Микроэлектроника және схематехника

Пән: Электротехника
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 18 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе.

Өндірістік электроника - бұл жартылай өткізгіштік, электрондық және иондық аспаптарды өндірісте қлоданумен айналысатын электрониканың бір бөлігі. Өндірістік электронды қондырғылардың жұмыс істеу тәртіптерінің көптүрлілігі мен оларды қолдану салаларының арасындағы айырмашылықтарға қарамастан, олар жалпы қағидалардың негізінде тұрызылады және бернелік тараптардың шектелген санынан тұрады. Осы бернелік тараптарда- электрондық сүлбелердің тұрғызуылық жалпы қағидаларын осы өндірістік электроника қарастырады.

Өндірістік электроника екі кең аумақты салаларға бөлінеді:

Ақпаратты таратуға, өңдеуге және айқындауға арналған қондаырғылармен

айналысатын ақпарраттық электроника . Дабыл күшейткіштері, әртүрлі қалыптағы кернеу генераторлы, логикалық сүлбелер, есептеуіштер, индикаторлық қондырғылар мен есептеуіш машиналарының дисклері-мұның барлығы ақпараттық электроника қондырғылары. Осы заманғы ақпараттық эоектрониканың өзіндік тән белгілері шешілетін есептердің күрделелігі мен алуан түрлілігі, жоғарғы сенімділік пен жедел жұмыс істеу болып табылады. Қазіргі уақыттыағы ақпараттық эоектроника интегралдық микросүлбелерді қолданумен, тығыз байланыста, оларды дамыту және жетілдіру айтарлықтай шамада осы саланың даму деңгейін анықтап отырады.

Электр энергиясын бір түрден келесі түрге түрлендірумен айналысатын

энергетикалық электроника (түрлендіргіш техника) . Қазіргі уақытта электр энергиясын түрлендірудің үлкен бөліігі жартылай өткізгіштік түрлендіргіштермен жүзеге асырслады. Түрлендіргіштердің негізгі түрлері түзеткіштер (айнымылы токты тұрақты тоққа түрлендіру ), инвекторлар (тұрақты токты айнымалы тоққа түрлендіру), жиілікті түрлендіргіштер, тұрақты және айнымалы кернеулердің реттелетін түрлендіргіштері болып табылады.

Өндірістік процесстермен басқару үшін ақпаратты жинақтау, тарату, сақтау және қаайта өңдеу мәселелерімен айналысатын ақпараттық өнеркәсіптік электроника.

Ақпаратты жинақтау электрондық есептеуіштермен және электрлік емес шамаларды электр дабылдарына түрлендіргіштермен жүзеге асырылады. Ақпаратты тарату әртүрлі байланыс арналармен орындалады.

Ақпаратты сақтау алуан түрлі есте сақтау қондырғыларын құрайтын қарапайым есте сақтау лементтерінде ұйымдастырылады.

Ақпаратты қайта өңдеу және басқару бұйрықтарын келтіру электрондық есептеу қондырғыларымен машиналарының көмегімен жүзеге асырылады.

Электрониканың осы заманғы күйі ақпаратты өңдеу қондырғылары мен шешімдерді қабылдауды ақпараттың туындау орындарына жуықтауға мүмкіндік беріп отыр. Бұл шағын есептеуіш техникасының - микро ЭЕМ мен микропроцессорлардың пайда болуының арқасында мүмкін болып отыр. Қазіргі таңдағы микропрцессорлар көптеген сипаттамалары бойынша 10-15 жыл бұрын шығарыоған әмбебап процессорлардан асып тусті. өлшемберді кішірейту және олардың құнын күрт төмендету, олардың қолдану саласын кеңейте түсті.

Микропроцессорлық қондырғылар, мысалы, тау-кен комбайындарын басқару үшін пацдаланылады. Микропрцессорлық қондырғының естелігінде нысанды басқару кезіндегі әрекеттер тәртібінің бағдарламасы жазылады. Бұл жазбаның не тұрақты, не комбайынды бақылау және басқару бұйрықтарының бағдарламасын қайта құру қажет болған кезде өзгермелі болуы мүмкін. Микропроцессор, бағытталған қозғалыстан ауытқуларды ескере отырып, естелікте жазылған забойдың жұмыс істеу траекториясының берілген координаталарын реттеп отыратын забойдың жұмыс берушісі болып табылады. Осылайша, микропрцессор кеңістіктегі жұмыс органы мен тау-кен комбайнының қозғалысын басқаруды ұйымдастырады;

Жылу, ядролық, сәуле энергиясын электр энергиясына түрлендіру және энергияның бір түрін келесі түрге айналдыу мәселелерімен айналысатын энергетикалық өндірістік энергетика. Атап айтқанда, түрлендіру қондырғылары айнымылы кернеуді (токты) тұрақты кернеуге (тоққа), бір жиіліктегі айнымалы кернеуді (токты) жиілігі өзге айнымалы кернеуге енгізеді.

