1
μF
C4
1
μF
+Vcc
WY
T1
C5
3,3nF
L1
238mH
L2
37mH
C2
1
μF
R1
10k
Ω
R2
5M
Ω
R3
5,6k
Ω
R4
1k
Ω
C3
1
μF
C4
1
μF
+Vcc
C5
10nF
C6
100nF
WY
T1
L1
54mH
C2
1
μF
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
36
3. Generator Meissnera
5
2
0
2
1
C
L
f
Π
=
fo – częstotliwość generatora Meissnera
Rys. 4.3.3. Schemat generatora Meissnera [2]
4. Generator z przesuwnikiem fazy RC
Rys. 4.3.4. Schemat generatora RC z przesuwnikiem fazy [2]
RC
f
Π
=
2
1
0
fo – częstotliwość generatora RC z przesuwnikiem fazy
4.3.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na podane pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania
ćwiczeń.
1. Wymień rodzaje generatorów.
2. Określ parametry poszczególnych generatorów.
3. Określ funkcje poszczególnych elementów w układach generatorów na podstawie
schematu ideowego.
4. Przeanalizuj działanie układu generatora na podstawie przebiegów czasowych.
5. Dobierz przyrządy pomiarowe do wyznaczania parametrów układu generatora.
6. Określ metodę do wyznaczania parametrów układu generatora.
7. Jakie są zasady bezpieczeństwa przy badaniu układów generacyjnych?
R1
10k
Ω
R2
5M
Ω
R3
5,6k
Ω
R4
1k
Ω
C3
1
μF
C4
1
μF
+Vcc
WY
T1
C2
1
μF
C5
47nF
L1
30mH
L2
120mH
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
37
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Realizowanie układów generatorów przy pomocy układu symulacyjnego.
− badanie generatora LC w układzie Meissnera,
− badanie generatora RC z przesuwnikiem fazy.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
Badanie generatora LC w układzie Meissnera
1) zapoznać się z budową i parametrami generatora LC w układzie Meissnera,
2) uruchomić program symulacyjny, na przykład EWB, PSPICE,
3) w edytorze programu narysować schemat układu generatora,
4) dobrać przyrządy pomiarowe: oscyloskop, mierniki, zasilacz,
5) uruchomić układ pomiarowy, wybierając odpowiednią analizę,
6) wyznaczyć parametry generatora: amplitudę, częstotliwość, zakres przestrajania,
7) wyznaczyć wpływ napięcia zasilającego na amplitudę i częstotliwość generatora.
Badanie generatora RC z przesuwnikiem fazy
8) zapoznać się z budową i parametrami generatora RC z przesuwnikiem fazy,
9) uruchomić program symulacyjny, na przykład EWB, PSPICE,
10) w edytorze programu narysować schemat układu generatora,
11) dobrać przyrządy pomiarowe: oscyloskop, mierniki, zasilacz,
12) uruchomić układ pomiarowy, wybierając odpowiednią analizę,
13) wyznaczyć parametry generatora: amplitudę, częstotliwość, zakres przestrajania,
14) porównać parametry obliczone z wyznaczonymi.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− schematy układów pomiarowych,
− program symulacyjny EWB, PSPICE,
− stanowisko komputerowe.
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) zdefiniować parametry generatora?
2) obliczyć częstotliwość, zakres przestrajania?
3) dobrać przyrządy pomiarowe do wyznaczania parametrów?
4) porównać układy generatorów?
5) uzasadnić, w jaki sposób dobrać elementy do układu generatora?
6) zbadać generator posługując się programem symulacyjnym?
7) określić wpływ napięcia zasilającego na parametry generatora?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
38
4.4. Stabilizatory
4.4.1. Materiał nauczania
Stabilizatory
napięcia stałego są to układy, których zadaniem jest wytworzenie na
zaciskach wyjściowych stałego, pozbawionego składowej zmiennej, napięcia o wartości
niezależnej od czynników zewnętrznych. Zadaniem stabilizatora jest pobranie mocy z układu
wejściowego i oddanie jej do innych układów elektronicznych w postaci mocy zasilania.
Rodzaje stabilizatorów:
1. Napięciowe.
2. Prądowe.
Ze względu na działanie:
a) parametryczne,
b) kompensacyjne.
Parametry:
1) Iwy max,
2) Uwy max,
3) Zakres stabilizacji
Δ
Uwy = Uwy max – U wy min,
4)
Uwe
Uwy
Su
Δ
Δ
=
- współczynnik stabilizacji napięcia,
5)
Iwy
Uwy
Rwy
Δ
Δ
=
- rezystancja wyjściowa.
Charakterystyki:
1) przejściowe Uwy = f(Uwe),
2) wyjściowe Uwy = f(Iwy).
Uwy Uwy
Uwe
Iwy
Przykładowe układy stabilizatorów
1. Stabilizator parametryczny
I
R
Io
Iz
Uwe
Ro
U
D
Uwy
Rys. 4.4.1. Schemat układu stabilizatora parametrycznego [2]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
39
U
Uz
Iz
min
Iz
n
Iz
max
I
W układzie stabilizatora parametrycznego:
Uwe = 40V R = 50
Ω Pz = 3W Uz = 20V Iz
min
= 5mA
Znaleźć zakres dopuszczalnych zmian rezystancji obciążenia
A
V
W
Uz
Pz
15
,
0
20
3
Izmax
=
=
=
U
R
= Uwe – Uz = 40V – 20V =20V
A
R
U
R
4
,
0
50
20
I
=
=
=
Io
1
= I – Iz
max
= 0,4 – 0,15 = 0,25V
Io
1
= I – Iz
min
= 0,4 – 0,005 = 0,395V
Ω
=
=
=
80
25
,
0
20
Io
Ro
1
max
Uz
Ω
=
=
=
6
,
50
395
,
0
20
Io
Ro
1
max
Uz
Ro( 50,6
÷ 80 Ω
2. Stabilizator szeregowy
Uce
Iwy
+
U
BE
U1
Ro
R1
Uz
_
Uwy =Uz – U
BE
Rys. 4.4.2. Schemat układu stabilizatora szeregowego [2]
Działanie:
1) Iwy
= > Uwy => Uz = const => U
BE
=> T bardziej przewodzi Ic = Uce
=> U
1
= Uce = Uwy => U
1
= const = Uwy
2) U
1
= > Uwy => Uz = const => U
BE
=> Ic = Uce => Uwy
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
40
3. Stabilizator szeregowy o regulowanym napięciu wyjściowym
Rys. 4.4.3. Schemat układu stabilizatora o regulowanym napięciu wyjściowym [2]
4. Stabilizator równoległy
Rys. 4.4.4. Schemat układu stabilizatora równoległego [2]
U
O
= U
Z
+
U
BE
U
1
U
Z
=
const =>
U
O
=> U
BE
= I
C
U
CE =
U
O
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
41
5. Układ stabilizatora ze wzmacniaczem operacyjnym
Rys. 4.4.5. Schemat układu stabilizatora ze wzmacniaczem operacyjnym [2]
4.4.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na podane pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania
ćwiczeń.
1. Wymień rodzaje stabilizatorów.
2. Określ parametry poszczególnych układów stabilizatorów.
3. Określ funkcje poszczególnych elementów w układach stabilizatorów na podstawie
schematu ideowego.
4. Przeanalizuj działanie układu stabilizatora na podstawie charakterystyk.
5. Dobierz przyrządy pomiarowe do wyznaczania parametrów układu stabilizatora.
6. Określ metodę do wyznaczania parametrów układu stabilizatora.
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Dobieranie parametrów diody Zenera w układzie stabilizatora.
Przybliżona metoda obliczania stabilizatora szeregowego.
Dane: Uo = 5V, Io = 0,5A.
Założenia: T1 U
BE
= 0,6V
β=100
h
11b
=50mV/Ie
U
1
=10V
Sposób postępowania
1. Wyznaczanie napięcia diody Zenera: U
Z
= U
O
+ U
BE
.
2. Obliczanie wartości napięcia na rezystorze R1: U
R1
= U
1
- U
Z
.
3. Wyznaczanie wartości prądu I
R
: I
R
= U
R1
/R1 (przyjąć wartość R1 zwykle ok.100
Ω).
4. Dobór rezystora (uwzględniając R i P).
5. Wyznaczanie prądu I
B
: (przyjąć I
C
= I
E
= I
O
) I
B =
I
C /
β
.
6. Dobór tranzystora T1 z katalogu (uwzględniając prąd Ic i
β
).
