· Большой вес и габариты, пропорционально мощности.
· Металлоёмкость.
· Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.
· Слабая стойкость оборудования с таким БП к броскам напряжения и пропаданию нейтрали ведущей к образованию фазного напряжения (порядка 380..400 вольт) вместо линейного (220..230 вольт).
75. Выпрямительные устройства: назначение, классификация, обобщенная структура.
Выпрями́тель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток[1][2]. Большинство выпрямителей создаёт не постоянный, а пульсирующий ток, для сглаживания пульсаций применяют фильтры.
Устройство, выполняющее обратную функцию — преобразование постоянного тока в переменный ток называется инвертором.
Классификация
Выпрямители классифицируют по следующим признакам:
· по виду переключателя выпрямляемого тока
· механические синхронные с щёточноколлекторным коммутатором тока[3];
· механические синхронные с контактным переключателем (выпрямителем) тока;
· с электронной управляемой коммутацией тока (например, тиристорные);
· электронные синхронные (например, транзисторные) — как разновидность выпрямителей с управляемой коммутацией;
· с электронной пассивной коммутацией тока (например, диодные);
· по мощности
· силовые выпрямители[4];
· выпрямители сигналов[5];
· по степени использования полупериодов переменного напряжения
· однополупериодные — пропускают в нагрузку только одну полуволну[6];
· двухполупериодные — пропускают в нагрузку обе полуволны;
· неполноволновые — не полностью используют синусоидальные полуволны;
· полноволновые — полностью используют синусоидальные полуволны;
· по схеме выпрямления — мостовые, с умножением напряжения, трансформаторные, с гальванической развязкой, бестрансформаторные и пр.;
· по количеству используемых фаз — однофазные, двухфазные, трёхфазные и многофазные;
· по типу электронного вентиля — полупроводниковые диодные, полупроводниковые тиристорные, ламповые диодные (кенотронные), газотронные, игнитронные,электрохимические и пр.;
· по управляемости — неуправляемые (диодные), управляемые (тиристорные);
· по количеству каналов — одноканальные, многоканальные;
· по величине выпрямленного напряжения — низковольтные (до 100 В), средневольтовые (от 100 до 1000 В), высоковольтные (свыше 1000 В);
· по назначению — сварочный, для питания микроэлектронной схемы, для питания ламповых анодных цепей, для гальваники и пр.;
· по степени полноты мостов — полномостовые, полумостовые, четвертьмостовые;
· по наличию устройств стабилизации — стабилизированные, нестабилизированные;
· по управлению выходными параметрами — регулируемые, нерегулируемые;
· по индикации выходных параметров — без индикации, с индикацией (аналоговой, цифровой);
· по способу соединения — параллельные, последовательные, параллельно-последовательные;
· по способу объединения — раздельные, объединённые звёздами, объединённые кольцами;
· по частоте выпрямляемого тока — низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные.
· Выпрямители обычно используются там, где нужно преобразовать переменный ток в постоянный ток. Применение выпрямителей для преобразования переменного тока в постоянный вызвало понятие среднего значения тока по модулю (то есть без учета знака ординаты) за период. При двухполупериодном выпрямлении среднее значение по модулю определяется как среднеарифметическое значение всех ординат обеих полуволн за целый период без учета их знаков (то есть полагая все ординаты за период положительными, что и имеет место при двухполупериодном идеальном выпрямлении).
· Приёмниками электроэнергии с нелинейными характеристиками являются в первую очередь всевозможные преобразовательные установки переменного тока в постоянный, использующие различные вентили.
76. Неуправляемые однофазные однополупериодные выпрямители: электрическая схема, принцип работы, временные диаграммы, коэффициент пульсаций.
77. Неуправляемые однофазные двухполупериодные выпрямители (мостовая схема): электрическая схема, принцип работы, временные диаграммы, коэффициент пульсаций.
78. Неуправляемые трехфазные однополупериодные выпрямители: электрическая схема, принцип работы, временные диаграммы, коэффициент пульсаций.