1. БАР ЭЛЕКТРОНДЫ СҮЛБЕЛЕРДІҢ КЕМШІЛІКТЕРІ МЕН ЖЕТІСТІКТЕРІНІҢ ШОЛУ АНАЛИЗІ.

1. 1СЫЗЫҚТЫ СҮЛБЕДЕГІ ОПЕРАЦИЯЛЫҚ КҮШЕЙТКІШТЕР.

Тікелей байланысқа ие болатын тұрақты токтың күшейткіші (УПТ) таңдама күшейткіштері мен синусойдалық дабылдардың генераторларын жасап шығару үшін пайдаланылады.

Оларды мақсатына сай пайдалану саласы айтарлықтай кең. Бұл бірқатар себептермен түсіндіріледі: күшейткіш қондырғылар күшейтудің жоғары коэффициентіне ие болады; екі жоғарғы омдық кірістер - инверторлық және инверторлық емес кірістер әдеттегі, сондай - ақ дифференциалдық күшейткіштерді жасап шығаруға мүмкіндік береді; ток және кернеуі бойынша айтарлықтай шағын дрейфке ие болады; бұл әсіресе, оларды тұрақты ток дабылын күшейту сүлбелерінде пайдалану кезінде маңызды мәнге ие болады. Оларды реактивті элементтердің болмауы, шағын өлшемдерді, жоғары сенімділік пен төменгі құнды қамтамасыз ете отырып, интегралдық технологиялар бойынша күшейткіштерді орындап шығаруға мүмкіндік береді. Кернеуді немесе токты күшейтуден басқа, тұрақты ток күшейткіш көмегімен бір немесе бірнеше кіріс дабылдарымен бірқатар операцияларды орындайды. Олардың көмегімен бірнеше дабылдарды алгебралық түрде қосады, тұрақты коэффициентке көбейтеді, интегралдау және дифференциалдау операцияларын жүргізеді, айтарлықтай белсенді сүзгіштерді орындайды, сызықтық емес аспаптарды: көбейту, бөлу, квадратқа шығару және тағы сол сияқты блоктарын құрастырады.

Кирхгов заңы бойынша А нүктесіндегі токтардың алгебралық қосындысы нөлге тең.

U _вх1 /R ₁ + U _вх2 /R ₂ + U _вх3 /R ₃ + U _вых /R ₄ (1. 2)

Бұдан,

U _вых =- (U _вх1 R ₄ /R ₁ ) - (U _вх2 R ₄ /R ₂ ) - (U _вх3 R ₄ /R ₃ ), (1. 3)

мұндағы: R ₄ /R ₁ ; R ₄ /R ₂ және R ₄ /R ₃ -сәйкесінше әрбір кіріс бойынша теріс ОС ие болатын операциялық күшейткішінің күшейту коэффициенттері:

К _ос1 ; К _ос2 ; К _ос3 ; яғни U _вых =- К _ос1 U _вых -К _ос2 U _вх2 -К _ос3 U _вх3. (1. 4)

Егер кіріс кедергілерін операциялық күшейткіштің инверторлық және инверторлық емес кірістеріне бағыттайтын болсақ, онда операциялық күшейткіштің инверторлық емес кірісі бойынша шығыс дабылдарын инверторлық кіріс бойынша кіріс дабылдарын шегеру операциясы жүзеге асырылады:

U _вых =U _вх2 _- _- U _вх1 _. (1. 5)

мұндағы: R ₄ /R ₁ =К _ос1 -ОС ие болатын операциялық күштің операциялық күшінің инверторлық кіріс бойынша күшею коэффициенті: (R ₁ +R ₄ ) /R ₁ =К _ос2 - ОС ие болатын операциялық күшейткіштің инверторлық емес кіріс бойынша күшею коэффициенті.

