Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Витебский государственный технологический университет

Кафедра АТПП

Курсовая работа по предмету

“Электронные устройства автоматики”

Выполнила:

Студентка 3 курса

гр. ЗА-32

Шенявская Р.Б.

Витебск 2015

Введение

Радиоэлектронике и вычислительной технике принадлежит огромная роль в социальном и экономическом развитие. Без высокого уровня развития различных областей радиоэлектроники невозможно достижение того состояния информатики, которое принято сейчас называть информационным обществом. Одним из наиболее важных факторов ускорения научно-технического прогресса, автоматизации производства, создания новых высокоэффективных технологий является всё более широкое использование электронно-вычислительной техники. Эффективность электронной аппаратуры обусловлена высоким быстродействием, точностью и чувствительностью входящих в неё элементов.

В предложенном задание необходимо произвести исследование биполярного и полевого транзисторов, построить комбинационную логическую схему на микросхемах и релейной аппаратуре, разработать принципиальную электрическую схему параллельного и последовательного суммирующих счётчиков.

Задание 1. Определение дифференциальных параметров транзистора по его статическим характеристикам, расчет параметров эквивалентной схемы биполярного транзистора

Биполярный транзистор, вариант 5: I_к=480 мА;U_кэ=5 В; рисунок 1.

Определение h-параметров полевого транзистора.

Определение коэффициента усиления по току:

Рисунок 1

По исходным данным определяем на выходной характеристике рабочую точку. Она соответствует току базы I_б= 3,2 мА.

Пусть ДI_б=4-3.2=0.8 мА, тогда по выходной характеристике

ДI_к=570-480=90 мА

откуда

h_21э= ДI_к/ДI_б при ДU_кэ=0

h_21э=0.09/0.0008=112,5

Определение выходной проводимости:

h_22э=ДI_к/ДU_кэ при ДI_б=0

задаёмся значением ДU_кэ=5-2=3 В, тогда по выходной характеристике:

ДI_к=480-465=15 мА

откуда

h_22э=0.015/3=0.005 См

Рисунок 2

Определение коэффициента внутренней обратной связи:

h_12э= ДU_бэ/ДU_кэ при ДI_б=0

Задаваясь током базы I_б= 3,2 мА, определяем значение ДU_бэ:

ДU_бэ=1,12-0.6=0.52 В



Рисунок 3

Т.к. напряжение U_кэ изменяется от 0 до 10 ,то

h_12э=0.52/10=0.052

Определение входного сопротивления:

h_11э= ДU_бэ/ДI_б при ДU_кэ=0

допустим, что при ДU_кэ=5В входная характеристика сместиться от своего реального положения на прямопропорциональную величину в сторону уменьшения:

Рисунок 4

Пусть ДI_б=4,5-1=3,5 мА, тогда ДU_бэ=0,92-0.75=0.0,17 В, а значит

h_11э=0.17/0.0035=48,5 Ом

Расчет физических параметров транзистора.

Рисунок 5

Рисунок 5-эквивалентная схема замещения транзистора по схеме с общим эмиттером.

Сопротивление r_э, r_б, r_к- определяются через h-параметры транзистора, включенного по схеме с общей базой:

r_э = h_12э/h_22э;

r_э =0.052/0.005 = 10,4Ом;

r_б = h_11э - (1+ h_21э) · h_12э/h_22э;

r_б =85.7-(1+112,5)·0.052/0.005=1094 Ом;

r_к = 1/ h_22э;

r_к = 1 / 0.005 = 200 Ом;

Полевой транзистор, U_си =6 В, I_с = 3,5 мА, рисунок 3.

Определение параметров полевого транзистора в заданной рабочей точке А, при включение по схеме с общим истоком.

По выходной характеристике определяем внутреннее сопротивление:

r=ДU_си / ДI_с при U_зи = const.

r = (6 - 4) / ((3.5 - 3.44) · 0.001) = 33 кОм;

Рисунок 6

По входной характеристике определяем её крутизну:

S = ДI_с /ДU_зи при U_си=const.

S = (4 - 3.5) / (0.35-0.11) = 2.1 мA/B;



Рисунок 7

Задание 2. Синтез комбинационной логической схемы

Исходные данные:

№№ п.п.	Y - запись через минтермы
5	0,2,3,5,6,10

По исходным данным составляем таблицу истинности, число переменных равно 4, т.к. заданные параметры лежат в диапазоне от 0 до 15.

Таблица 1- Таблица истинности.

№	a	B	c	d	Y
0	0	0	0	0	1
1	0	0	0	1	0
2	0	0	1	0	1
3	0	0	1	1	1
4	0	1	0	0	0
5	0	1	0	1	1
6	0	1	1	0	1
7	0	1	1	1	0
8	1	0	0	0	0
9	1	0	0	1	0
10	1	0	1	0	1
11	1	0	1	1	0
12	1	1	0	0	0
13	1	1	0	1	0
14	1	1	1	0	0
15	1	1	1	1	0

Исходное задание в виде уравнения:

Y=

Минимизация исходного выражения приведена в таблице 2 ниже.