7. Dobór diody Zenera (przyjąć I
Z
= I
B
dla środkowego zakresu charakterystyki diody).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
42
U
Uz
Iz
min
Iz
n
Iz
max
I
8. Z katalogu dobrać diodę Zenera uwzględniając Pz i Uz.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) określić rodzaj układu elektronicznego,
2) zidentyfikować elementy układu na podstawie katalogu,
3) objaśnić, jaką funkcję spełniają w danym układzie,
4) zdefiniować ich parametry,
5) wyznaczyć napięcie diody Zenera,
6) dobrać parametry rezystora P, R,
7) dobrać parametry tranzystora,
8) dobrać parametry diody Zenera,
9) sprawdzić działanie układu w programie symulacyjnym,
10) wyznaczyć parametry stabilizatora w programie symulacyjnym,
11) porównać parametry wyznaczone w programie symulacyjnym z założonymi przy
projektowaniu.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− schemat ideowy układu stabilizatora,
− katalog elementów,
− program symulacyjny EWB, PSPICE,
− stanowisko komputerowe.
Ćwiczenie 2
Realizowanie układów stabilizacji napięcia przy pomocy komputerowych programów
symulacyjnych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
43
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zapoznać się z budową i parametrami stabilizatorów napięcia.
2) zaprojektować układ stabilizatora napięcia (metoda przybliżona obliczania stabilizatora).
3) uruchomić program symulacyjny, na przykład EWB, PSPICE.
4) w edytorze programu narysować schemat układu stabilizatora.
5) dobrać przyrządy pomiarowe: mierniki, zasilacz.
6) uruchomić układ pomiarowy, wybierając odpowiednią analizę.
7) wyznaczyć parametry: napięcie i prąd wyjściowy, zakres stabilizacji napięcia.
8) wyznaczyć wpływ napięcia zasilającego na wartość napięcia wyjściowego.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− schemat ideowy układu stabilizatora,
− katalog elementów,
− program symulacyjny EWB, PSPICE,
− stanowisko komputerowe.
4.4.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) rozróżnić rodzaje stabilizatorów?
2) zdefiniować parametry stabilizatorów?
3) obliczyć zakres stabilizacji?
4) dobrać parametry diody Zenera do układu stabilizacyjnego?
5) zaprojektować prosty stabilizator napięcia?
6) zbadać stabilizator napięcia w układzie symulacyjnym?
7) wyznaczyć charakterystykę przejściową stabilizatora?
8) objaśnić na podstawie charakterystyki działanie stabilizatora?
4.5. Stosowanie systemu binarnego i heksadecymalnego
4.5.1 Materiał nauczania
Aby w pełni móc analizować funkcjonalne działanie układów cyfrowych musisz znać
zasady zapisu informacji w formie cyfrowej. Niezbędne tu będą pozycyjne systemy liczb oraz
algebra Boolea.
Pozycyjny system zapisu liczby to taki, w którym wartość znaku zależy od jego pozycji
w zapisie. Każdej pozycji przypisana jest odpowiednia waga. My zajmiemy się tutaj tylko
trzema systemami pozycyjnymi:
a) dziesiętnym,
b) dwójkowym (binarnym),
c) szesnastkowym (hexadecymalnym).
Wartość dziesiętna liczby w systemie pozycyjnym o podstawie p:
C
n-1
C
n-2
...C
2
C
1
C
0
ma wartość C
n-1
p
n-1
+ C
n-2
p
n-2
+... + C
2
p
2
+ C
1
p
1
+ C
0
p
0
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
44
gdzie:
C - cyfra danego systemu o podstawie p,
C
i
- cyfra na i-tej pozycji, i = 0,1,2,...,n-1,
n - ilość cyfr w zapisie liczby,
p - podstawa systemu pozycyjnego.
Podstawę systemu dziesiętnego tworzy liczba 10. Jest to specjalna wartość
charakteryzująca system pozycyjny, od której bierze on swoją nazwę: podstawa 10 - system
dziesiętny.
Zapis liczby tworzymy za pomocą cyfr, czyli umownych znaków o przypisanych
wartościach od 0 do 9. Ilość cyfr jest zawsze równa podstawie systemu, czyli w systemie
dziesiętnym będzie ich dziesięć. Największa cyfra jest o 1 mniejsza od podstawy (9 = 10-1).
Cyfry umieszczamy na kolejnych pozycjach. Każda pozycja posiada swoją wartość, którą
nazywamy wagą pozycji. Wagi pozycji są kolejnymi potęgami podstawy systemu, czyli
w systemie dziesiętnym są to kolejne potęgi liczby 10.
W systemie binarnym, czyli dwójkowym istnieją tylko dwie cyfry (0 i 1). Liczby binarne
wyglądają więc tak: 0, 1, 10, 11, 1010, 101, 111 itd.
Zamiana liczb binarnych na dziesiętne i odwrotnie podlega tym samym zasadom, które
były omówione przy liczbach szesnastkowych. Poniższa tabela przedstawia potęgi liczby 2.
liczba dwójkowa
Potęga
Dziesiętnie
1
=
2
0
=
1
10
= 2
1
=
2
100
= 2
2
=
4
1000
= 2
3
=
8
10000
= 2
4
=
16
100000
= 2
5
=
32
1000000
= 2
6
=
64
itd
Po liczbach binarnych dla odróżnienia ich od dziesiętnych należy pisać skrót (bin).
Zakodujemy w systemie binarnym liczbę 1984.
1984 : 2 0
992 : 2 0
496 : 2 0
248 : 2 0
124 : 2 0
62 : 2 0
31 : 2 1
15 : 2 1
7 : 2 1
3 : 2 1
1 : 2 1
0
Kodowanie liczby w systemie binarnym
A więc 1984 = (11111000000)
2
.
Teraz rozkodujmy liczbę (1011.0101)
2
.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
45
2
3
+ 2
1
+ 2
0
+ 2
-2
+ 2
-4
= 8 + 2 + 1 + 0.5 + 0.0625 = 11.5625
Jak widać, nie trzeba pisać przed każdą rozpisywaną cyfrą odpowiednio 0* lub 1*. Wystarczy
tylko spisać te potęgi dwójki, którym odpowiada cyfra 1 i pominąć te, którym odpowiada
cyfra 0.
W systemie heksadecymalnym, czyli szesnastkowym istnieje 16 cyfr. Zamiast liczb 10,
11, 12, 13, 14 i 15 twórcy tego systemu zastosowali pierwsze litery alfabetu, liczy się więc
w następujący sposób: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,
17, 18, 19, 1A, 1B, 1C, 1D, itd.
Jedną z zasad przy używaniu systemu szesnastkowego jest nieużywanie takich słów jak
„trzynaście” czy „osiemnaście”, ponieważ są one osadzone zbyt głęboko w naszym
dziesiętnym systemie liczbowym i mogą być przyczyną poważnych pomyłek. Dla
rozróżnienia liczba 11 w systemie szesnastkowym zapisywana zwykle 11(hex) nazywa się
„jeden jeden hex”. Nie zapomnij dodawać „hex” po liczbie szesnastkowej. Można to
opuszczać jedynie przy liczbach od 0 do 9, gdyż mają one te same wartości w obu
systemach.
Dodawanie i odejmowanie liczb binarnych
Dodawać będziemy zera i jedynki, ale 1+1=2. Jak tą dwójkę zapisywać? Zapisywać nigdzie
jej nie trzeba. Ona będzie występowała tylko w pożyczkach i przeniesieniach, a jej kodowanie
jako 2 lub jako (10)
2
to kwestia mało ważna.
Dodajmy dwie liczby binarne: 101011 + 01000 = 110011.
1 0 1 0 1
+
0 1 0 0
=
1 1 0 0 1
Dodawanie liczb binarnych
W zasadzie nie ma tutaj żadnej wielkiej filozofii. 1+0=1, 0+0=0. Dopiero w trzeciej (od
prawej strony) kolumnie występuje przeniesienie: 1+1=2, czyli (10)
2
. Dlatego w tej kolumnie
zapisujemy 0, a w następnej 1. W końcu 1 + domyślne 0 = 1.
Z odejmowaniem też jest podobnie. Odejmijmy 1001011 – 010110 = 110101.
1 0 0 1 0 1 1
-
0 1 0 1 1 0
=
1 1 0 1 0 1
Odejmowanie liczb binarnych
Po kolei: 1-0=1, 1-1=0. Dalej nie możemy odjąć 0-1, dokonujemy więc pożyczki sąsiedniej
jedynki. Tam zostaje zero, a pożyczona jedynka zamienia się na dwójkę. Stąd 2-1=1.
Z jedynki w czwartej kolumnie zostało zero. 0-0=0.
Dalej znowu musimy pożyczyć. Ponieważ obok nie ma nikogo skłonnego do wypożyczenia
potrzebnej nam jedynki, szukamy nieco dalej. Tamta jedynka z ostatniej kolumny pożycza
nam swoją jedyną jedynkę zostawiając sobie zero. Jedynka przechodzi do kolumny
przedostatniej stając się dwójką, z której dalej pożyczamy jedynkę. W kolumnie
przedostatniej zostaje jedynka, a my możemy wreszcie odjąć 2-1=1.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
46
4.5.2 Pytania sprawdzające
Odpowiadając na podane pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania
ćwiczeń.
