Файл: Липецкий государственный технический университет.pdf

5. Понятия ветви, узла и контура электрической цепи.
6. Правила Кирхгофа.
7. Каков порядок систем, моделирующих RC-, RL- и RLC-цепочки? Сравните
RC-, RL- и RLC-цепочки по характеру процессов, протекающих в них.
8. Каковы возможные типы процессов в RLC-цепочках? Чем они определяются и каким типам особых точек соответствуют?
9. Изменяется ли частота затухающих колебаний в RLC-цепочке?
10. Больше или меньше частота колебаний в контуре с потерями энергии по сравнению с их частотой в контуре без потерь при прочих равных условиях?
11. Больше или меньше период колебаний в контуре с потерями энергии по сравнению с их периодом в контуре без потерь при прочих равных условиях?
Контрольные задания
1. Составить и решить уравнение RL-цепочки.
2. Нарисовать графики напряжений на резисторе и катушке индуктивности
RL-цепочки, на вход которой подаются прямоугольные импульсы, как во вто- ром задании для RC-цепочки. Сравнить графики напряжений RC-цепочки и
RL-цепочки.
3. По графику напряжения на одном из элементов RLC-цепочки построить график напряжения на другом элементе.
4. Определить условие, при котором в RLC-цепочке собственное решение бу- дет апериодическим.
5. Определить условие, при котором в RLC-цепочке собственное решение бу- дет колебательным.
6. Нарисовать графики напряжений на элементах RLC-цепочки в случае апе- риодического собственного решения.
14

Лабораторная работа № 2. Полупроводниковые элементы
Цель работы и рассматриваемые вопросы
Цель работы – изучение свойств и характеристик основных полупровод- никовых элементов: диода и транзистора. Исследование режимов работы тран- зистора, построение и исследование комбинационных и последовательностных схем из транзисторов.
Рассматриваемые вопросы:
1. Полупроводники.
2. Проводимость p- и n-типа.
3. Полупроводниковые элементы. Свойства pn-перехода.
4. Вольтамперная характеристика диода. Статическое и динамическое сопро- тивление.
5. Типы транзисторов. Их устройство и работа.
6. Входная, выходная и передаточная характеристики транзистора.
7. Режимы работы транзистора.
8. Создание логических элементов из транзисторов.
9. Создание триггера из транзисторов.
Порядок выполнения работы
Лабораторная работа включает шесть заданий, связанных логической по- следовательностью:
 нелинейная несимметричная зависимость между силой тока и напряжением для pn-перехода (закон Ома – линейная зависимость между этими величина- ми для резистора) → появляются направление (выводы элемента перестают быть равноправными, у диода различаются электроды анод и катод), понятия вольтамперной характеристики, статического и динамического сопротивле- ния, возможность отрицательного динамического сопротивления;
15

 три области и три вывода (электрода) у транзистора: база, коллектор и эмит- тер (затвор, сток и исток) → уже не одна вольтамперная характеристика, а несколько (входная, выходная, передаточная), появляется понятие управления
– напряжение (ток) базы управляет током (напряжением) коллектора;
 режимы насыщения и отсечки транзистора → на входе в цепи базы аналого- вый (непрерывный) сигнал, на выходе в цепи коллектора – цифровой (дис- кретный);
 напряжение (ток) базы управляет током (напряжением) коллектора плюс па- раллельное соединение по базе и последовательное или параллельное соеди- нение по цепи коллектора → физическая реализация математических поня- тий – операций алгебры логики;
 параллельные соединения и по базе, и по коллектору плюс обратные пере- крестные связи от коллектора к базе → нарушается однозначное соответствие между входом и выходом, появляется уже не комбинационный логический элемент, а последовательностный – триггер, не просто логическое преобразо- вание входного значения в выходное, а хранение информации, память, вну- треннее состояние, а значит, если говорить о последовательности смены со- стояний (откуда термин последовательностная логика), то и дискретное вре- мя.
Признаки формирования вариантов и их значения:
s1. Элемент комбинационной логики, который необходимо построить из тран- зисторов:
1. Логический элемент И.
2. Логический элемент ИЛИ.
3. Логический элемент Исключительное ИЛИ.
4. Логический элемент И-НЕ.
5. Логический элемент ИЛИ-НЕ.
6. Логический элемент Исключительное ИЛИ-НЕ (Эквивалентность).
16

