Файл: Учебнометодический комплекс по дисциплине электрооборудование фармацевтического производства для специальности 5В074800 Технология фармацевтического производства.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.01.2024

Просмотров: 213

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Караганда

Тема 7 Импульсные и цифровые устройства Импульсная техника – раздел электроники, предметом которого является разработка теоретических основ, практических методов и технических средств генерирования, преобразования и измерения параметров электрических импульсов, а также исследование импульсных процессов в электрических цепях. Наиболее часто в импульсных электронных устройствах используются импульсы прямоугольной (рис. 34,а), трапецеидальной (рис. 34,б), треугольной (рисунок 34,в) и экспоненциальной (рис. 34,г) формы. Импульсы, формы которых приведены на рис. 34,а…г, являются идеализированными. Форма реальных импульсов не является геометрически правильной из-за нелинейности характеристик полупроводниковых приборов и влияния реактивных сопротивлений в схемах. Поэтому реальные прямоугольные импульсы, наиболее часто используемые в практических импульсных схемах, имеют форму, приведенную на рис. 34,д.Участки быстрого нарастания и спада напряжения или тока называются фронтом и срезом импульса, а интервал, на котором напряжение или ток изменяются сравнительно медленно,- вершиной импульса.Активные длительности фронта τфа и среза τса определяются между уровнями 0,1Um и 0,9Um, где Um – амплитуда импульса. Активная длительность вершины τа оценивается на уровне 0,5Um. Импульс, показанный на рис. 34,д, имеет обратный выброс с амплитудой Um обр. Кроме того, на его вершину наложены затухающие синусоидальные колебания, который, как правило, возникают из-за наличия в схеме паразитных колебательных цепей, образованных распределенными индуктивностями и емкостями. Рисунок 34Упрощенная форма реального прямоугольного импульса показана на рис. 34,е. Спрямленные отрезки ab, bc, cd отображают соответственно фронт, вершину и срез импульса, а отрезки de и ef – нарастание и спад обратного импульса. Скорость нарастания напряжения или тока на рис. 34,е характеризуется крутизной фронта импульса, а убывание напряжения или тока на вершине относительным снижением.Одним из важнейших показателей импульсных сигналов является длительность импульсов. Помимо указанного параметра τа, определяющего активную длительность вершины на уровне 0,5Um, длительность импульса характеризует время tи, определяемое либо на уровне 0,1Um, либо по основанию импульса (рис. 34,е).К основным параметрам импульсов относится период повторения импульсов Т – интервал времени между началом двух соседних однополярных импульсов. Величину, обратную периоду повторения, называют частотой следования импульсов ν. Часть периода Т занимает пауза tп – отрезок времени между окончанием и началом двух соседних импульсов tп = T – tи.Отношение длительности импульса к периоду повторения называется коэффициентом заполненияВеличина, обратная коэффициенту заполнения, называется скважностью импульсовКачество работы импульсных устройств во многом определяется временем восстановления импульса tвос (рис. 34,е). Чем меньше tвос, тем надежнее работает схема, тем выше ее быстродействие.Мультивибраторы. Одним из наиболее распространенных генераторов импульсов прямоугольной формы является мультивибратор, представляющий собой двухкаскадный резистивный усилитель с глубокой положительной обратной связью. Одна из наиболее простых и типичных схем мультивибратора приведена на рис. 35. Элементы схемы подобраны так, чтобы обеспечить идентичность каждого из усилительных каскадов, собранных на однотипных транзисторах VТ1, VT2. При R1 = R4, R2 = R3, C1 = C2 и одинаковых параметрах транзистора мультивибратор называется симметричным. Рисунок 35На рис. 36 приведены временные диаграммы токов, протекающих в транзисторах, и напряжений на коллекторах и базах транзисторов. Исходный момент t0 соответствует тому случаю, когда транзистор VT1 заперт, а транзистор VT2 открыт. Моменты t1, t2, t3 соответствуют переключению схемы. Рисунок 36Базовые логические элементы. Применение двоичной системы счисления в цифровой электронике обеспечивает более высокую скорость выполнения операций и более высокую надежность электронной аппаратуры, т.к. элементной базой для ее построения служат элементы с двумя устойчивыми состояниями. Для описания алгоритмов работы цифровых устройств используется соответствующий математический аппарат, получивший название булевой алгебры или алгебры логики. Каждую конкретную комбинацию значений аргументов называют набором. При n аргументах существует 2n наборов. Для краткости набор записывается в виде двоичного числа, цифрами которого являются значения переменных, расположенных в определенном порядке. Двоичное число, представляющее набор, называется номером набора и обозначается α.. При n аргументах совокупность всех значений функции на 2n наборах содержит 2n нулей и единиц. Каждой функции соответствует своя комбинация этих 2n значений. Общее количество всех возможных функций n аргументов определяется числом .Логические функции одной переменной приведены в таблице 1,Таблица 1

Тематика рефератов:


Дизъюнкция (логическое сложение) – функция y = f14(x1, x0) = x1 x0, которая истинна тогда, когда истинны или х1, или х0, или обе переменные. Дизъюнкцию также называют функцией ИЛИ. Устройство, предназначенное для реализации логического сложения, называют логическим элементом ИЛИ, условное обозначение которого показано на рис. 37,а.