1. Czym charakteryzują się systemy pozycyjne?
2. Od czego zależy wartość znaku w systemie pozycyjnym?
3. W jaki sposób przelicza się liczbę zapisaną w jednym systemie na zapis w innym?
4. Jak najprościej przejść z systemu binarnego do heksadecymalnego?
4.5.3 Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Zapis liczb w różnych systemach liczbowych.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) podać zapis dziesiętny następujących liczb:
3
(20211) ,
5
(403022) ,
2
(1010011)
, (FFA5)
16
,
2) podać zapis binarny i heksadecymalny następujących liczb zapisanych w systemie
dziesiętnym: 204, 511, 1024, 3303,
3) zamienić liczby podane w systemie szesnastkowym na system dwójkowy:
(FA2)
16
, (EA43)
16
, (8302)
16
,
4) zamienić podane liczby w systemie dwójkowym na system szesnastkowy: (10001010)
2
,
(10011001)
2
, (111100101010)
2
, (100111010)
2
, (111011101010011)
2
,
5) wyprowadzić tabelkę kilku pierwszych liczb systemu dwójkowego,
6) określić resztę z dzielenia liczby przez 2,
7) zakodować liczbę 128 w systemie dwójkowym,
8) rozkodować liczbę (010101100.1100)
2
,
9) obliczyć:
a) 111 + 111
b) 11001010 + 10101100
c) 111111 – 1101
d) 10000 – 1101
liczby te podane są w systemie binarnym.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− kartki papieru,
− długopis,
− kalkulator prosty.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
47
4.5.4 Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) zakodować liczbę całkowitą w systemie binarnym?
2) zakodować liczbę ułamkową w systemie binarnym?
3) rozkodować liczbę z systemu binarnego na dziesiętny?
4) podać 16 pierwszych liczb binarnych?
5) podać 16 pierwszych liczb szesnastkowych?
6) podać kolejne potęgi dwójki?
7) zamieniać liczby dziesiętne na szesnastkowe?
8) obliczyć, ile różnych liczb możemy zapisać za pomocą 8 i 16-bitowej
liczby binarnej?
4.6 Obserwowanie i analizowanie działania bramek logicznych
4.6.1 Materiał nauczania
Podstawowe funkcje logiczne i bramki je realizujące
Funktorem (bramką) – będziemy nazywać podstawowy układ kombinacyjny realizujący
funkcję logiczną jednej, dwu lub wielu zmiennych. Są to kombinacyjne układy cyfrowe,
realizujące elementarne funkcje logiczne: AND, OR, NOT oraz ich niezbyt złożone
kombinacje, na przykład NAND, NOR, Ex – OR.
A. Podstawowe funktory logiczne
1) Bramka OR (LUB)
Bramka ta jest układem o dwu lub większej liczbie wejść. Bramka OR realizuje funkcję sumy
logicznej zmiennych wejściowych.
a) Symbol graficzny
B
A
F
+
=
b) Tablica prawdy
a b f(a,b)
0 0
0
0 1
1
1 0
1
1 1
1
2) Bramka AND (I)
Bramka ta jest układem o dwu lub większej liczbie wejść. Realizuje ona funkcję iloczynu
logicznego zmiennych wejściowych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
48
a) Symbol graficzny
B
A
F
⋅
=
b) Tablica prawdy
a b f(a,b)
0 0
0
0 1
0
1 0
0
1 1
1
3) Bramka NOT (NIE)
Bramka ta jest o jednym wejściu. Realizuje ona funkcję negacji zmiennej wejściowej. Symbol
graficzny tej bramki należy traktować jako złożenie symbolu oznaczającego wzmacniacz
logiczny oraz kółka reprezentującego realizację inwersji. Kółko może być umieszczone po
stronie wejścia lub wyjścia. Wzmacniaczem logicznym jest układ nie zmieniający wartości
logicznej sygnału, a jedynie zwiększający obciążalność wyjścia.
a) Symbol graficzny
A
F
=
b) Tablica prawdy
a f(a)
0 1
1 0
4) Bramka NAND (NIE I)
Bramka NAND jest układem o dwu lub większej liczbie wejść. Realizuje ona funkcję negacji
iloczynu zmiennych wejściowych. Bramka NAND jest funkcjonalnie pełna, bowiem stosując
ją można zrealizować zarówno operację iloczynu logicznego (AND), jak i operację negacji
(NOT).
a) Symbol graficzny
B
A
B
A
F
+
=
⋅
=
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
49
b) Tablica prawdy
a b f(a,b)
0 0
1
0 1
1
1 0
1
1 1
0
5) Bramka NOR (NIE LUB)
Bramka NOR (ang. Not OR) jest układem o dwu lub większej liczbie wejść. Realizuje ona
funkcję negacji sumy. Można wykazać, że jest ona funkcjonalnie pełna.
a) Symbol graficzny
B
A
B
A
F
⋅
=
+
=
b) Tablica prawdy
a b f(a,b)
0 0
1
0 1
0
1 0
0
1 1
0
6) Bramka Ex – OR (XOR, ALBO)
Exclusive – OR (czyli WYŁĄCZNIE LUB) – wyjście bramki XOR jest w stanie wysokim,
jeżeli jedno albo drugie wejście jest w stanie wysokim – jest to zawsze funkcja dwóch
zmiennych (rys. 2.13). Mówiąc inaczej, wyjście jest w stanie wysokim, jeżeli stany wejść są
różne. Bramka XOR realizuje dodawanie bitów modulo – 2.
a) Symbol graficzny
B
A
B
A
B
A
F
+
=
⊕
=
b) Tablica prawdy
a b f(a,b)
0 0
0
0 1
1
1 0
1
1 1
0
A
F
B
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
50
7) Bramka Ex – NOR (NIE ALBO).
Bramka ALBO (Ex-OR) umożliwia bardzo prostą realizację funkcji ALBO - NIE (rys. 2.14),
która ma postać:
F(A, B) = AB+
AB
= A
⊗B
Funkcja ALBO-NIE (Exclusive-NOR lub krócej funkcja Ex-NOR), może być zrealizowana
bądź za pomocą bramki ALBO (Ex-OR), jeśli na jedno z jej wejść zostanie podany, zamiast
sygnału prostego, sygnał zanegowany:
=
+
=
+
=
⊕
=
B
A
AB
B
A
B
A
B
A
F
A
⊗B
a) Symbol graficzny
B
A
AB
B
A
F
⋅
+
=
⊕
=
b) Tablica prawdy
a b f(a,b)
0 0
1
0 1
0
1 0
0
1 1
1
4.6.2 Pytania sprawdzające
Odpowiadając na podane pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania
ćwiczeń.
1. W jaki sposób można opisać właściwości logiczne bramek?
2. Które z bramek są układami uniwersalnymi i dlaczego?
3. Jakie przyrządy służą do wyznaczenia stanu sygnału wyjściowego bramek?
4. Jakie przyrządy służą do ustawienia stanu sygnału wejściowego bramek?
4.6.3 Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wyznaczanie tabeli prawdy podstawowych funktorów logicznych.
Sposób wykonania ćwiczenia
A
F
B
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
51
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) wyznaczyć tablice prawdy funktorów logicznych,
2) opisać podstawowe funktory logiczne przy pomocy funkcji logicznej,
3) zastąpić funktory logiczne NOR, AND, NOT, OR, EX-OR, EX-NOR, EX-OR tylko
bramkami NAND,
4) zastąpić funktory logiczne NAND, AND, OR, EX-OR, EX-NOR, EX-OR tylko bramkami
NOR.
W celu realizacji powyższych zadań korzystaj z programu symulacyjnego.
Pomocne mogą Ci być schematy przedstawione poniżej.
Wyznaczanie tablicy prawdy bramek: NAND, AND, NOR, EX-OR, EX-NOR, NOT
a) sprawdzić tablicę prawdy poszczególnych bramek:
NAND
Rys. 4.6.1. Wyznaczanie tabeli prawdy bramki NAND [2]
AND
Rys. 4.6.2. Wyznaczanie tabeli prawdy bramki AND [2]
OR
Rys. 4.6.3. Wyznaczanie tabeli prawdy bramki AND [2]
NOR
Rys. 4.6.4. Wyznaczanie tabeli prawdy bramki NOR [2]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
52
EX-OR
Rys. 4.6.5. Wyznaczanie tabeli prawdy bramki AND [2]
EX-NOR
Rys. 4.6.6. Wyznaczanie tabeli prawdy bramki EX-NOR [2]
NOT
Rys. 4.6.7. Wyznaczanie tabeli prawdy bramki NOT [2]
Zastępowanie funktorów logicznych NAND, AND, NOR, EX-OR, EX-NOR tylko bramkami
NAND.
AND
OR
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
53
NOR
EX-OR
EX-NOR
Rys. 4.6.8. Układy zastępcze [2]
Podobnie zrealizuj funkcje wykorzystując tylko bramki NOR.
Wyposażenie stanowiska pracy:
– program symulacyjny, na przykład EWB,
– zestaw komputerowy,
– drukarka,
– kartki papieru,
– długopis,
– karty katalogowe układów cyfrowych,
– ołówek,
– linijka.