s2. Тип транзистора:
1.NJFET – полевой транзистор с управляющим pn-переходом и каналом n- типа.
2.NMOSFET – полевой МОП-транзистор с каналом n-типа.
3.NPN – биполярный npn-транзистор.
4.PJFET – полевой транзистор с управляющим pn-переходом и каналом p- типа.
5.PMOSFET – полевой МОП-транзистор с каналом p-типа.
6.PNP – биполярный pnp-транзистор.
s3. Тип диода
Значения приведены в отдельном файле.
Во всех заданиях на транзисторы необходимо использовать один и тот же тип транзистора по варианту.
Задание 1. Исследование односторонней проводимости pn-перехода
Создать схему последовательного соединения диода и резистора (рису- нок 6) и исследовать ее с помощью осциллографа.
Рисунок 6 – Схема для исследования односторонней проводимости pn-перехода
17

Задание 2. Построение вольтамперной характеристики диода
Создать схему для построения вольтамперной характеристики диода (ри- сунок 7).
Рисунок 7 – Схема для построения вольтамперной характеристики диода
Произвести измерения силы тока и напряжения. Построить вольтампер- ную характеристику диода. Рассчитать статическое и динамическое сопротивле- ние диода в зависимости от напряжения. Результаты оформить в виде таблицы и графиков.
Задание 3. Исследование режимов работы транзистора
Создать схему включения транзистора с общим эмиттером (истоком) с ре- зисторами в цепях базы (затвора) и коллектора (стока) (рисунок 8).
Исследовать работу схемы с помощью осциллографа в линейном режиме и в режимах насыщения и отсечки.
18

Рисунок 8 – Схема для исследования режимов работы транзистора
Задание 4. Построение характеристик транзистора
Создать схему для построения характеристик транзистора (рисунок 9).
Рисунок 9 – Схема для построения характеристик транзистора
Произвести измерения и построить характеристики транзистора: входную
(для биполярного транзистора – I
Б
(U
БЭ
) при нескольких фиксированных значе- ниях U
КЭ
), выходную (для биполярного транзистора – I
К
(U
КЭ
) при нескольких фиксированных значениях U
БЭ
, полевого – I
С
(U
СИ
) при нескольких фиксирован- ных значениях U
ЗИ
) и передаточную (для биполярного транзистора – I
К
(U
БЭ
) при нескольких фиксированных значениях U
КЭ
, полевого – I
С
(U
ЗИ
) при нескольких фиксированных значениях U
СИ
).
Результаты оформить в виде таблиц и графиков.
19

Задание 5. Создание логического элемента из транзисторов
Создать из транзисторов схему заданного логического элемента. Исследо- вать работу схемы с помощью осциллографа.
Задание 6. Создание триггера из транзисторов
Создать из двух транзисторов схему триггера. Исследовать его работу. Со- ставить таблицу истинности и схему конечного автомата (диаграмму состоя- ний).
Содержание отчета
1. Задание 1 1.1.Схема для исследования односторонней проводимости pn-перехода.
1.2.Осциллограмма.
2. Задание 2 2.1.Схема для построения вольтамперной характеристики диода.
2.2.Таблица с результатами измерений силы тока и напряжения, расчета ста- тического и динамического сопротивлений диода.
2.3.Графики вольтамперной характеристики, статического и динамического сопротивлений диода.
3. Задание 3 3.1.Схема для исследования режимов работы транзистора.
3.2.Осциллограмма для линейного режима.
3.3.Осциллограмма для режимов насыщения и отсечки.
4. Задание 4 4.1.Схема для построения характеристик транзистора.
4.2.Таблица с результатами измерений.
4.3.Графики входной, выходной и передаточной характеристик.
5. Задание 5 20