79. Неуправляемые трехфазные двухполупериодные выпрямители (схема Ларионова): электрическая схема, принцип работы, временные диаграммы, коэффициент пульсаций.
80. Управляемые выпрямители: электрическая схема, принцип работы, временные диаграммы.
81. Сглаживающие фильтры: назначение, классификация, область применения. Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения и коэффициент сглаживания.
Сглаживающим фильтром называют устройстве, предназначенное для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Основными элементами сглаживающих фильтров являются конденсаторы, индуктивные катушки и транзисторы, сопротивления которых различны для постоянного и переменного токов. Основным параметром, характеризующим эффективность действия сглаживающего фильтра, является коэффициент сглаживания, равный отношению коэффициентов пульсаций на входе и выходе фильтра: q=Рвх/Рвых Кроме выполнения требования к коэффициенту сглаживания фильтры должны иметь минимальное падение постоянного напряжения на элементах, минимальные габариты, массу и стоимость.
82. Усилители электрических сигналов: назначение, классификация, характеристики и параметры.
Усилителем называется устройство, предназначенное для усиления входных электрических сигналов по напряжению, току или мощности за счет преобразования энергии источника питания в энергию выходного сигнала. Усилитель включает в себя нелинейный элемент, управляемый входным электрическим сигналом Uвх, источник питания Uп и нагрузочное устройство с сопротивлением Zn.
Классификация усилителей
- по виду усиливаемого сигнала
- по типу усиливаемого сигнала
- по диапазону усиливаемых частот
- по виду нагрузки
Основными характеристиками является:
амплитудная характеристика
амплитудно-частотная характеристика
фазово-частотная характеристика φвых = λ(f)
переходная характеристика
Коэффициент усиления по напряжению
Коэффициент усиления по току
Коэффициент усиления по мощности
ЭУ применяются в целом ряде устройств и систем авиационного оборудования ЛА, например, в регуляторах напряжения самолетных генераторов, электромагнитных и статических преобразователей напряжения и рода тока; в системах защиты от перенапряжения и стабилизации частоты самолетных генераторов переменного тока; в гироскопических авиагоризонтах (гировертикалях), гирокомпасах и автоматических секстантах; в автопилотах, системах автоматического управления (САУ) полетом, авиационных комплексах и т.д.
83. Усилители переменного тока: режимы работы и способы их осуществления.
84. Усилители переменного тока: температурная стабилизация заданного режима работы.
85. Каскады усилителей переменного тока: общая характеристика.
86. Усилители переменного тока: назначение и виды обратных связей и ее влияние на параметры усилителей.
87. Усилители постоянного тока: назначение, структура и особенности операционных усилителей (ОУ).
88. Усилители постоянного тока: основные схемы на операционных усилителях ОУ.
89. Импульсные и автогенераторные устройства: назначение, классификация генераторов электрических сигналов, условия их самовозбуждения.
Импульсными автогенераторными устройствами называют устройства, вырабатывающие импульсы напряжения той или иной формы. Основными режимами работы импульсных генераторов являются режим автоколебаний и ждущий режим. Первый режим характерен для мультивибраторов и генераторов пилообразного напряжения, второй – для ждущих мультивибраторов.
Рассмотрим каждый из них в отдельности.
Мультивибратором называется устройство с двумя временно устойчивыми состояниями, представляющее собой генератор импульсов напряжения прямоугольной формы. Основное применение мультивибратора заключается в запуске в работу других импульсных устройств при их совместной синхронной работе. Наибольшее распространение получили мультивибраторы на основе операционных усилителей. Различают симметричные и несимметричные мультивибраторы. У первых длительность прямоугольных импульсов и интервалы времени между ними равны, у вторых – различны.
Одновибратором называется устройство с одним устойчивым и одним временно устойчивым состоянием, предназначенное для формирования однократного прямоугольного импульса напряжения требуемой длительности при воздействии на входе импульса напряжения от внешнего источника. Одновибраторы применяются для стандартизации импульсов напряжения по длительности, управления работой электромагнитных реле, задержки импульсов напряжения и деления частоты их повторения.