Таблица 2

Согласно карте Карно, минимизируем исходное выражение:

Построение комбинационной логической схемы осуществляем на элементах И, НЕ, ИЛИ.

Рисунок 8

Выбираем стандартные микросхемы: DD1- 74HC04- 6 элементов НЕ с 1-м входом - 1 шт., DD2- IN74HC11A- 3 элемента И с 3-мя входами - 1шт., DD3- SN54HC21 - 2 элемента И с 4-мя входами- 1шт., DD4- IN74AC32 - 4 элемента ИЛИ с 2-мя входами - 1шт., с параметрами:

-- напряжение питания- 5В;

-- потребляемая мощность не более 25 мВт;

-- напряжение логической единицы 2.4 В;

-- напряжение логического нуля 0.4 В;

Комбинационная логическая схема на электромагнитных реле



Рисунок 9

Выбираем электромагнитное четырехполюсное реле РТ570220, имеющего 4 пары перекидных контакторов. Сигнал, подаваемый на входы а, b, с, d в соответствие с выбранным типом реле должен лежать в пределах от 220 до 250 вольт. Последовательное соединение контакторов соответствует их логическому перемножению, а KV5 соответствует функции «ИЛИ».

Требования, предъявляемые к источнику питания микросхем:

- напряжение питания 5В, диапазон изменения 2-6В;

- мощность ИП не менее 3 Вт

- коэффициент пульсации не более 0,05

Требования, предъявляемые к источнику питания реле:

- напряжение питания 220 - 250 В

- коммутируемый ток - 6А

- мощность ИП не менее 5 Вт

- коэффициент пульсации не более 0,1

Задание 3. Разработка принципиальных электрических схем параллельного и последовательного суммирующих счётчиков

Параллельный счётчик.

Вариант 5. Модуль счета . Счётчик с должен состоять из m триггеров, чтобы выполнялось условие ? 2^m . При m=4 =10 < 16, значит, используем 4 триггера.

Составим таблицу состояния триггеров счетчика, где Q1,Q2,Q3,Q4 - состояния первого, второго третьего и четвертого триггеров до прихода импульса (n) и после его прихода (n+1).

Таблица 3 - Состояние триггеров

импульс	N	n+1
	Q1	Q2	Q3	Q4	Q1	Q2	Q3	Q4
1	0	0	0	0	1	0	0	0
2	1	0	0	0	0	1	0	0
3	0	1	0	0	1	1	0	0
4	1	1	0	0	0	0	1	0
5	0	0	1	0	1	0	1	0
6	1	0	1	0	0	1	1	0
7	0	1	1	0	1	1	1	0
8	1	1	1	0	0	0	0	1
9	0	0	0	1	1	0	0	1
10	1	0	0	1	0	0	0	0

После десятого импульса счетчик переходит из состояния 1001 в состояние 0000, а не в 1010.

Выбираем для реализации счетчика JK триггеры.

В соответствие с таблицей состояния разрабатываемого счётчика и таблицей перехода JK-триггера разрабатываем таблицу перехода триггеров счётчика.

Таблица 4 - Переход JK-триггера

Вид перехода	Вход J	Вход K
0>0	0	*
0>1	1	*
1>0	*	1
1>1	*	0

Таблица 5 - Переход триггеров счётчика

импульс	Переход триггера	Вход J	Вход K
1	Q1=0>1 Q2=0>0 Q3=0>0 Q4=0>0	J1=1 J2=0 J3=0 J4=0	K1=* K2=* K3=* K4=*
2	Q1=1>0 Q2=0>1 Q3=0>0 Q4=0>0	J1=* J2=1 J3=0 J4=0	K1=1 K2=* K3=* K4=*
3	Q1=0>1 Q2=1>1 Q3=0>0 Q4=0>0	J1=1 J2=* J3=0 J4=0	K1=* K2=0 K3=* K4=*
4	Q1=1>0 Q2=1>0 Q3=0>1 Q4=0>0	J1=* J2=* J3=1 J4=0	K1=1 K2=1 K3=* K4=*
5	Q1=0>1 Q2=0>0 Q3=1>1 Q4=0>0	J1=1 J2=0 J3=* J4=0	K1=* K2=* K3=0 K4=*
6	Q1=1>0 Q2=0>1 Q3=1>1 Q4=0>0	J1=* J2=1 J3=* J4=0	K1=1 K2=* K3=0 K4=*
7	Q1=0>1 Q2=1>1 Q3=1>1 Q4=0>0	J1=1 J2=* J3=* J4=0	K1=* K2=0 K3=0 K4=*
8	Q1=1>0 Q2=1>0 Q3=1>0 Q4=0>1	J1=* J2=* J3=* J4=1	K1=1 K2=1 K3=1 K4=*
9	Q1=0>1 Q2=0>0 Q3=0>0 Q4=1>1	J1=1 J2=0 J3=0 J4=*	K1=* K2=* K3=* K4=0
10	Q1=1>0 Q2=0>0 Q3=0>0 Q4=1>0	J1=* J2=0 J3=0 J4=*	K1=1 K2=* K3=* K4=1

Переносим данные о сигналах на управляющих входах триггеров в карты Карно. Охватываем контурами расположенные рядом единицы, а так же клетки, в которых функция не определена.