4.6.4 Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) opisać właściwości logiczne bramek?
2) wskazać wśród podstawowych bramek te, które są uniwersalne?
3) zbadać tabele prawdy bramek w programie symulacyjnym?
4) zidentyfikować na schemacie zastosowane bramki?
5) sprawdzić poprawność działania bramek?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
54
4.7 Projektowanie prostych układów kombinacyjnych
4.7.1 Materiał nauczania
W celu opisania działania układu kombinacyjnego wykorzystuje się kilka sposobów:
1. Opis słowny:
Dość niewygodny sposób podawania informacji na temat funkcjonowania układu, gdyż
sposób opisu wymaga uściśleń, bądź przyjęcia określonej interpretacji.
2. Tablica prawdy:
Sposób ten używany jest także do opisu działania funktorów logicznych. W wierszach tabeli
wpisuje się wszystkie kombinacje zmiennych (tylko 0 lub 1). Wierszy jest 2
n
, gdzie n to
liczba zmiennych. Ostatnia kolumna służy do wpisania funkcji dla poszczególnych słów
wejściowych. Zazwyczaj kombinacje sygnałów wpisuje się w kolejności rosnącej.
3. Postać kanoniczna:
Główną zaletą tej metody jest prostota i zwięzłość zapisu. Aby uzyskać postać kanoniczną
dowolną funkcję przełączającą można rozłożyć na dwa składniki:
f(x
1
,x
2
,..,x
n
) = x
1
f(1,x
2
,..,x
n
)+x
1
f(0,x
2
,..x
n
)
lub dwa czynniki:
f(x
1
,x
2
,..,x
n
)=[x
1
+f(0,x
2
,..,x
n
)][x
1
+(1,x
2
,..,x
n
)]
4. Metoda tablic Karnaugha (metoda graficzna):
Ma zastosowanie do minimalizacji funkcji maksymalnie 6 zmiennych. Jest prosta, szybka
i łatwa w stosowaniu, szczególnie, gdy liczba zmiennych nie przekracza 4.
Zasady tworzenia siatek Karnaugha i zakreślanie obszaru do minimalizacji:
1. Opisując boki ścianki musimy pamiętać, aby na sąsiadujących ze sobą polach kombinacje
sygnałów wejściowych różniły się tylko na jednej pozycji.
2. W siatce musi wystąpić tyle oczek, ile jest możliwości kombinacji sygnałów wejściowych.
3. Zakreślamy jak największy obszar jedynek, przy czym obszar ten:
a) musi być prostokątem lub kwadratem,
b) ilość zawartych w obszarze pól musi być potęgą liczby dwa,
c) w danym obszarze musi być, co najmniej jedna jedynka nie pokryta przez
żaden inny obszar.
4. Dla danego obszaru sygnały niezmienne mnożymy przez siebie, natomiast funkcję dla
poszczególnych obszarów dodajemy.
Algebra Boole’a – jest działem matematycznym zajmującym się funkcjami logicznymi,
w których występujące zmienne są zmiennymi dwustanowymi (mogą przyjmować wartości
0 lub 1). Na podstawie algebry Boole’a opiera się zasada projektowania systemów cyfrowych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
55
Tabela 4.7.1.
Prawa podstawowe:
a
A + 1 = 1
b
A · 1 = A
a
A + 0=A
b
A · 0 = 0
a
A + A = A
b
A · A = A
a
A
A
A
=
+
b
0
A
A
=
⋅
Prawa de Morgana:
a
...
C
B
A
...
C
B
A
⋅
⋅
⋅
=
+
+
+
b
...
C
B
A
...
C
B
A
+
+
+
=
⋅
⋅
⋅
4.7.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na podane pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania
ćwiczeń.
1. Jakie znasz metody minimalizacji?
2. Z jakich praw korzystasz upraszczając daną funkcję logiczną?
3. Ile pól musi mieć siatka Karnaugha dla funkcji 4 zmiennych?
4. Z jakich przyrządów skorzystasz badając tabelę prawdy zaprojektowanej przez siebie
funkcji?
5. Jak sprawdzisz prawidłowość przeprowadzonej minimalizacji?
4.7.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Minimalizacja funkcji logicznych.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zminimalizować podaną funkcję dwoma metodami (algebrą Boole’a i siatkami
Karnaugha),
2) sprawdzić słuszność przeprowadzonej minimalizacji w programie symulacyjnym,
3) zrealizować podaną funkcję używając dowolnych bramek,
4) zrealizować tę samą funkcję używając tylko bramek NAND,
5) wyciągnąć wnioski z zaprojektowanych układów.
Pomogą ci w tym poniższe przykłady:
Zminimalizować zadane funkcje logiczne, przy pomocy praw algebry Boole’a.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
56
Algebra Boole’a
F1: A'B'C'+A'BC'+AB'C'+AB'C+ABC'+ABC
F1 po minimalizacji: C'+A
F1 po minimalizacji na dowolnych bramkach
Za pomocą tylko bramek NAND
Za pomocą tylko bramek NOR
Rys. 4.7.1. Schematy badawcze [2]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
57
Realizacja sieci logicznych
Przedstawić funkcję F1 przed minimalizacją:
a) na dowolnych bramkach
Rys. 4.7.2. Realizacja funkcji logicznej na dowolnych bramkach [2]
b) za pomocą tylko bramek NAND
Rys. 4.7.3. Realizacja funkcji logicznej za pomocą tylko bramek NAND [2]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
58
W sprawozdaniu uwzględnić:
− minimalizacje sieci logicznej,
− sieci logiczne,
− tablice wartości funkcji,
− tabele prawdy dla badanych bramek,
− układy pomiarowe,
− sieci logiczne poszczególnych bramek.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− program symulacyjny, na przykład EWB,
− zestaw komputerowy,
− drukarka,
− kartki papieru,
− długopis,
− karty katalogowe układów cyfrowych,
− ołówek,
− linijka.
4.7.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) zaprojektować układ realizujący funkcję y =ABC’+AB’C +A’BC
przed minimalizacją?
2) zaprojektować układ realizujący funkcję y =ABC’+AB’C +A’BC po
minimalizacji?
3) sformułować prawa algebry Boole’a zastosowane do upraszczania
powyższej funkcji?
4) udowodnić poprawność przeprowadzonej minimalizacji?
5) narysować poprawnie sieć logiczną?
4.8.
Obserwowanie i analizowanie działania przerzutników
4.8.1. Materiał nauczania
Układy sekwencyjne
Układem sekwencyjnym nazywamy układ składający się z bramek i przerzutników, czyli
elementów zmieniających swój stan bądź to przez wymuszenie stanu na wejściu
(asynchroniczne) lub zaistnienie sygnału zegarowego (synchroniczne).
Przerzutniki
Przerzutniki dzielą się na:
a) asynchroniczne (rs),
b) synchroniczne (RS, JK, T, D flip-flop, D latch).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
59
Rys. 4.8.1. Symbol przerzutnika [4]
− wejścia informacyjne synchroniczne (A,B-RS, JK, T, D) ,
− wejścia asynchroniczne zerujące (r) i ustawiające (s) *,
− wejście zegarowe synchronizujące (C) *,
− wyjście proste (Q),
− wyjście zanegowane (NOT(Q)).
Zasada działania przerzutników może być przedstawiona w postaci tabeli prawdy, czy też
tabeli przejść lub za pomocą przebiegu czasowego. Ten drugi sposób stosuje się najczęściej
dla przerzutników synchronicznych.
R
S
Q
Q
R
S
Q
Q
Rys. 4.8.2. Przykłady przerzutników asynchronicznych i ich tabele [4]
Tabela 4.8.1.
NOR
NAND
R S Qn
Qn+1 Qn
Qn+1
0 0
0
0
0
*
0 0
1
1
1
*
0 1
0
1
0
1
0 1
1
1
1
1
1 0
0
0
0
0
1 0
1
0
1
0
1 1
0
*
0
0
1 1
1
*
1
1
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
60
Rys. 4.8.3. schemat przerzutnika JK-MS [4]
Rys. 4.8.4. Przykładowe przebiegi czasowe dla wyjścia Q przerzutnika JK, Master-Slave [4]
Rys. 4.8.5. Symbole ważniejszych przerzutników scalonych [8]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
61
4.8.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na podane pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania
ćwiczeń.