Конъюнкция (логическое умножение) - функция y = f8(x1, x0) = x1 x0, которая истинна только тогда, когда истинны х1 и х0. Эта функция называется также функцией И. Устройство, предназначенное для реализации логического умножения, называется логическим элементом И, условное обозначение которого показано на рис. 37,б.

Функция Пирса - функция y = f1(x1, x0) = x1 x0 = , которая истинна только тогда, когда х1 и х0 ложны. Эта функция также называется функцией ИЛИ-НЕ (отрицанием дизъюнкции). Устройство, предназначенное для реализации функции Пирса, называется логическим элементом ИЛИ-НЕ, условное обозначение которого показано на рис. 37,в.

Штрих Шеффера - функция y = f7(x1, x0) = x1|x0 = , которая ложна только тогда, когда х1 и х0 истинны. Эта функция называется также функцией И-НЕ (отрицание конъюнкции). Устройство, предназначенное для реализации этой функции, называется логическим элементом И-НЕ, условное обозначение которой показано на рис. 37,г.

Функция равнозначности - функция y = f9(x1, x0) = x1x0, которая истинна, когда значения истинности х1 и х0 совпадают, и ложна, когда значения истинности х1 и х0 не совпадают.

Функция неравнозначности - функция y = f6(x1, x0) = x1 x0, которая истинна, когда значения истинности х1 и х0 не совпадают, и ложна, когда значения истинности х1 и х0 совпадают. Эту функцию называют также функцией отрицания равнозначности
, функцией ИЛИ-ИЛИ или функцией сложения по модулю 2 (mod 2).

Функция импликации - функция y = f11(x1, x0) = x1→x0, которая ложна в том и только в том случае, когда х1 истинна, а х0 ложна.

Функция y = f13(x1, x0) = x0→x1 также является функцией импликации.

Функция запрета – функция y = f4(x1, x0) = x1 x0, которая истинна в том и только в том случае, когда х1 истинна, а х0 ложна.

Функция y = f2(x1, x0) = x0 x1 также является функцией запрета.

Функции y = f0(x1, x0) = 0 и y = f15(x1, x0) = 1 являются константами.

Функции y = f3(x1, x0) =, y = f5(x1, x0) =, y = f10(x1, x0) =, y = f12(x1, x0) = зависят только от одной переменной и не представляют интереса.


а) б) в) г)
Рисунок 37
Переключательная функция составляется на основании таблицы истинности. при этом она записывается или в совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ), или в совершенной конъюнктивной нормальной форме (СКНФ).

Основная литература: [2, 5, 6];

Дополнительная литература: [7, 8].

Тема 8 Цифровая обработка сигналов


Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) предназначены для преобразования цифровых сигналов в аналоговые и необходимы для согласования цифровых устройств формирования и обработки сигналов с аналоговыми потребителями информации. ЦАП можно представить в виде управляемого цифровыми сигналами потенциометра, который формирует аналоговый сигнал в виде части тока или напряжения от их целых величин.

Учитывая, что значения входного кода изменяются от минимального до максимального числа разрядов, каждому значению входного кода соответствует дискретное значение выходной аналоговой величины.

Дискретность изменения выходной аналоговой величины зависит от числа разрядов ЦАП. Работа ЦАП может быть описана математически, представлена в виде таблицы истинности или графика (характеристика преобразования).

Характеристика преобразования представляет собой зависимость значения выходной аналоговой величины от значений входного кода и представлена на рисунке 38.

Рисунок 38
В системе координат «код – выходная аналоговая величина» характеристика преобразования может быть представлена линией, наклоненной к оси абсцисс под некоторым углом, или ступенчатой линией, что указывает на дискретность изменения как кода, так и выходной аналоговой величины. Она определяется начальными и конечными точками, которые задаются начальными и конечными значениями входного кода. Интервал значений аналоговой выходной величины от начальной до конечной точек называется диапазоном выходной величины. Амплитуда выходной величины определяется разностью между максимальным и минимальным значениями аналоговой величины. Шаг квантования – это значение дискретного изменения выходной аналоговой величины при изменении значения входного кода на единицу.