Рисунок 10- Карты Карно для параллельного счетчика



Рисунок 11- Схема электрическая принципиальная параллельного счетчика

Рисунок 12- Схема моделирования параллельного счетчика

Рисунок 13- Сигналы смоделированной схемы

С приходом первого импульса на вход счетчика 1-й триггер переходит в состояние Q1=1. Состояние 2-ого триггера при этом не изменяется, так как J2=0 (J-вход второго триггера).

Второй импульс переводит 1-й триггер в состояние Q1=0, а 2-й в состояние Q2=1, т.к. в момент действия второго импульса на J и K входах второго триггера находились единицы.

По срезу третьего импульса первый триггер переходит в единичное состояние J1=1, K1=0, а второй остаётся без изменений, т.к. он находится в режиме хранения: J2=0, K2=0. Третий и четвертый триггеры не меняют своего состояния.

Четвёртый импульс переводит 1-й и 2-й триггер - в нулевое состояние (К=1,J=0) 3-й-в единичное (J=1,K=0), 4-й -не изменяется.

Подобным образом происходит работа счётчика и далее, пока не возникнет комбинация Q1=1, Q2=0, Q3=0, Q4=1.

С приходом десятого импульса на входы К всех триггеров приходит 1, а на J входы- 0, т.е. триггеры обнуляются. 11-й импульс начинает цикл заново.

Последовательный счётчик.

Модуль счета Кс=14. Кс х 2^m , при m=4 Кс=14<16, значит, последовательный счётчик будет выполнен на 4 триггерах. Составим таблицу состояния триггеров счетчика (таблица 6), где Q1,Q2,Q3,Q4- состояния триггеров до прихода импульса (n) и после его прихода (n+1).

Таблица 6- Таблица состояния триггеров

импульс	N	n+1
	Q1	Q2	Q3	Q4	Q1	Q2	Q3	Q4
1	0	0	0	0	1	0	0	0
2	1	0	0	0	0	1	0	0
3	0	1	0	0	1	1	0	0
4	1	1	0	0	0	0	1	0
5	0	0	1	0	1	0	1	0
6	1	0	1	0	0	1	1	0
7	0	1	1	0	1	1	1	0
8	1	1	1	0	0	0	0	1
9	0	0	0	1	1	0	0	1
10	1	0	0	1	0	1	0	1
11	0	1	0	1	1	1	0	1
12	1	1	0	1	0	0	1	1
13	0	0	1	1	1	0	1	1
14	1	0	1	1	0	0	0	0

После 14 импульса счётчик должен перейти из состояния 1101 в состояние 0000, а не в 1110. Это достигается подключением соответствующей схемы, снимающей сигналы с синхровхода, 1-ого, 3-его и 4-ого триггеров к входам установки нуля (R) всех триггеров. Реализуем счётчик на микросхемах: триггеры- 54F109, элемент ИЛИ- 74LS54

Рисунок 14

Схема моделирования в Micro-cap

Рисунок 15

Временная диаграмма работы счетчика.

Рисунок 16

Рассмотрим работу последовательного счетчика. Так как на входах J и K триггеров всегда присутствуют единицы, то это означает, что они работают в режиме Т-триггера, т.е. каждый входной импульс изменяет их состояние на противоположное.

Срез первого входного импульса переводит 1-й триггер в единичное состояние, т.е. Q1=1, Q2=0, Q3=0, Q4=0.

Второй импульс переключает первый триггер в нулевое состояние, но т.к. выход 2-ого триггера связан с его входом, то это переключение вызовет появление единицы на выходе второго триггера. Q1=0, Q2=1, Q3=0, Q4=0.

Третий импульс переключит лишь 1-й триггер. Q1=1, Q2=1, Q3=0, Q4=0.

Четвертый импульс вызывает переключение 1-ого триггера, а, следовательно, 2-ого и 3-его. Q1=0, Q2=0, Q3=1, Q4=0.

Подобным образом происходит работа счётчика и далее, пока не возникнет комбинация Q1=1, Q2=0, Q3=1, Q4=1. Единицы с выходов первого, второго и четвертого триггеров поступают на вход элемента «ИЛИ» и 14-й входной импульс передаёт 1 на R-входы триггеров, обнуляя их. Пятнадцатый импульс начинает цикл заново.

Заключение

В соответствие с полученным заданием было произведено исследование биполярного и полевого транзисторов, построена комбинационная логическая схема на микросхемах и релейной аппаратуре, разработана принципиальная электрическая схема параллельного и последовательного суммирующих счётчиков.

транзистор реле счётчик

Литература

1.Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Учебное пособие для приборостроительных специальностей вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1991. - 622 с.

2.Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1982. - 496 с.

Размещено на Allbest.ru