5.1.Схема заданного логического элемента.
5.2.Осциллограмма работы схемы.
6. Задание 4 6.1.Схема триггера.
6.2.Таблица истинности триггера.
6.3.Схема конечного автомата (диаграмма состояний).
Контрольные вопросы
1. Каково направление вектора напряженности внутреннего электрического поля pn-перехода?
2. Как соотносятся направления векторов напряженности внутреннего и внеш- него электрических полей для случаев прямого и обратного тока через pn- переход?
3. Когда понятия статического и динамического сопротивлений совпадают?
4. Диод. Виды. Свойства. Вольтамперная характеристика.
5. Транзистор. Виды. Свойства. Характеристики.
6. Каковы полярности напряжений база-эмиттер и коллектор-эмиттер в схеме с общим эмиттером в открытом (закрытом) состоянии npn(pnp)-транзистора?
7. Режимы работы транзисторов.
8. В каком направлении работают pn-переходы база-коллектор и база-эмиттер в схемах исследования режимов работы?
9. Как связаны между собой токи в цепях базы, эмиттера и коллектора транзи- стора?
10. Использование транзисторов для создания логических элементов.
11. Использование транзисторов для создания триггеров.
21

Контрольные задания
1. Определить падение напряжения на диоде при прямом и обратном токе че- рез него.
2. Определить связь между статическим и динамическим сопротивлениями.
3. Выделить на осциллограмме участки насыщения и отсечки.
4. Определить силу тока коллектора в заданных точках осциллограммы.
22

Лабораторная работа № 3. Комбинационные интегральные схемы
Цель работы и рассматриваемые вопросы
Цель работы – изучение цифровых комбинационных интегральных схем,
их типов и свойств, принципов создания комбинационных и последователь- ностных схем из логических элементов.
Рассматриваемые вопросы:
1. Типы комбинационных интегральных схем.
2. Виды логических элементов.
3. Логические базисы.
4. Шифраторы и дешифраторы.
5. Мультиплексоры и демультиплексоры.
6. Виды сигналов комбинационных интегральных схем.
7. Дешифрация адреса.
8. Построение комбинационных схем из логических элементов.
9. Построение последовательностных элементов из комбинационных.
Порядок выполнения работы
Признаки формирования вариантов и их значения:
s1. Логический базис:
1. И, НЕ.
2. ИЛИ, НЕ.
3. И-НЕ.
4. ИЛИ-НЕ.
s2. Исследуемый дешифратор:
1. 4511 – дешифратор BCD-7seg.
2. 4514 – дешифратор-демультиплексор 4-16.
3. 4543 – дешифратор BCD-7seg.
23

4. 74141 – дешифратор BCD-decimal.
5. 74154 – дешифратор-демультиплексор 4-16.
6. 74247 – дешифратор BCD-7seg.
7. 74HC137 – дешифратор-демультиплексор 3-8.
8. DECODER_3_8.
9. DECODER_4_10.
10. DECODER_4_16.
11. DECODER_4_7.
12. DECODER_5_8.
13. 4056 — дешифратор BCD-7seg.
s3. Исследуемый мультиплексор:
1. 4019 – учетверенный 2-входовый мультиплексор.
2. 4051 – 8-канальный аналоговый мультиплексор-демультиплексор.
3. 4052 – двойной 4-канальный аналоговый мультиплексор-демультиплексор.
4. 4053 – тройной 2-канальный аналоговый мультиплексор-демультиплексор.
5. 4067 – 16-канальный аналоговый мультиплексор-демультиплексор.
6. 4539 – двойной 4-входовый мультиплексор.
7. 74150 – мультиплексор 16-1.
8. 74151 – мультиплексор 8-1.
9. 74153 – двойной мультиплексор 4-1.
10. 74157 – учетверенный мультиплексор 2-1.
11. 74HC352 – инвертирующий мультиплексор 8-2.
Задание 1. Исследование дешифраторов и механизма дешифрации адреса
Исследовать заданный дешифратор (s2), составить его таблицу истинно- сти и реализовать в заданном базисе логических элементов (s1). На основе де- шифраторов данного типа и необходимого количества логических элементов ре- ализовать схему дешифрации восьмиразрядного адреса.
24