Разрешающая способность преобразования (номинальное значение шага квантования) – наименьшее изменение выходной аналоговой величины, возникающее при изменении значения входного кода на единицу. Разрешающая способность, как и шаг квантования, выражается в единицах выходной аналоговой величины или в процентах от номинальной амплитуды ее изменения.

Точность преобразования характеризует суммарное отклонение выходного аналогового сигнала от своего идеального значения для данной кодовой комбинации. Точность определяется многими составляющими: нелинейностью, дифференциальной нелинейностью, смещением нуля (начальной точкой характеристики преобразования).


Нелинейность (интегральная нелинейность) характеризуется максимальным отклонением реальной характеристики преобразования от идеальной.

Дифференциальная нелинейность – отклонение действительного шага квантования от его среднего значения. Она характеризуется монотонностью характеристики преобразования.

Монотонность – неизменность знака приращения выходного аналогового сигнала при последовательном изменении значения выходного кода.

Если реальная характеристика преобразования сдвинута параллельно номинальной, то этот параллельный сдвиг характеристики оценивается напряжениям смещения нуля выходной аналоговой величины. Напряжение смещения нуля – это смещение выходного сигнала ЦАП относительно нуля в начальной точке преобразования.

Погрешность коэффициента передачи определяется смещением выходного аналогового сигнала ЦАП относительно опорного напряжения в конечной точке преобразования. Напряжение смещения нуля и погрешность коэффициента передачи в ИС ЦАП устраняются с помощью внешних регулирующих устройств.

Наиболее важными из параметров ЦАП, характеризующих его быстродействие, являются: время установления выходного сигнала, время задержки распространения, время нарастания, скорость нарастания и время переключения. В большинстве случаев эти параметры определяются при скачкообразном изменении входного кода от минимального до максимального значений или наоборот (рис. 39).

Время установления выходного сигнала tуст – время с момента изменения кода на входах ЦАП до момента, когда значение выходной аналоговой величины отличается от установившегося с точностью не более половины амплитуды младшего разряда (0,5АМР). Отсчет данного параметра ведется от момента достижение входным уровнем 0,5 амплитуды логического уровня до момента, когда кривая выходного сигнала в последний раз пересекает одну из границ зон, ограниченную ± 0,5АМР. Для одного и того же ЦАП время установления будет различным в зависимости от того, что измеряется – установление тока или напряжения и при какой нагрузке.

Время задержки распространения tзад – время от достижения входным уровнем 0,5 амплитуды входного сигнала до момента достижения выходной аналоговой величиной половины установившегося значения.

Время нарастания tнар - время, за которое выходная аналоговая величина изменяется от 0,1 до 0,9 установившегося значения.


Скорость нарастания выходной аналоговой величины – максимальная скорость изменения выходного сигнала .


Рисунок 39
Время переключения – время от момента перехода входного цифрового слова к соседней кодовой комбинации до момента достижения выходной аналоговой величиной 0,9 установившегося значения.

Максимальное число разрядов, которые могут быть поданы на вход ЦАП и преобразованы в выходную величину, определяются конкретной ИС. Число разрядов – это двоичный логарифм максимального числа кодовых комбинаций на входе ЦАП. Число разрядов является наиболее общей характеристикой, определяющей номинальные функциональные возможности ИС.

По способу формирования выходного напряжения в зависимости от цифрового входного кода все ЦАП можно разделить на три группы: с суммированием токов, с суммированием напряжений, с делением напряжений.

Принцип действия ЦАП основан на том, что любое двоичное число Xn-1, Xn-2, …, X2, X1, X0 можно представить в виде суммы степеней числа 2:

.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) преобразуют аналоговые входные сигналы в цифровые коды и предназначены для согласования аналоговых систем с цифровыми системами обработки информации.

Параметры АЦП подразделяются на статические, динамические и эксплуатационные.

Разрядность (число разрядов) АЦП – это округленный до целого числа двоичный логарифм номинального числа значений выходного кода L = log2N, где N – число значений выходного кода. При подаче на вход АЦП линейно изменяющегося напряжения на выходе АЦП наблюдается последовательное изменение кодов.

Характеристикой преобразования АЦП называют зависимость между значениями входного аналогового напряжения и выходного кода. Так же как и для ЦАП, характеристика преобразования АЦП может быть задана математически, в виде таблицы или графика.

Характеристика преобразования определяется шагом квантования, т.е. разностью значений напряжений заданного и следующего за ним межкодового перехода.

Смотрите также файлы