ГОСЫ НОВЫЕ 2015

13. Определите изменение показаний манометрического ртутного термометра, если при градуировке термобаллон и показывающий прибор находились на одном уровне, а в реальных условиях показывающий прибор расположен выше, чем термобаллон? При градуировке давление ртути в капилляре было пренебрежимо низким. Однако когда прибор (манометрическая пружина) расположен выше чем термобаллон давление ртути в капилляре давит на термобаллон, тем самым результаты получаются заниженные. (атмосферное давление было скомпенсировано во время градуировки – и не участвует в вычислениях) PД = PБ + Ркап , где Ркап= (ρрт*h*g). PД = PБ + (ρрт*h*g). PД – действительное значение давления PБ –давление в баллоне Ркап- давление капилляра на баллон ρрт-плотность ртути (13 500 кг/м^3). Из этого следует, что действительное значение давления, действующего на чувствительный элемент манометра, всегда будет занижено на значение гидростатического давления создаваемого в капилляре.	14. Расскажите о применение магнитоэлектрических приборов для измерения электрических и неэлектрических величин. Работа магнитоэлектрических приборов основана на принципе взаимодействия катушки с током и магнитного потока постоянного магнита. Один из взаимодействующих элементов — подвижный — катушка (рамка) с током или постоянный магнит. Наиболее распространены с подвижной рамкой и внешним магнитом. Измерительный механизм состоит из внешнего магнита 1 и его полюсов 2, цилиндрического сердечника 3. Внешний магнит изготовляют из магнитотвердого, ацилиндрический сердечник — из магнитомягкого материалов. В воздушном зазоре между полюсными наконечниками магнита и подвижным цилиндрическим сердечником создается практически равномерное магнитное поле. В воздушном зазоре помещается рамка 4 из тонкого изолированного медного провода, намотанного на легкий бумажный или алюминиевый каркас прямоугольной формы. Рамка может поворачиваться вместе с осью и стрелкой вокруг цилиндрического сердечника. Измеряемый ток I пропускают в обмотку рамки через две спиральные пружины 5, создающие противодействующий момент. Алюминиевая стрелка и шкала образуют отсчетное устройство. Принцип действия прибора основан на взаимодействии тока в рамке с магнитным полем полюсов. Это взаимодействие вызывает вращающий момент, под действием которого рамка и вместе с ней цилиндр повернутся на угол. Спиральная пружина, в свою очередь, вызывает противодействующий момент. Измерение электрических величин магнитоэлектрическими приборами: Измерение силы тока (амперметр). Включают амперметр в цепь последовательно. Он имеет электрическое сопротивление, значительно меньше сопротивления цепи, в которую его включают, от этого он существенно не изменяет силу тока в этой цепи. Измерение напряжения (вольтметр). Включают вольтметр в цепь параллельно тому участку цепи, на котором производят замер напряжение. Вольтметр имеет электрическое сопротивление, сравнительно больше сопротивления цепи, в которую его включают, от этого он приметно не изменяет напряжения в цепи. Измерение сопротивления (омметр). Действие магнитоэлектрического омметра основано на измерении силы тока, протекающего через измеряемое сопротивление при постоянном напряжении источника питания. Для измерения неэлек­трических величин имеются преобразователи (датчики). Сущность электрических измерений неэлек­трических величин заключа­ется в том, что датчик пре­образует неэлектрическую величину, например измене­ние уровня жидкости, темпе­ратуры, скорости движения и т. п., в изменение электри­ческой  величины   сопротивления,  тока  или  напряжения,  которое  измеряется магнитоэлектрическими приборами.	15. Расскажите об измерительных преобразователях. Расширение пределов измерений. Структурные схемы. Калибровка. Измерительный преобразователь — техническое средство, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации и передачи, Входит в состав какого-либо измерительного прибора или применяется вместе с каким-либо средством измерений. Классификация: 1.По характеру преобразования: Аналоговый измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, преобразующий одну аналоговую величину в другую аналоговую величину; Аналого-цифровой измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код; Цифро-аналоговый измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для преобразования числового кода в аналоговую величину. 2.По принципу действия измерительный преобразователь делятся на генераторные и параметрические. С целью расширения пределов измерений используются добавочные резисторы и шунты. Схема амперметра с шунтом. Выбор шунта для данного прибора зависит от заданного расширения пределов измерения m = I/Ia и внутреннего сопротивления прибора Ra . Схема вольтметра а с добавочным сопротивлением. Пусть задано расширить предел измерения в m = U/UV раз. Для электрической последовательной цепи UR / RД = UV / RV , а UR = U – UV, находим Rд = RV * UR / UV = RV / (m-1). Калибровка измерительных приборов — установление зависимости между показаниями средства измерительной техники (прибора) и размером измеряемой (входной) величины. Под калибровкой часто понимают процесс подстройки показаний выходной величины или индикации измерительного инструмента до достижения согласования между эталонной величиной на входе и результатом на выходе (с учётом оговоренной точности). Например, калибровкой медицинского термометра, показывающего в ванне с температурой 36,6°С результат на дисплее 36,3°С, будет добавление 0,3°С. При этом неважно, будет ли эта величина внесена в память прибора или написана на приклеенной к термометру бумаг.