1. W jaki sposób można opisać właściwości przerzutników?
2. Jaka jest różnica między przerzutnikami synchronicznymi a asynchronicznymi?
3. Jakie przyrządy służą do wyznaczenia stanu sygnału wyjściowego przerzutników?
4. Jakie przyrządy służą do ustawienia stanu sygnału wejściowego przerzutników?
4.8.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Obserwowanie i analizowanie działania przerzutników.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zbudować z elementów NOR i NAND przerzutniki asynchroniczne sr:
− z dominującym wejściem wpisującym,
− z dominującym wejściem zerującym,
2) sporządzić siatki przejść i przebiegi czasowe ilustrujące pracę przerzutników,
3) zbudować przerzutnik typu D na podstawie bramek NAND,
4) przeanalizować szczegółowo fazy pracy tego przerzutnika,
5) sporządzić przebiegi czasowe dla różnych wariantów zmian sygnałów wejściowych,
6) wypełnić tabelę przejść dla przerzutnika typu D (układ scalony UCY 7474),
7) zmienić przerzutnik „D” w przerzutnik „T” wprowadzając dodatkowe sprzężenia,
8) podłączyć do wejścia zegarowego (CK) przerzutnika „T” impulsy periodyczne
prostokątne z generatora,
9) zaobserwować na oscyloskopie, które zbocze impulsu zegarowego jest aktywne
i powoduje zmianę stanu wyjścia,
10) zbadać tabelkę przejść przerzutnika „JK” (UCY 7473 → UCY 7493).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
62
Rys. 4.8.6. Przykładowy układ połączeń przerzutnika [4]
Wyposażenie stanowiska pracy:
− program symulacyjny, na przykład EWB,
− zestaw komputerowy,
− drukarka,
− kartki papieru,
− długopis,
− karty katalogowe układów cyfrowych,
− ołówek,
− linijka.
4.8.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) opisać za pomocą tablicy przejść przerzutnik RS?
2) opisać za pomocą tablicy przejść przerzutnik D?
3) opisać za pomocą tablicy przejść przerzutnik T?
4) opisać za pomocą tablicy przejść przerzutnik JK-MS?
5) narysować przebiegi czasowe na wyjściu przerzutnika D przy
zadanym sygnale wyjściowym?
6) dokonać konwersji przerzutnika D w przerzutnik JK?
7) dobrać poprawnie sprzęt badawczy w programie symulacyjnym?
8) posługiwać się programem symulacyjnym?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
63
4.9. Obserwowanie i analizowanie działania sumatora
i komparatora
4.9.1. Materiał nauczania
Urządzenia cyfrowe takie, jak: kalkulator, maszyna cyfrowa, cyfrowy przyrząd
pomiarowy itp. realizują swoje działanie na podstawie pewnych charakterystycznych
(zaprogramowanych) operacji, głównie arytmetycznych i logicznych. W operacjach tych
biorą udział: sumatory, komparatory, rejestry.
Sumatory dzielimy na:
a) dwójkowe, gdzie działania wykonuje się na liczbach dwójkowych,
b) dziesiętne, wykonujące działania na liczbach dziesiętnych kodowanych dwójkowo.
Gdy za kryterium podziału przyjmuje się sposób podawania składników sumy, wtedy można
wyróżnić sumatory:
a) równoległe,
b) szeregowe.
Komparatory służą do porównywania liczb binarnych w procesie wykonywania operacji
arytmetycznych i logicznych, wyróżnić można dwa zasadnicze typu komparatorów:
a) komparatory iteracyjne,
b) komparatory kombinacyjne.
Sumator jednobitowy:
Rys. 4.9.1. a) symbol sumatora [4]
b) tabele prawdy
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
64
Sumator wielobitowy:
Rys. 4.9.2. Schemat sumatora [4]
Komparatorem cyfrowym nazywamy układ służący do porównywania dwóch słów
dwójkowych n-bitowych. Zgodność wszystkich pozycji porównywanych słów jest
sygnalizowana wartością 1 na wyjściu komparatora.
Rys. 4.9.3. Komparator 4-bitowy: a) schemat blokowy, b) symbol [4]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
65
4.9.2 Pytania sprawdzające
Odpowiadając na podane pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania
ćwiczeń.
1. Co to znaczy suma logiczna a co suma arytmetyczna?
2. W jakim kodzie operacje arytmetyczne wykonują układy cyfrowe?
3. W jaki sposób można zbudować sumator jednobitowy?
4. Jaką funkcję w układach pełnią komparatory?
5. Jak można zbudować komparator równościowy wielobitowy?
4.9.3 Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Badanie komparatora.
Tabela 4.9.1.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) sprawdzić działanie komparatora liczb czterobitowych,
2) sprawdzić działanie komparatora liczb 8- bitowych,
3) zaprojektować układ komparatora zbudowanego z bramek,
4) wykonać działania na wyżej wymienionych układach.
W sprawozdaniu należy uwzględnić:
− projekty układów badawczych,
− tabele pomiarowe,
− analizę działanie układu,
− modyfikację układu.
Wyjścia
Wejścia
A=B CN+4
A=B 1 1
A>B 0 0
A<B 0 1
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
66
Rys. 4.9.1. Układ badawczy [4]
Rys. 4.9.2. Układ badawczy [4]
Wyposażenie stanowiska pracy:
− program symulacyjny, na przykład EWB,
− zestaw komputerowy,
− drukarka,
− kartki papieru,
− długopis
− karty katalogowe układów cyfrowych,
− ołówek,
− linijka.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
67
Ćwiczenie 2
Badanie sumatora.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) sprawdzić działanie sumatora liczb czterobitowych,
2) sprawdzić działanie sumatora liczb 8- bitowych,
3) zaprojektować układ sumatora zbudowanego z bramek,
4) wykonać działania na wyżej wymienionych układach.
W sprawozdaniu należy uwzględnić:
− projekty układów badawczych,
− tabele opisujące działania układów,
− analizę działanie układu,
− modyfikację układu zaprojektowanego.
Badania komparatora i sumatora należy dokonać na układzie jednostki arytmetyczno-
logicznej, w tym przypadku jest to układ 74181.
Rys. 4.9.3. Symbol układu [4]
gdzie:
S0-S3 są to wejścia wyboru funkcji. Po ustawieniu słowa na tym wejściu układ realizuje
odpowiadającą mu funkcję,
M- jest to wejście rodzaju funkcji, za jego pomocą wybieramy czy układ ma realizować
funkcje logiczne (M=1), czy mieszane (arytmetyczne i logiczne, M=0),
A0-A3 oraz B0-B3 i C0 są to wejścia danych,
F3-F0 są to wyjścia wyniku, z których odczytywany jest wynik działania,
C4 to wyjście przeniesienia,
A=B to wyjście komparatora, jest to wyjście z otwartym obwodem kolektora typu OC.
Wykorzystując je razem z wyjściem C4 można używać ALU jako komparatora. Należy
w tym celu ustawić słowo sterujące: S3S2S1S0= 0110, wejście M=0, C0’=1. Przy powyżej
wymienionych stanach wejść jednostka realizuje funkcję arytmetyczną o postaci „A minus
B minus 1”.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
68
Rys. 4.9.4. Układ badawczy [4]
Wyposażenie stanowiska pracy:
− program symulacyjny, na przykład EWB,
− zestaw komputerowy,
− drukarka,
− kartki papieru,
− długopis,
− karty katalogowe układów cyfrowych,
− ołówek,
− linijka.
4.9.4 Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) zaprojektować układ sumatora 4-bitowego?
2) zaprojektować układ komparatora równościowego?
3) dobrać z katalogu układy scalone arytmetyczne?
4) dobrać sprzęt badawczy do sprawdzania układów arytmetycznych?
5) posługiwać się programem symulacyjnym?
4.10 . Obserwowanie i analizowanie działania licznika i rejestru
4.10.1. Materiał nauczania
Rejestr jest układem składającym się z zespołu przerzutników, służącym do
przechowywania informacji w systemie cyfrowym. Rejestry spełniają w urządzeniach
cyfrowych funkcję pomocniczych pamięci o niewielkich pojemnościach. Z punktu widzenia
sposobu wprowadzania i wyprowadzania informacji rejestry można podzielić na:
− równoległe, w których wprowadzanie i wyprowadzanie informacji odbywa się
równolegle,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
69
− równoległo-szeregowe, w których wprowadzanie informacji odbywa się równolegle,
natomiast wyprowadzanie jest szeregowe,
− szeregowo-równoległe, w których wprowadzanie informacji jest szeregowe,
a wyprowadzanie równoległe,
− szeregowo-szeregowe, w których wprowadzanie i wyprowadzanie informacji jest
szeregowe.
Jedynie pierwszy rodzaj rejestrów zalicza się do grupy równoległych, natomiast trzy
pozostałe zalicza się ogólnie do rejestrów szeregowych lub przesuwających. W każdym
z rejestrów szeregowych występuje przesuwanie informacji co najmniej przy wprowadzaniu
lub wyprowadzaniu informacji.
Rejestry szeregowe najczęściej stosuje się jako układy pośredniczące pomiędzy urządzeniami
o różnym sposobie przetwarzania informacji, o różnych szybkościach pracy itp. Rejestry
równoległe to przede wszystkim pomocnicze elementy pamięciowe o małej pojemności.
Wielkościami charakteryzującymi rejestr są:
− długość rejestru równa liczbie (n) zawartych w nim przerzutników,
− szybkość pracy rejestru równa czasowi trwania lub wyprowadzania informacji dla
rejestru równoległego, a dla rejestru szeregowego jest ona definiowana jako
maksymalna częstotliwość impulsów taktujących,
− rejestry, podobnie jak liczniki, dzieli się na asynchroniczne i synchroniczne.
