background image

„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

 

background image

„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 

background image

„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

background image

„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

 
 

background image

„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. 

background image

„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. 

background image

„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. 
 

background image

„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. 

background image

„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] 

 
 

background image

„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

=

=

η

 

 
Wady: 

-  duży współczynnik tętnień, 
-  mała sprawność prostowania.  

Zalety: 

-  prostota układu. 

 
 
Prostownik 1-połówkowy z filtrem C 
a) 

U

zm

U

o

 

 
 
 
 

background image

„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

 

 
 
 

background image

„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

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.                      

background image

„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. 
 

background image

„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? 
 

background image

„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. 

 

background image

„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, 

 

background image

„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,  

 

background image

„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] 

 

background image

„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? 

 

 

 

background image

„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.

   

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

20

 

 

 
                    U

 
             
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

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 

 

background image

„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

 

background image

„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. 
 

background image

„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]

background image

„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). 

background image

„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 

 

background image

„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. 
 

background image

„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). 

 

background image

„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

⎟⎟

⎜⎜

+

+

=

 

 

background image

„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

=  

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

 

background image

„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

), 

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. 

 

background image

„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.

  

 

background image

„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

                                     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).  

                   
  

background image

„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

–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. 

background image

„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). 
 
 
 

background image

„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

background image

„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

background image

„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? 

 

 

 
 
 

background image

„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] 

background image

„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

= Uwe – Uz = 40V – 20V =20V  

A

R

U

R

4

,

0

50

20

  

I

=

=

=

 

Io

= I – Iz

max 

= 0,4 – 0,15 =  0,25V  

Io

= 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

B

 

Rys. 4.4.2. Schemat układu stabilizatora szeregowego [2] 

Działanie: 
 

 

1)   Iwy  

= > Uwy     => Uz =  const => U

BE       

=> T   bardziej przewodzi Ic  = Uce    

      => U

= Uce = Uwy => U

= const = Uwy 

 

 

 

2)   U

 

= > Uwy     => Uz =  const => U

BE        

=> Ic   = Uce       => Uwy 

 

 

background image

„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

= U

+

 

U

BE  

 
U

1             

              

U

=

 

const =>

 

U

O           

=> U

BE         

= I

C

 

 
                           U

CE = 

U

O  

 

 
 
 
 
 
 
 

background image

„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). 

  
 

background image

„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 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. 

 
 

background image

„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

p

2

 + C

p

1

 + C

p

0

 

background image

„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

 = 

10

= 2

1

 = 

100

= 2

2

 = 

1000

= 2

3

 = 

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

  
 

background image

„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. 

background image

„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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

„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 1

1 0

1 1

2)  Bramka AND (I) 

Bramka ta jest układem o dwu lub większej liczbie wejść. Realizuje ona funkcję iloczynu 
logicznego zmiennych wejściowych. 
 

background image

„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 1

1 0

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

+

=

=

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

49

b)  Tablica prawdy 

 

a b f(a,b)

0 0

0 1

1 0

1 1

 

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

0 1

1 0

1 1

 

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 1

1 0

1 1

background image

„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

0 1

1 0

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 

background image

„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] 

background image

„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 

 

 
 

background image

„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? 

 

 

background image

„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. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

55

Tabela 4.7.1. 

Prawa podstawowe: 

A + 1 = 1 

A · 1 = A 

A + 0=A 

A · 0 = 0 

A + A = A 

A · A = A 

A

A

A

=

+

 

0

A

A

=

 

Prawa de Morgana: 

 

...

C

B

A

...

C

B

A

=

+

+

+

 

...

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. 
 
 
 

background image

„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] 

 
 

background image

„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] 

background image

„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). 

background image

„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

 

background image

„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] 

 

  
 

background image

„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). 
 

 

background image

„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? 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

„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 

 
 
 
 
 
 

background image

„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] 

 

background image

„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 

background image

„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. 
 
 
 

background image

„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”.  
 
 

background image

„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,  

background image

„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] 

background image

„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 

 

 
 
 
 

background image

„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. 
 

background image

„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] 

 

 

 

background image

„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] 

background image

„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. 

background image

„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] 

background image

„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? 

 

 

background image

„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] 

background image

„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] 

background image

„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] 

background image

„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

- 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] 

 
 

 
 
 
 

background image

„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. 

background image

„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? 

 

 

 

background image

„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! 

 

background image

„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) 

 

background image

„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! 

 

background image

„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) 
 
 
 

background image

„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 

0 1 

 

0 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) 

background image

„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) 

background image

„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) 

background image

„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:  

 

       
 
 
 
 
 

background image

„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