Дабылды қайталауыш. Инверторлық кіріс бойынша Осие болатын операциялық күшейткіш кіріс дабылдарының қайталаушы қызметін атқарады. ОС ие болатын операциялық күшейткіштің күшею коэффициенті:

К _ос = Equation. 3 1. (1. 6)

мұндағы: -кері байланысты тарату коэффициенті: =1, К 1.

Қайталауыштар жоғары кіріс кедергісін және түрлендіру көрсеткіштерінің жақсы тұрақтылығын қамтамасыз етеді; дабылдың жоғары омдық көзі кезіндегі кіріс каскады ретінде пайдаланылады. Шағын шығыс кедергісі қайталауышты төменгі омдық және өзгеріп отыратын жүктемелер жұмыс істеу кезінде пайдалануға мүмкіндік береді.

Кернеудің стабилизаторы. Ұқсас - сандық және сандық ұқсас жүйелері үшін жоғарғы температуралық тұрақтандыруға ие болатын қоректендіру көздері талап етіледі, мұны осы заманғы стабилизатормен қамтамасыз етуге болады. Бірақ айтарлықтай токты тірек керенеуінің көзімен қамтамасыз ету үшін стабилитронмен қатар операциялық күшейткіштерді пайдаланылады. Мұндай кернеу көзінің шығысында тірек кернеуі алынады:

U _о =U _ст _. (1. 7)

R ₁ - резисторын қоректендіру көзінен +Е _П стабилитрон үшін нұсқалған токты қамтамасыз ететіндей етіп таңдаған жөн. Талап етілген тірек кернеуінің шамасы R ₂ және R ₃ кернеулерімен таңдап алынады.

Ñóðåò 1.

Жетістігі: Операциялық күшейткіштің кіріс резисторларын R Equation. 3 R ₂ және R ₃ берілген бірнеше дабылдарды қосу операциясын орындайды(сурет 4. 29. )

ОС теріс таңбалы болғандықтан, кері байланыстардың қасиеттерін ескере отырып, оны іске қосудың операциялық күшейткіштің кіріс және шығыс кедергілеріне қалайша әсер ететіндігі туралы айтуға болады:

R _{вх. ос} =R _вх (1+К) ; (1. 8)

R _{вых. ос.} = (1. 9)

Кемшілігі:Операциялық күшейткішінің бірінші каскады дифференциалды болғандықтан, осы каскадтың кіріс токтарының өзгерістерінен шығыс дабылдарының өзгерулерін төмендету үшін тұрақты ток бойынша кіріс кедергілерін бірдей етіп жасауға ұмтылады, яғни:

R ₅ = ; (1. 10)

1. 2. ОПЕРАЦИЯЛЫҚ КҮШЕЙТКІШТЕРДЕГІ ИНТЕГРАТОР.

Операциялық күшейткіштердегі интегратордың сүлбесі 4. 30. а. суретте көрсетілген.

Идеалды күшейткіштегі нүкте (А нүктесі ) нөлге жақын орналасқан потенциалға ие болады, өйткені бұл - операциялық күшейткіштің дифференциалдық каскадының бір кірісі, екінші кіріс жерсендірілген. Кирхгоф заңы бойынша:

I _R + I _с = 0, (1. 2. 1)

мұндағы:

i _R = U _вх /R;

I _c = U _вх /Х _с ;

Х _с =1/jwc. немесе U _вх /R+U _вых WC=0. (1. 2. 2)

Теріс таңбалы ОС қамтылған күшейткіштің күшею коэффициенті:

К _{о. с} (W) = U _вых /U _вх =-1/jwRc ; және (1. 2. 3)

U _вых (t) =Uвх [К _{о. с} ], (1. 2. 4)

мұндағы:-1/w Equation. 3 = -t / Equation. 3 -К _{о. с.}

бұдан,

U _авх (t) = - U _вх t/ . (1. 2. 5)

Нақты операционды күшейткіште күшейткіш коэффициенті соңғы болады, интегрерлеу ол +U процесіне қате енгізеді, ол сол Rжс номиналы кезіндегі пассиыті RC тізбектей интегрерлеу кезіндегі қатеге қарағанда К рет аз болады.

Сурет 2.

Жетістігі: Шығыс кернеу операционды күшейткішінің К күшейткіш коэффициентінен тәуелді емес және осы параметрлермен анықталады.

Кемшілігі: Операционды күшейткіштің К күшейту коэффициентінің соңғы мәнін енгізу түрін мынадай түрге келді.