Rejestry asynchroniczne są zbudowane z przerzutników asynchronicznych,
a rejestry synchroniczne - z przerzutników synchronicznych.
Rys. 4.10.1. Rejestr równoległy z wpisywaniem synchronicznym: a) schemat ideowy, b) przebiegi czasowe [8]
Rys. 4.10.2. Schemat rejestru przesuwającego w prawo i w lewo, dwukierunkowego [8]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
70
Liczniki
Liczniki są to układy sekwencyjne zbudowane z przerzutników, najczęściej JK lub T. Ich
zadaniem jest zliczanie impulsów zegarowych i przedstawianie stanu na wyjściach. Można
dokonać podziału liczników pod wieloma względami.
Ze względu na s wyróżnialnych stanów (pod względem sposobu powtarzania cyklu):
− modulo s (dzielniki liczby impulsów zegarowych - częstotliwości - przez s),
− do s.
Pod względem długości cyklu:
− o stałej długości cyklu,
− o programowanej długości cyklu.
Po względem kierunku zliczania:
− jednokierunkowe liczące w przód,
− jednokierunkowe liczące wstecz,
− dwukierunkowe (rewersyjne).
Pod względem sposobu oddziaływania impulsów zliczanych na stan przerzutników licznika:
− asynchroniczne,
− synchroniczne,
− asynchroniczno-synchroniczne.
Rys. 4.10.3. Licznik szeregowy o pojemności 8 [4]
a) schemat ideowy,
b)
przebiegi czasowe dla zerowego warunku początkowego licznika
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
71
Rys. 4.10.4. Schemat blokowy licznika synchronicznego:
UP - Kombinacyjny Układ Programujący [4]
4.10.2
Pytania sprawdzające
Odpowiadając na podane pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania
ćwiczeń.
1. Z jakich bloków cyfrowych można zbudować liczniki?
2. W jaki sposób sprawdza się działanie licznika?
3. Czym różnią się liczniki asynchroniczne od synchronicznych?
4. Jakimi parametrami charakteryzuje się liczniki?
4.10.3 Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Badanie i projektowanie rejestrów.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) połączyć rejestr szeregowy na przerzutnikach JK,
2) zbadać jego działanie,
3) połączyć rejestr równoległy na przerzutnikach JK,
4) zbadać jego działanie,
5) połączyć rejestr 74194 w układ rejestru równoległego,
6) zbadać jego działanie,
7) połączyć rejestr 74194 w układ rejestru przesuwającego (szeregowego),
8) zbadać jego działanie,
9) połączyć rejestr 74164 w rejestr szeregowo-równoległy,
10) zbadać jego działanie,
11) zaprojektować licznik Johnsona,
12) połączyć układ,
13) sprawdzić jego działanie.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
72
W sprawozdaniu należy uwzględnić:
− projekty układów badawczych,
− tabele opisujące działania układów,
− analizę działania układu,
− modyfikację układu zaprojektowane.
Pomocne schematy:
Rys. 4.10.5. Badanie rejestru szeregowego zbudowanego na przerzutnikach JK [4]
Rys. 4.10.6. Badanie rejestru szeregowego zbudowanego na przerzutnikach typu JK [4]
D
C
B
A
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
73
Rys. 4.10.7. Badanie rejestru szeregowego zbudowanego z przerzutników typu D [4]
Badanie scalonego rejestru uniwersalnego UCY 74194
Rys. 4.10.8. Symbol układu [4]
Rys. 4.10.9. Schemat badawczy [4]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
74
Badanie rejestru 74164
Rys. 4.10.10. Symbol układu [4]
Rys. 4.10.11. Schemat badawczy [4]
Wyposażenie stanowiska pracy:
− program symulacyjny, na przykład EWB,
− zestaw komputerowy,
− drukarka,
− kartki papieru,
− długopis,
− karty katalogowe układów cyfrowych,
− ołówek,
− linijka.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
75
Ćwiczenie 2
Badanie i projektowanie liczników asynchronicznych i synchronicznych.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zaprojektować licznik asynchroniczny modulo 16 na przerzutnikach JK,
2) połączyć układ i sprawdzić jego działanie,
3) narysować przebiegi czasowe na wyjściach licznika,
4) zaprojektować licznik o skróconym cyklu na przerzutnikach JK,
5) połączyć układ i sprawdzić jego działanie,
6) narysować przebiegi czasowe na wyjściach licznika,
7) zaprojektować licznik asynchroniczny modulo 16 wykorzystując układ UCY7493,
8) połączyć układ i sprawdzić jego działanie,
9) narysować przebiegi czasowe na wyjściach licznika,
10) zaprojektować licznik asynchroniczny modulo 10 wykorzystując układ UCY7490,
11) narysować przebiegi czasowe na wyjściach licznika,
12) zaprojektować licznik liczący, na przykład do 30,
13) połączyć układ i sprawdzić jego działanie,
14) zaprojektować licznik synchroniczny modulo 4 do tyłu na przerzutnikach JK,
15) zbadać licznik synchroniczny scalony UCY74192.
W sprawozdaniu uwzględnić:
− projekty układów badawczych,
− tabele działania liczników,
− przebiegi czasowe,
− analizę działania układu,
− modyfikację układu zaprojektowanego.
Pomocne schematy:
Rys. 4.10.12. Schemat licznika asynchronicznego [8]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
76
Rys. 4.10.13. Symbol układu [8]
OPIS
Wejścia:
1=B,15=A,10=C,9=D są to wejścia układu co będzie na nich to będzie na wyjściu,
2=QA,3=QA,6=QC,7=QD są to wyjścia układu,
4=DOWN podaje się sygnał cyfrowy jak ma liczyć do tyłu jak nie to podaje się 1,
5=UP podaje się sygnał cyfrowy jak ma liczyć do przodu jak nie to podaje się 1,
8=GND,
16=VCC zasilanie,
14=CLR reset,
11=LOAD, 12=CO’,13=BO’ podaje się 1.
Wyposażenie stanowiska pracy
− program symulacyjny, na przykład EWB,
− zestaw komputerowy,
− drukarka,
− kartki papieru,
− długopis
− karty katalogowe układów cyfrowych,
− ołówek,
− linijka.
4.10.4 Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) sklasyfikować konkretny układ licznika?
2) zdefiniować parametry licznika?
3) zaprojektować licznik asynchroniczny o skróconym cyklu?
4) projektować układy liczników o zwiększonej pojemności?
5) sklasyfikować układ rejestru?
6) narysować przebieg sygnału wyjściowego dla danego rejestru przy
zadanym sygnale wyjściowym?
7) dobrać prawidłowo przyrządy do badania liczników i rejestrów?
8) posługiwać się programem symulacyjnym?
9) posługiwać się katalogiem układów cyfrowych?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
77
4.11 Przetworniki A/C i C/A
4.11.1. Materiał nauczania
Podział przetworników:
1. Przetworniki A/C
2. Przetworniki C/A
Przetworniki A/C
Przetwornik analogowo-cyfrowy przetwarza sygnał analogowy na odpowiadający mu
dyskretny sygnał cyfrowy. Jest to układ o jednym wejściu i n wyjściach.
Przetworniki A/C charakteryzują trzy podstawowe parametry:
− czas konwersji (przetwarzania) - czas, jaki upływa między podaniem sygnału
wejściowego rozpoczynającego przetwarzanie a pojawienie się na wyjściu sygnału
cyfrowego,
− rozdzielczość – najmniejsza zmiana sygnału wyjściowego,
n
odn
U
U
2
=
Δ
(10.11.1)
− błąd kwantyzacji – odchyłka rzeczywistej charakterystyki schodkowej od rzeczywistej
2
/
U
Δ
lub LSB/2 (LSB – najmniej znaczący bit).
Przetworniki A/C o przetwarzaniu bezpośrednim dzielimy na przetworniki z:
a) kompensacją równomierną,
b) kompensacją wagową,
c) kompensacją równoległą.
Przetwornik A/C z kompensacją równomierną
Rys. 4.11.1. Przetwornik A/C a) schemat układu b) zasada działania [2]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
78
Zasada działania
Pierwszy impuls z układu sterującego kasuje stan licznika, następny otwiera bramkę
i umożliwia przechodzenie (w jednakowych odstępach czasu Tw) impulsów z generatora
wzorcowego do licznika dwójkowego. Powstałe w wyniku sumowania się impulsów
w liczniku słowo cyfrowe (k-bitowe) jest następnie przetwarzane za pomącą przetwornika
C/A w napięcie kompensacyjne U
K.
Napięcie to jest porównywane
z napięciem mierzonym
Ux w komparatorze K. W chwili zrównania tych napięć komparator zmienia swój stan,
zamyka bramkę. Zliczanie przez licznik zostało przerwane w chwili, gdy
Ux≈ U
K
. Stan
licznika zostaje odczytany jako słowo cyfrowe odpowiadające wartości
Ux.