90. Генераторы прямоугольных импульсов: мультивибраторы.
Мультивибратором называется устройство с двумя временно устойчивыми состояниями, представляющее собой генератор импульсов напряжения прямоугольной формы.
Основное применение мультивибратора заключается в запуске в работу других импульсных устройств при их совместной синхронной работе.
Наибольшее распространение получили мультивибраторы на основе операционных усилителей. Различают симметричные и несимметричные мультивибраторы. У первых длительность прямоугольных импульсов и интервалы времени между ними равны, у вторых – различны.
Возможность построения мультивибратора на операционном усилителе обусловлена тем, что напряжение на выходе микросхемы может скачком переходить от +Е до –Е при изменении знака разности входных напряжений u(+) – u(–).
Чтобы получить последовательность прямоугольных импульсов (реализовать режим автоколебаний), знак указанной разности должен изменяться периодически, в ходе процессов, протекающих в самой схеме
91. Общая характеристика импульсных устройств.
В качестве элементов импульсной техники рассмотрим: сигналы, элементную базу и устройства импульсной техники.
1. Основными сигналами, применяемыми в импульсной технике, являются электрические импульсы. Дадим их определение.
Определение. Электрическим импульсом называется отклонение напряжения или тока от некоторого постоянного уровня, наблюдаемое в течение времени, меньшего или сравнимого с длительностью переходных процессов в схеме. Существуют два вида импульсов: видеоимпульсы и радиоимпульсы. Радиоимпульсы более подробно вы будете изучать в курсе дисциплин «Радиотехнические цепи и сигналы», «Прием и обработка сигналов» и «Формирование и передача сигналов». Сейчас же мы остановимся только на рассмотрении видеоимпульсов.
Видеоимпульсы получают при коммутации цепи постоянного тока. Наиболее часто (демонстрируется слайд) используют видеоимпульсы прямоугольной, трапецеидальной, экспоненциальной (остроконечной), пилообразной и треугольной форм. Различают видеоимпульсы положительной и отрицательной полярности, а также двусторонние – разнополярные импульсы (рисунок 1). Следует отметить, что реальные импульсы не имеют формы, строго соответствующей названию
а) б) в)
2. Э лементная база современных импульсных устройств состоит из:
ü дискретных элементов (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, полупроводниковые элементы);
ü микросхем.
Все микросхемы разделяются на аналоговые и цифровые. Цифровые микросхемы более подробно будут рассмотрены нами в рамках следующей лекции, а также в курсе дисциплины «Бортовые вычислительные машины».
Аналоговые микросхемы бывают как специализированные, так и универсальные.
На специализированной микросхеме может быть собран узел или устройство только определенного типа (например, генератор прямоугольных импульсов). Универсальные же микросхемы можно использовать для построения различных устройств и узлов. К универсальным микросхемам относятся операционные усилители и компараторы. Компаратором называется устройство электронной техники, предназначенное для сравнения двух аналоговых сигналов, один из которых называют опорным, а другой – измеряемым или входным. В момент равенства сигналов напряжение на выходе компаратора резко изменяется.
3. Устройством импульсной техники называется совокупность определенным образом соединенных между собой электрорадиоэлементов, обеспечивающих заданное действие над сигналом и объединенных в законченную конструкцию. К устройствам импульсной техники относятся:
Импульсные усилители и ключи. Импульсные усилители обеспечивают усиление импульсов с допустимыми искажениями их формы, а ключевые каскады используются для коммутации электрических цепей.
Формирователи импульсов обеспечивают формирование напряжения одной формы из напряжения другой. С помощью формирователей получают остроконечные и пилообразные импульсы, импульсы трапецеидальной формы, короткие прямоугольные импульсы, импульсы обратной полярности
Мультивибратор
Определение. Мультивибратором называется устройство с двумя временно устойчивыми состояниями, представляющее собой генератор импульсов напряжения прямоугольной формы.