К _{о. с} = (1. 2. 6)

Осы қамтылған күшейткіш коэффициенті К жекелеген операциялық күшейткіштің коэффициентіне тәуелді болады. Бірақ бастапқы жиіліктегі операциялық күшейткіштің күшейту коэффициенті үлкен лақтырысты иеленеді, ол анықталғандық факторын жасайды.

1. 3. Логарифмдік күшейткіш .

Күшейткіш, егер оның кері байланысына диодты V қоссақ, логарифмдік бернелерді орындайды. (сурет 4. 32. -те көрсетілген. )

Мұнда сызықтық емес қондырғылар көрсетілген.

Токтың 4-6 декадалық аралық шектердегі өзгерулері кезінде кәдімгі кремнилік диодтық вольт амперлі характеристикасы экспоненциолдық бернеге сәйкес келеді:

I= I _s ( ), (1. 3. 1)

мұдағы:Is және -диодтың көрсеткіштері.

U _вых / = -Ln Equation. 3 ;

немесе:

U _вых = -

Сурет 3.

Жетістігі: Диод, өзі арқылы өтетін токтан тәуелді өзі кедергісінің шамасын өзгертеді:төменгі токтар кезінде кедергі - үлкен, ток өскен сайын кедергі төмендейді.

Кемшілігі : Кіріс сигналдарынынңаз деңгейі кезінде күшейту коэффициенті жоғары шығыс сигналдарының көп деңгейі кезінде К _{о. с} аз болады.

1. 4. ОПЕРАЦИЯЛЫҚ КҮШЕЙТКІШТЕРДІҢ ПРИНЦИПИАЛДЫ СХЕМАСЫ.

Кіріс күшейтілетін каскад 2-33а сурет дифференциалды сүлбе бойынша Т ₁ , Т ₂ транзисторларында орындалған . Бірінші каскадтың шығыстары екінші каскадтың кірістерімен Т ₅ , Т ₆ транзисторларында, сонымен қатар дифференциалды сүлбе бойынша байланысқан коллектор тізбегіндегі резистор транзистор Т ₅ болмайды, өйткені екінші каскадтың шығыс сигналы Т ₆ транзисторының коллекторынан ғана алынады. Екінші дифференциалды каскадтағы тұрақты токтың қоректенуі қолданылмайды. I _э жиынтық тогының Т ₅ , Т ₆ транзисторындағы қажетті тұрақтылығы резистордың көмегімен алынады.

R _э =R ₅ (1. 4. 1)

Сурет 4.

Жетістігі: Екі транзистордың I _э тогының ағынынан R ₅ резисторына кернеудің түсуі олардың эмиттерлерінің потенциалын жоғарылатады, бұл транзистор базаларын алдағы каскадтың шығыстарымен байланысу үшін қажет. Т ₈ транзисторы аз кері байланыстың контурына кіреді, ол үшінші каскадтың жоғарғы күшейту коэффициенті қамтамасыздандыруға мүмкіндік береді.

Кемшілігі: Т ₉ транзисторының базасындағы кернеудің жоғарылауы, Т транзисторының тұрақты токқа кедергінің азаюы, сонымен қатар Т ₈ транзисторының кедергісінің жоғарылауымен және керісінше болады.

1. 5. СЫЙЫМДЫЛЫҚТЫ БАЙЛАНЫСТЫ КҮШЕЙТКІШ ЖӘНЕ ОНЫҢ АУЫСТЫРУ СҮЛБЕСІ.

Күшейткіштің негізгі типі - тұрақты ток күшейткіші (ТТК) . Тұрақты ток күшейткішін қолдану кезінде сыйымдылықты байланысты күшейткішті қолдану қолайлы болады. 2-30 суретте мысал ретінде операционды күшейткіш базасында орындалған сыйымдылықты байланысты күшейткіш көрсетілген.

Сурет 5.

Жетістігі: Сыйымдылықты байланысты күшейткіштің жетістігі болып Д дрейфінің болмауы табылады: конденсаторлар тұрақты құраушыларды, сонымен қатар дрейфтің кернеуін өткізбейді.

Кемшілігі: күшейткіштердің каскадтарының арасындағы сыйымдылықты байланысты қолдану қазіргі кезде пайдаланудан шығып кеткен, себебі үлкен сыйымдылықты конденсаторлары, интегралды микроэлементті сүлбелер (ИМС) элементтері түрінде орындалмайды.

1. 6. ҮШКАНАЛДЫ ОПЕРАЦИОНДЫ КҮШЕЙТКІШТІҢ ПРЕНЦИПИАЛДЫ СҮЛБЕСІ.