Przetwornik A/C z kompensacją wagową
Rys.
4.11.2. Przetwornik A/C a) schemat układu b) przebiegi napięć [2]
Zasada działania
Jeżeli napięcie przetwarzane jest Ux≥Uk to nastąpi wzrost napięcia Uk o dalszy skok przy
jednoczesnym zapamiętaniu poprzedniej wartości. Jeżeli nastąpi przekompensowanie, czyli
Ux jest mniejsze od Uk, to po czasie próby tp wytwarza się impuls kasujący, który powoduje
powrót napięcia kompensacyjnego do poprzedniej wartości; następuje dalsza kompensacja
odpowiednio mniejszym skokiem. Gdy Ux- Uk jest mniejsze od ∆Uk min. To następuje
zakończenie procesu kompensacji.
Przetwornik A/C z kompensacją równoległą
Rys. 4.11.2. Przetwornik A/C a) schemat układu [2]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
79
Zasada działania
Napięcie Uwe jest porównywane z kolejnymi napięciami wzorcowymi. Zakres przestrajania
zawiera się od 0 do 8V. Uodn=8V. Przetwornik 3-bitowy rozróżnia 2
3
(8) stanów, dzieląc
zakres pomiarowy przetwarza na osiem różnych zakresów.
Na wejście nieodwracające wszystkich komparatorów jest podawane napięcie wejściowe,
natomiast na wejścia odwracające napięcie o wartości 0V dla K0, 1V dla K1... 8V dlaK8.
Wartości te uzyskuje się w wyniku dzielnikowania napięcia odniesienia (8V) na rezystorach.
Każdy z komparatorów może przyjmować na wyjściu jeden z dwóch poziomów logicznych 0-
gdy napięcie wejściowe jest mniejsze od napięcia wzorcowego i 1- gdy napięcie wejściowe
jest większe od napięcia wzorcowego.
Przetworniki A/C o przetwarzaniu pośrednim dzielimy na przetworniki z:
a) pojedynczym całkowaniem (przetwarza napięcie na częstotliwość U/f),
b) podwójnym całkowaniem (przetwarza napięcie na czas U/t).
Przetwornik A/C z pojedynczym całkowaniem
Rys. 4.11.3. Przetwornik A/C a) schemat układu b) zasada działania [2]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
80
Zasada działania
Przetwornik A/C z pojedynczym całkowaniem przetwarza napięcie na częstotliwość, której
wartość średnia jest mierzona w określonym przedziale czasu. Przetwornik ten reaguje na
wartość średnią napięcia przetwarzanego.
Napięcie wejściowe podawane jest na wejście integratora. Napięcie to powoduje ładowanie
kondensatora, gdy napięcie wyjściowe integratora osiągnie poziom Uo, komparator zmienia
swój stan i generator impulsów kompensacyjnych wytwarza impuls potrzebny do
rozładowania kondensatora. Czynność ta się powtarza. Po rozładowaniu kondensatora impuls
przechodzący przez bramkę, w czasie jej otwarcia zliczany jest przez licznik, a następnie
wyświetlany jest przez układ odczytujący. Im większe napięcie Ux tym większa częstotliwość
pojawiania się impulsów.
Przetworniki C/A
Przetwornik cyfrowo-analogowy jest to układ przetwarzający dyskretny sygnał cyfrowy na
równoważny mu sygnał analogowy. Przetwornik ma n wejść i jedno wyjście. Liczba wejść
zależy od liczby bitów słowa podawanego na wejście przetwornika. Natomiast na jego
wyjściu pojawia się informacja analogowa (np. w postaci napięcia). Napięcie na wyjściu
przetwornika jest proporcjonalne do napięcia odniesienia oraz do liczby zapisanej w kodzie
dwójkowym. Wartość tego napięcia można obliczyć ze wzoru:
Uwy=±Uodn
)
2
...
2
2
(
2
2
1
1
n
n
a
a
a
+
+
+
,
Bit
1
a
jest nazywany najbardziej znaczącym bitem- MSB, a bit
n
a - najmniej znaczącym-
LSB.
Przetworniki C/A dzielą się:
a) przetworniki C/A drabinkowe,
b) przetworniki C/A wagowe.
Przetwornik C/A drabinkowy
Rys. 4.11.4. Schemat układu przetwornika C/A drabinkowego [6]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
81
Zasada działania
Jest to przetwornik liczb wyrażonych w kodzie dwójkowym. Układ charakteryzuje się tym, że
rezystancja wypadkowa części sieci na lewo od każdego z punktów węzłowych jest równa R
i nie zależy od numeru węzła. Taka sama jest również rezystancja między dowolnym
punktem węzłowym a punktem zerowym.
Przetwornik C/A wagowy
Rys. 4.11.5. Schemat układu przetwornika C/A z siecią rezystorów wagowych [6]
Zasada działania
Układ ten umożliwia przetworzenie liczb przedstawionych w naturalnym kodzie dwójkowym
lub kodzie BCD. Wartości rezystancji dobrano do współczynników b
k
tak, aby przy
zamkniętych przełącznikach płynęły przez nie prądy odpowiadające pozycji kodu.
Przełączniki analogowe są zamknięte wówczas, gdy na odpowiednich pozycjach kodu
występują jedynki logiczne. Napięcie wyjściowe ze wzmacniacza operacyjnego jest
proporcjonalne do poszczególnych prądów, przy zamkniętych pojedynczych przełącznikach.
4.11.2 Pytania sprawdzające
Odpowiadając na podane pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania
ćwiczeń.
1. Jakie znasz rodzaje przetworników?
2. Jakimi parametry określa się pracę poszczególnych przetworników?
3. Jakie są funkcje poszczególnych elementów w układach przetworników?
4. Jak działa układ przetwornika – na podstawie przebiegów czasowych?
5. Jakimi przyrządami pomiarowymi posłużysz się do wyznaczania parametrów
przetwornika?
6. Jakimi metodami możesz wyznaczyć parametry układu przetwornika?
4.11.3
Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Obserwowanie działania przetworników A/C i C/A.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
82
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zidentyfikować schemat ideowy przetwornika,
2) uruchomić program symulacyjny,
3) wprowadzić schemat ideowy przetwornika do edytora programu symulacyjnego,
4) przyjąć prawidłowo warunki symulacji,
5) przeprowadzić analizę zmiennoprądową AC,
6) wyznaczyć przebiegi czasowe badanych przetworników,
7) zapisać wyniki symulacji,
8) obliczyć parametry przetworników,
9) zdiagnozować działanie przetwornika na podstawie pomiarów.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− schematy ideowe przetworników A/C i C/A,
− zestaw komputerowy,
− program symulacyjny.
4.11.4 Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) sklasyfikować konkretny układ przetwornika A/C?
2) zdefiniować parametry przetwornika?
3) zdiagnozować działanie przetwornika A/C?
4) projektować układ przetwornika 3-bitowego?
5) sklasyfikować układ przetwornika C/A?
6) zdefiniować parametry przetwornika C/A?
7) dobrać prawidłowo przyrządy do badania przetworników?
8) posłużyć się programem symulacyjnym?
9) posłużyć się katalogiem układów cyfrowych?
10) zweryfikować poprawność działania przetwornika na przebiegów
czasowych?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
83
5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ
Test sumatywny pisemno-praktyczny, z działu wzmacniacze napięciowe
Instrukcja dla ucznia
Przystępujesz do wykonania zadania, sprawdzającego, w jakim stopniu opanowałeś
wiadomości i jakie posiadasz umiejętności z działu „Wzmacniacze napięciowe”.
Wynik tego testu pozwoli ci stwierdzić, jakie jeszcze masz braki w danej dziedzinie,
czyli nad czym jeszcze musisz popracować.
Przystępując do rozwiązania podanego zadania:
1. Przeczytaj uważnie instrukcję – masz na tą czynność 5 minut, jeżeli są wątpliwości
zapytaj nauczyciela.
2. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
3. Za każde zadanie otrzymujesz odpowiednią liczbę punktów.
4. Na rozwiązanie zadań masz 90 minut.
5. W czasie rozwiązywania zadań możesz korzystać z katalogów.
6. Test zawiera 10 zadań. Zadania od nr 1 do 6 wykonujesz według podanej kolejności.
7. Jeśli nie potrafiłbyś wykonać zadań od 7 do 9 przejdź do rozwiązania zadania 10.
8. Przeliczenie punktów na ocenę szkolną :
− niedostateczny – 0 – 3 pkt,
− dopuszczający – 4 – 7 pkt,
− dostateczny – 8 – 11 pkt,
− dobry
–
12 – 14 pkt,
− bardzo dobry –
15 – 17 pkt,
Powodzenia!
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
84
Zestaw zadań testowych
1. Podaj definicje i wzory:
− wzmocnienia napięciowego,
− pasma przenoszenia,
− impedancji wejściowej,
− wzmacniacza napięciowego.