Основное применение мультивибратора заключается в запуске в работу других импульсных устройств при их совместной синхронной работе.
Наибольшее распространение получили мультивибраторы на основе операционных усилителей. Различают симметричные и несимметричные мультивибраторы. У первых длительность прямоугольных импульсов и интервалы времени между ними равны, у вторых – различны.
Одновибратор
Определение. Одновибратором называется устройство с одним устойчивым и одним временно устойчивым состоянием, предназначенное для формирования однократного прямоугольного импульса напряжения требуемой длительности при воздействии на входе импульса напряжения от внешнего источника.
Одновибраторы применяются для стандартизации импульсов напряжения по длительности, управления работой электромагнитных реле, задержки импульсов напряжения и деления частоты их повторения
92. Основы цифровой электроники: логические функции и формы их задания, основные соотношения алгебры логики.
существуют также цифровые устройства, работающие с цифровым сигналом, то есть сигналом амплитуда которого может равняться или нулю или напряжению питания (рисунок 1). Рисунок 1
Такие устройства иногда называют логическими, так как значения, принимаемые ими принято называть логическими: логическая единицы «1» и логический «0».
Для описания алгоритмов работы и структуры логических схем используют простую алгебру логики, или булеву алгебру. В ее основе лежат три основных логических операции: логическое отрицание (инверсия) НЕ логическое сложение (дизъюнкция) ИЛИ и логическое умножение (конъюнкция) И.
Любая логическая операция может быть задана в виде таблицы истинности. Таблицей истинности называется таблица, содержащая все возможные комбинации значений входных переменных и соответствующие им значения логических
Рисунок 2. Электрическая схема, реализующая логическую функцию НЕ.
Рисунок 3. Таблица истинности и условное графическое обозначение элемента НЕ.
а) б) в)
Рисунок 5. Элемент ИЛИ а) схемотехническое представление, б) таблица истинности,
в) условное графическое обозначение на схемах
93. Схемы логических элементов 2И, 2ИЛИ, НЕ: ЛФ, ТИ, УГО.
94. Схемы логических элементов 2И-НЕ, 2ИЛИ-НЕ: ЛФ, ТИ, УГО.
95. Триггеры: назначение, классификация, УГО.
Триггерами называют большой класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находится в одном из двух или более устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Другими словами триггеры – это логические устройства с памятью.
Рисунок 1. Временные диаграммы, иллюстрирующие понятие быстродействие
Входы триггера разделяют на информационные и управляющие. Информационные используются для управления состоянием триггера. Управляющие входы обычно используются для предварительной установки триггера в некоторое состояние и для синхронизации.
Триггеры могут иметь два выхода: прямой Q и инверсный 
. Различают синхронные и асинхронные триггеры.
Асинхронный триггер изменяет свое состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала.
Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации.
По функциональным возможностям триггеры разделяют на следующие классы:
þ с раздельной установкой состояния логического «нуля» и логической «единицы» (SR-триггеры);
þ универсальные (JK-триггеры);
þ с приемом информации по одному входу (D-триггеры, или триггеры задержки);
þ со счетным входом Т (Т-триггеры).
96. RS, T-Триггеры: ЛФ, ТИ, УГО.
SR-триггер имеет два информационных входа S и R. Подача на вход S (set) сигнала логической «единицы», а на вход R (reset) сигнала логического «нуля» устанавливает на прямом выходе Q триггера сигнал логической «единицы» и наоборот. Функционирование SR- триггера определяется уравнением:
. (1)
Для SR- триггера комбинация S=1 и R=1 является запрещенной. После такой комбинации информационных сигналов состояние триггера будет неопределенно. Следует отметить, что в выражении (1) все операции выполняются в двоичной системе исчисления.