Металл диэлектрик металл (МДМ) каналы кішірейткіш каскадтан тұрады.

Сурет 6.

ЖЕТІСТІГІ: Контактілі түрлендіргіштегі М модуляторы және кішірейткіш диодтағы диэлектрик металл (ДМ) демодуляторы. Л ₃ тұрақты ток күшейткішінің сомалық каскадының рөлін орындайды. Шығыс каскады Л ₄ симметриялы емес тізбектей байланысты сүлбе бойынша орындалған.

Кемшілігі: Көрсетілген тәсілдің кемшілігі болып жеке каскадтағы кернеу бойынша күшейту коэффициентінің азаюыжәне параметрлік тәсілде, әрбір күшейткіш экземплярының жеке түзуінің қиындығы және қажеттілігі, сонымен қатар бұл тәсіл көбіне қолданылады, онда операционды күшейткіштегі (нөлдік деңгеінің) дрейф шамасы нөлдік жеңгейде.

2. ТАҢДАЛЫНҒАН ЭЛЕКТРЛІ ПРЕНЦИПИАЛДЫ СҮЛБЕНІҢ НЕГІЗДЕЛУІ.

Осы алты сүлбелердің ішінен сызықтық сүлбелердегі операционды күшейткіш таңдалынды.

Біз ол сүлбеге қарап отырып оның бірнеше жетістігін көруге болады. Мысалы кіріс дабылдарының қосындысын алайық, операционды кіріс резисторына R ₁ R ₂ және R ₃ берілген бірнеше дабылдарды қосу операциясын орындайды. (сурет 4-29) . Сонымен қатар операционды күшейткіш теріс таңбалы болғандықтан кері байланыстардың қасиеттерін ескере отырып, оны іске қосудың операционы күшейткіштің кіріс және шығыс кедергілеріне қалайша әсер ететіндігі туралы айтуға болады.

Сурет 7.

R _{вх. ос} = R _вх (1+К) ; (2. 1)

R _{вых. о. с} =R _вх /1+К; (2. 2)

Қайталауыштар жоғарғы кіріс кедергісін және түрлендіру көрсеткіштерінің жақсы тұрақтылығын қамтамасыз етеді, дабылдың жоғарғы омдық көзі кезіндегі кіріс каскады ретінде пайдаланылады. Шағын шығыс кедергісі қайталауышты төменгі омдық және өзгеріп отыратын жүетемеде жұмыс істеу кезінде пайдалагуға мүмкіндік береді.

3. ЭЛЕКТРЛІ ПЕРИОДТЫ СҮЛБЕНІҢ ЕСЕПТЕЛУІ.

Есептің берілгені:

Сызықтық сүлбедегі операционды күшейткіштердің екі кірісін анықтау. Олардың масштабтық коэффициенті берілген.

К ₁ =5,

К ₂ =1,

U _сто =7. 5 _мв ,

I _вх =10 _мкА .

R ₁ , R ₂ , R ₄ - кедергілерін анықтау.

Есептің шешуі:

R _ос =(0, 1-1, 0) *U _сто / I _вх (1+К _i ) ; (3. 1)

R _{о. с} =0. 5*7. 5/0. 5 (1+5+1) =20кОм.

R ₃ =R _ос =20кОм.

R ₁ және R ₂ кедергілерін анықтаймыз.

R _i =R _{о. с} /К _i ; (3. 2)

R ₁ =20/5=4 кОм.

R ₂ =20/1=20 кОм.

Енді баланстық кедергілерді анықтаймыз.

R ₄ = ; (3. 3)

R _imin ; (3. 4)

+ ; (3. 5)

= + + =3. 3*10 ^-4 Cм;

R _бал =R ₄ =3кОм.

Жауабы: R ₁ =4кОм, R ₂ =20кОм, R ₄ =3кОм.

4. БАСПАЛЫ ПЛАТАНЫ ӨҢДЕУ.

Баспалы платаны өңдеу үшін есептеу үшін таңдалған сызықтық сүлбедегі операционды күшейткіштің электрлі жүйесінің пренципиалды реконфигурациясы өңделеді.

Реконфигурация қажеттілігіне сәйкес пренципиалды электр сүлбесінің артық көлденең қималары алып тасталынып және сүлбеде көрсетілмеген көлденең қиманы шығарады. Мұндай жағдайда сызықтық сүлбедегі операционды күшейткіш реканфигурациясы кезінде болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.