Задание 2. Исследование мультиплексоров
Исследовать заданный мультиплексор (s3), составить его таблицу истин- ности и реализовать в заданном базисе логических элементов (s1).
Задание 3. Создание триггера в заданном базисе логических элементов
Создать триггер в заданном базисе логических элементов (s1), исследо- вать его работу и представить в виде таблицы истинности и схемы конечного автомата (диаграммы состояний).
Содержание отчета
1. Задание 1 1.1.Схема для исследования дешифратора.
1.2.Таблица истинности дешифратора.
1.3.Схема реализации дешифратора в заданном логическом базисе.
1.4.Схема дешифрации адреса.
2. Задание 2 2.1.Схема для исследования мультиплексора.
2.2.Таблица истинности мультиплексора.
2.3.Схема реализации мультиплексора в заданном логическом базисе.
3. Задание 3 3.1.Схема триггера в заданном базисе логических элементов.
3.2.Таблица истинности триггера.
3.3.Схема конечного автомата (диаграмма состояний)
Контрольные вопросы
1. Типы и условные обозначения комбинационных интегральных схем.
25

2. Свойства комбинационных интегральных схем.
3. Как различаются типы комбинационных интегральных схем по множеству входных-выходных сигналов?
4. Чем определяется размер таблицы истинности комбинационной схемы.
5. Назовите обязательный признак схемы, состоящей только из комбинацион- ных элементов и имеющей внутреннее состояние (память).
Контрольные задания
1. Реализовать схему, заданную таблицей истинности в заданном логическом базисе.
2. Реализовать схему дешифрации заданного адреса в заданном базисе.
3. Преобразовать схему из одного логического базиса в другой.
4. Преобразовать логическую функцию из одного логического базиса в другой.
5. Пояснить смысл входных сигналов исследуемой микросхемы.
26

Лабораторная работа № 4. Последовательностные интегральные схемы
Цель работы и рассматриваемые вопросы
Цель работы – изучение цифровых последовательностных интегральных схем, их типов и свойств, особенностей программируемых микросхем.
Рассматриваемые вопросы:
1. Типы последовательностных интегральных схем.
2. Триггеры.
3. Счетчики.
4. Регистры.
5. Микросхемы памяти.
6. Программируемые микросхемы.
7. Виды сигналов последовательностных интегральных схем. Сигналы сброса и выбора кристалла.
8. Дешифрация адреса.
9. Представление работы последовательностных интегральных схем таблица- ми истинности.
10. Представление работы последовательностных интегральных схем диаграм- мами состояний.
Порядок выполнения работы
Признаки формирования вариантов и их значения:
s1. Триггер:
1. 74107 – JK-триггер.
2. 74109 – JK-триггер.
3. 74174 – D-триггер.
4. 74175 – D-триггер.
5. 74273 – D-триггер.
27

6. 74276 – JK-триггер.
7. 7470 – JK-триггер.
8. 7473 – JK-триггер.
9. 7474 – D-триггер с установкой и сбросом.
10. 74LS114 – JK-триггер.
11. 74ALS577 – D-триггер.
s2. Счетчик:
1. 40102 – восьмиразрядный синхронный декадный счетчик вниз.
2. 40103 – 8-разрядный синхронный двоичный счетчик вниз.
3. 40160 – 4-разрядный синхронный декадный счетчик с асинхронным сбро- сом.
4. 40161 – 4-разрядный синхронный двоичный счетчик с асинхронным сбро- сом.
5. 40162 – 4-разрядный синхронный декадный счетчик с синхронным сбро- сом.
6. 40163 – 4-разрядный синхронный двоичный счетчик с синхронным сбро- сом.
7. 4017 – декадный счетчик Джонсона.
8. 4018 – счетчик с предустановкой и делением на N.
9. 4020 – 14-стадийный двоичный счетчик.
10. 4022 – 4-стадийный счетчик Джонсона с делением на 8.
11. 4024 – 7-стадийный двоичный счетчик пульсаций.
12. 4026 – декадный счетчик 7-сегментного индикатора.
13. 4029 – синхронный двоично-декадный счетчик вверх-вниз.
14. 4033 – декадный счетчик 7-сегментного индикатора.
15. 4040 – 12-стадийный двоичный счетчик.
16. 4059 – программируемый счетчик с делением на N.
17. 4060 – 14-стадийный двоичный счетчик-делитель со сквозным переносом.
18. 4510 – BCD-счетчик вверх-вниз.
19. 4516 – двоичный счетчик вверх-вниз.
28