Т-триггер, или счетный триггер, изменяет состояние выхода по началу импульса на входе С. Кроме синхровхода С Т -триггер может иметь подготовительный вход Т. Сигнал на этом входе разрешает (Т=1) или запрещает (Т=0) срабатывание триггера от начал импульсов на входе С. Функционирование Т -триггера определяется уравнением:
.
97. D,JK-Триггеры: ЛФ, ТИ, УГО.
JK-триггер имеет также два информационных входа J и К. Подобно SR- триггеру, в JK- триггере J и К – это входы установки выхода Q триггера в состояние логической «единицы» или логического «нуля». Однако в отличии от SR- триггера, в JK- триггере наличие J = К = 1 приводит к переходу выхода Q в противоположное состояние. JK- триггеры синхронизируются только перепадом напряжения на входе С. Условие функционирования:
.
D-триггер, или триггер задержки, при поступлении синхросигнала на вход С устанавливается в состояние, соответствующее потенциалу на входе D. Уравнение функционирования D -триггера имеет вид:
. (2)
Уравнение (2) показывает, что выходной сигнал Qn изменится не сразу после изменения входного сигнала D, а только с приходом синхросигнала, то есть задержка на один период импульсов синхронизации (D – delay (задержка)).
98. Общие сведения о микропроцессорах.
Микропроцессорные комплекты БИС Рассмотрим основные понятия и определения микропроцессорной техники. Определение. Микропроцессор – это программно-управляемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, конструктивно выполненное в виде одной или нескольких БИС.2 Определение. Микропроцессорная БИС – интегральная микросхема, выполняющая функцию микропроцессора или его части. Определение. Микропроцессорный комплект (МПК) или набор – это совокупность микропроцессорных и других интегральных микросхем (оперативной и постоянной памяти, контроллеров ввода-вывода, генераторов тактовых импульсов и тому подобное), совместимых по архитектуре, конструктивно-технологическому исполнению и электрическим параметрам для совместного использования при построении микропроцессоров, микроЭВМ и других микропроцессорных устройств и систем. Микропроцессорный комплект обычно состоит из четырех групп интегральных схем: ü микропроцессора или центрального микропроцессорного элемента; ü интегральных схем запоминающих устройств, образующих систему памяти (микросхемы оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ППЗУ), перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ); ü интегральных микросхем осуществляющих связь между микропроцессором и устройствами ввода-вывода; ü интегральных микросхем, предназначенных для связи с объектом (цифро- аналоговые преобразователи, аналого-цифровые преобразователи, компараторы-преобразователи и тому подобное. Большую часть интегральных микросхем третьей и четвертой групп составляют контроллеры. Определение. Контроллером называется устройство, обеспечивающее логический контроль состояния устройства и управление этим состоянием, выполненное на основе одной или нескольких микропроцессорных БИС. В зависимости от количества микропроцессорных БИС в комплекте различают однокристальные, многокристальные и секционные многокристальные микропроцессоры. Однокристальные микропроцессоры создаются реализацией всех аппаратных средств процессора на одном кристалле в виде одной БИС. Возможности однокристальных микропроцессоров ограничены ресурсом кристалла и корпуса БИС. Примером отечественных однокристальных микропроцессоров могут служить КР580ВМ80 и КР1810ВМ86. В многокристальном микропроцессоре отдельные БИС предназначены для выполнения строго определенного набора функций и могут работать автономно, а совместное их использование обеспечивает построение микропроцессора. Такой подход к построению микропроцессоров позволяет создать более сложные в функциональном отношении отдельные узлы микропроцессора по сравнению с однокристальной реализацией микропроцессора. Типичным примером отечественного микропроцессорного комплекта БИС является серия К581. Секционные многокристальные микропроцессоры состоят из БИС, которые предназначены для обработки нескольких рядов данных или выполнения определенных управляющих операций. Секционность БИС обеспечивает возможность наращивания3 разрядности обрабатываемых данных или усложнения устройств управления микропроцессором при параллельном включении БИС. Пример БИС К589ВМ0