16. Основные параметры напряжения и связь между ними. Классификация электронных вольтметров. Основные параметры переменного напряжения является: мгновенного значения, пиковое (амплитудное), среднеквадратическое (действующее). Мгновенное значение - значения напряжения в определенный момент времени. u(t)=Umsin(ωt+φ), где Um - пиковое значение (амплитудное); ω – угловая частота (ω=2πf=2π/T (f-частота, T - период)); φ – угол начальной фазы. Пиковое значение Um (амплитудное) — наибольшее мгновенное значение напряжения за время измерения (или за период). Среднеквадратическое (действующее) значение напряжения U=Um / √2. Классификация электронных вольтметров: по видам, т. е. назначению — постоянного тока, переменного тока, импульсного тока,  фазочувствительные, универсальные; по типу индикатора — стрелочные и цифровые (внутри других приборов у измерителей напряжения могут быть осциллографический индикатор, неоновый индикатор и т. п.); по методу измерения — прямого сравнения и нулевые (компенсационные); по измеряемому параметру напряжения — пиковые (амплитудные), средиеквадратического значения; по частотному диапазону — низкочастотные, высокочастотные, широкодиапазонные;	17. Охарактеризуйте измерение постоянного напряжения. Измерение переменного напряжения. Детекторы. Широкополосные и селективные вольтметры. Целью измерения переменного напряжения является нахождение какого-либо его основного параметра: мгновенного значения (довольно редко), пиковое (амплитудное), среднеквадратическое (действующее). Мгновенное значение - значения напряжения в определенный момент времени. u(t)=Umsin(ωt+φ), где Um - пиковое значение (амплитудное); ω – угловая частота (ω=2πf=2π/T (f-частота, T - период)); φ – угол начальной фазы. Пиковое значение Um (амплитудное) — наибольшее мгновенное значение напряжения за время измерения (или за период). Среднеквадратическое (действующее) значение напряжения U=Um / √2. Измерения постоянного напряжения производятся в основном с помощью магнитоэлектрических. Возможно применение также аналоговых электромагнитных, электродинамических, цифровых приборов. Амплитудный детектор. При поступлении положительной полуволны входного напряжения и приUвых(t)<Uвх(t) диод открыт и через него течет ток. Конденсатор С через открытый диод быстро заряжается. Заряд продолжается до тех пор, пока напряжение на емкости () не сравняется с входным напряжением, и диод закроется. В результате конденсатор начнет разряжаться через сопротивление R. Разряд происходит медленнее, чем заряд. За время действия отрицательной полуволны входного напряжения выходное напряжение изменится мало. Использование двухполупериодного детектора (диодный мост) с конденсатором для сглаживания волн позволит получить среднеквадратичное значение. Селективные вольтметры предназначены для измерения синусоидального напряжения в узкой полосе частот, для измерения напряжений основной частоты или одной из гармонических составляющих колебаний сложной формы. Селективный вольтметр настраивается на частоту возбудителя, и по шкале вольтметра отсчитывается первоначальный уровень U. Затем, изменяя настройку селективного вольтметра, определяют частоты, на которых стрелка прибора отклоняется. Широкопостные вольтметры характеризуются широким частотным диапазоном измерения.	18. Опишите назначение, параметры и классификация. Аналогово-цифровое преобразование. Погрешности измерения напряжения цифровыми вольтметрами. Аналого-цифровое преобразование сигнала включает в себя два этапа: - Дискретизация сигнала (во времени или пространстве) - Квантование по уровню На этапе дискретизации берутся отсчёты сигнала с некоторым периодом дискретизации (Т). Частоту дискретизации можно определить по формуле Процесс получения отсчёта входного сигнала должен занимать очень малую часть периода дискретизации, что бы снизить динамические ошибки преобразования, обусловленные изменением сигнала за время снятия