(1
punkt)
2. Zbuduj układ do pomiaru wielkości charakteryzujących wzmacniacz napięciowy
w układzie
OE.
(2
punkty)
3. Zmierz wielkości potrzebne do wyznaczenia tych parametrów.
(2 punkty)
4. Na podstawie wykonanych pomiarów narysuj charakterystyki wzmacniacza.
(2 punkty)
5. Oblicz parametry wzmacniacza.
(2
punkty)
6. Porównaj uzyskane praktycznie parametry z obliczonymi.
(1 punkt)
7. Zmodyfikuj układ wzmacniacza w celu uzyskania szerszego pasma przenoszenia.
(2punkty)
8. Sprawdź poprawność
modyfikacji.
(1punkt)
9. Zanalizuj pracę układu na podstawie uzyskanych wyników pomiarów. (2 punkty)
10. Na podstawie wykonanych pomiarów i obliczeń sporządź sprawozdanie. (2 punkty)
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
85
Test pisemny jednostopniowy do badań sumujących z zakresu techniki
cyfrowej
Instrukcja dla ucznia
1. Przeczytaj uważnie instrukcję – masz na tą czynność 5 minut, jeżeli są wątpliwości
zapytaj nauczyciela.
2. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
3. Na rozwiązanie zadań masz 45 minut.
4. W czasie rozwiązywania zadań nie możesz korzystać z żadnych pomocy.
5. Zaczernij prostokąt z poprawna odpowiedzią.
6. W przypadku pomyłki weź błędną odpowiedź w kółko i zaznacz właściwą.
7. W każdym zadaniu jest tylko jedna poprawna odpowiedź.
8. Po zakończeniu testu podnieś rękę i zaczekaj aż nauczyciel odbierze od Ciebie pracę.
9. Przeliczenie punktów na ocenę szkolną :
− niedostateczny – 0 – 7 pkt,
− dopuszczający – 8 – 12 pkt,
− dostateczny –
13 – 15 pkt,
− dobry –
16 – 18 pkt,
− bardzo dobry – 19 – 20 pkt,
Powodzenia!
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
86
Zestaw zadań testowych
1. Jaką podstawę ma system pozycyjny binarny?
a) 2,
b) 4,
c) 8.
d)
10
(1
punkt)
2. Podaj, ile bitów ma bajt:
a) 16,
b) 8,
c) 4.
d) 10 (1
punkt)
3. Liczba 14 zapisana w kodzie binarnym ma postać:
a) 1011,
b) 1110,
c) 1111.
d) 1001
(1
punkt)
4. Który z podanych zapisów jest prawdziwy?
a) 34
(10)
= 100001
(2)
,
b) 34
(10)
= 100101
(2)
,
c) 34
(10)
= 101101
(2)
,
d) 34
(10)
= 100010
(2)
.
(1
punkt)
5. Które działanie dodawania jest poprawnie wykonane?
a) 1001 b) 1001 c) 1001 d) 1001
+0101 +0101 +1010 + 1010
1110 1011 1101
1111
(1 punkt)
6. Suma logiczna jest równa zeru gdy:
a) jeden ze składników jest równy jedności,
b) oba składniki są równe zeru,
c) oba składniki są równe jedności.
d) żadna z podanych odpowiedzi
(1 punkt)
7. Sprawdź, która z podanych równości jest prawdziwa:
a) a(a+b)= b,
b) a(a+b)= b+a,
c) a(a+b)=ab,
d) a(a+b) = a. (1 punkt)
8. Tablica prawdy na rysunku przedstawia zależności logiczne bramki:
a) NAND,
b) EX-OR,
c) OR
d) NOR.
(1 punkt)
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
87
9. Którą z wybranych funkcji logicznych przedstawia schemat logiczny?
(1
punkt)
a) (a+b) a,
b) (a+b) a,
c) (a+b) a,
d) (a+b)+ a.
10. Które z wymienionych wyrażeń stanowi minimalną postać funkcji logicznej?
f = ( a + b) a + ( a + b )
a) ( a + b),
b) ( a + b),
c) a,
d)
b.
(1
punkt)
11. Która bramka jest realizowana przez tablicę Karnaugha przedstawioną na rysunku?
b
a
0 1
0
0 1
1
1 0
a) NAND,
b) NOR,
c) EX-OR.
d)
OR
(1
punkt)
12. Co nazywamy długością licznika?
a) liczbę przerzutników użytych do budowy tego licznika,
b) liczbę, która określa do ilu zlicza dany licznik,
c) długość czasu pomiędzy przejściem licznika z jednego stanu do drugiego,
d) żadna z podanych odpowiedzi. (1 punkt)
13. Co nazywamy pojemnością licznika?
a. długość słów wyjściowych określonych w bitach,
b. liczbę zliczonych impulsów,
c. liczbę wyjść licznika, która jest równa liczbie przerzutników,
d. żadna z podanych odpowiedzi.
(1 punkt)
14. Wejście R w układzie ‘192 lub ‘193 to wejście:
a. zerujące,
b. przepisujące,
c. zliczające.
d. ustawiające
(1 punkt)
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
88
15. Jakim modulo jest przedstawiony poniżej licznik?
a) modulo 6 do przodu,
b) modulo 6 do tyłu,
c) modulo 6 rewersyjny,
d) modulo 8 do przodu.
(1 punkt)
16. Przedstawiony schemat licznika synchronicznego to licznik:
a) modulo 245,
b) modulo 255,
c) modulo 246,
d) modulo
256.
(1
punkt)
17. Licznik modulo 6 liczy:
a. do 6,
b. do 5,
c. 5 impuls zeruje licznik,
d. Do 7.
(1 punkt)
18. Jakiego układu symbol przedstawia układ jak na rysunku?
a) licznika,
b) jednostki arytmetyczno-
logicznej,
c) komparatora,
d) sumatora.
(1 punkt)
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
89
19. Jakiego układu symbol przedstawia układ jak na rysunku?
a) rejestru,
b) licznika,
c) komparatora.
d) sumatora.
(1 punkt)
20. O jakim modulo jest przedstawiony poniżej licznik?
a. modulo 86,
b. modulo 85,
c. modulo 16,
d. Modulo
32.
(1
punkt)
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
90
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko ……………………………………………………………………………
Układy cyfrowe
Zaczernij prostokąt z poprawną odpowiedzią
Nr zadania
Odpowiedź Punkty
1 a b c d
2 a b c d
3 a b c d
4 a b c d
5 a b c d
6 a b c d
7 a b c d
8 a b c d
9 a b c d
10 a b c d
11 a b c d
12 a b c d
13 a b c d
14 a b c d
15 a b c d
16 a b c d
17 a b c d
18 a b c d
19 a b c d
20 a b c d
Razem:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
91
6. LITERATURA
1. Chwaleba A., Moeschke B., Pilawski M.: Pracownia elektroniczna. WSiP, Warszawa
1996
2. Chwaleba A., Moeschke B., Płoszajski G.: Elektronika. WSiP, Warszawa 1996
3. Fabijański P., Pytlak A., Świątek H.: Pracownia układów energoelektronicznych. WSiP,
Warszawa 2000
4. Głocki W.: Układy cyfrowe. WSiP, Warszawa 1996
5. Grabowski L.: Pracownia elektroniczna. WSiP, Warszawa 1997
6. Parchański J., Miernictwo elektroniczne, WSiP, Warszawa 1998
7. Pióro B., Pióro M.: Podstawy elektroniki. WSiP, Warszawa 1997
8. Sasal W.: Układy scalone serii UCY74LS/UCY74S. WKiŁ, Warszawa 1993
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
04 Badanie układów elektrycznych i elektronicznych
04 Badanie układów elektrycznych i elektronicznych
Badanie układów elektrycznych i elektronicznych
Badanie układów elektronicznych występujących w pojazdach samochodowych
11 Badanie układów elektronicznych występujących w samochodach
Badanie układów o promieniowym rozkładzie natężenia pola magnetycznego v2, Elektrotechnika semestr 4
Badanie układów kombinacyjnych, Zespół Szkół Elektrycznych nr 1 w Poznaniu
Badanie cyfrowych bramek logicznych2, Laboratorium układów elektronicznych
Badanie układów o promieniowym rozkładzie natężenia pola magnetycznego, GRONEK9, Laboratorium Podsta
Badanie układów o promieniowym rozkładzie natężenia pola magnetycznego, GRONEK9, Laboratorium Podsta
Badanie układów trójfazowych symetrycznych, UTP Bydgoszcz Elektrotechnika, II semestr
Ćwiczenia nr 3 - Badanie układów zasilających, WSTI Pawia 55, Darken, Elektronika Olchowik, Sprawozd
Badanie układów o promieniowym rozkładzie natężenia pola magnetycznego, 9wb, Laboratorium Podstaw El
Badanie układów selektywnych 02, elektronika, stodia czyjeś
moje synchro wisni, Szkoła, Politechnika 1- 5 sem, SEM IV, Maszyny Elektryczne. Laboratorium, 08.Bad
więcej podobnych podstron