отсчёта. Квантование сигнала по уровню Количество уровней квантования определяется по формуле n — количество разрядов N — уровень квантования Параметры: Разрешающая способность - величина, обратная максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП. Разрешающая способность выражается в процентах, разрядах или децибелах и характеризует потенциальные возможности АЦП с точки зрения достижимой точности. Нелинейность - максимальное отклонение реальной характеристики преобразования D(Uвх) от оптимальной. Оптимальная характеристика находится эмпирически так, чтобы минимизировать значение погрешности нелинейности. Нелинейность обычно определяется в относительных единицах, но в справочных данных приводится также и в ЕМР. Погрешность полной шкалы - относительная разность между реальным и идеальным значениями предела шкалы преобразования при отсутствии смещения нуля. Возникновение динамических погрешностей связано с дискретизацией сигналов, изменяющихся во времени. Можно выделить следующие параметры АЦП, определяющие его динамическую точность. Максимальная частота дискретизации (преобразования) - это наибольшая частота, с которой происходит образование выборочных значений сигнала, при которой выбранный параметр АЦП не выходит за заданные пределы. Измеряется числом выборок в секунду. Время преобразования (tпр) - это время, отсчитываемое от начала импульса дискретизации или начала преобразования до появления на выходе устойчивого кода, соответствующего данной выборке. Время выборки (стробирования) - время, в течение которого происходит образование одного выборочного значения. При работе без УВХ равно времени преобразования АЦП. Цифровые вольтметры. Признаки классификации: 1) по назначению - постоянного и переменного тока и напряжения, универсальные импульсные. 2) по схемному решению - с жесткой логикой и микропроцессорным управлением. 3) по методы аналого-цифрового преобразования - с времяимпульсным преобразованием, поразрядного кодирования, считывания и другие.. Основная погрешность складывается обычно из следующих 4х составляющих: 1)погрешности дискретности, 2)погрешности реализации уровня квантования, 3)погрешность от наличия порога чувствительности сравнивающего устройства, 4)погрешность от действия помех. По типу АЦП цифровые вольтметры могут быть разделены на четыре основные группы: 1.кодоимпульсные (с поразрядным уравновешиванием); Измеряемое напряжение U‘x, полученное с входного устройства, сравнивается, с компенсирующим напряжением Uк вырабатываемым прецизионным делителем и источником опорного напряжения. Компенсирующее напряжение имеет несколько уровней, квантованных в соответствии с двоично-десятичной системой счисления. 2.времяимпульсные; В основе принципа действия вольтметра времяимпульсного (временного) типа лежит преобразование с помощью АЦП измеряемого напряжения в пропорциональный интервал времени, который заполняется счетными импульсами, следующими с известной стабильной частотой следования. В результате такого преобразования дискретный сигнал измерительной информации на выходе преобразователя имеет вид пачки счетных импульсов, число которых пропорционально уровню измеряемого напряжения. 3.частотно-импульсные; 4.пространственного кодирования.

19. Расскажите о методах преобразования: время–импульсное, частотно-импульсное, поразрядное уравновешивание, двойное интегрирование. Цифровые вольтметры с время-импульсным преобразованием. Принцип работы заключается в преобразовании измеряемого напряженияUx в пропорциональный интервал времени Δt, измеряемый числом N заполняющих его импульсов со стабильной частотой следования. Вольтметр работает циклами, длительность которых Т устанавливается с помощью управляющего устройства и обычно равна или кратна периоду питающей сети. Для единичного измеренияUx предусмотрен ручной запуск. В начале цикла импульс управляющего устройства запускает генератор линейно-падающего образцового напряжения и сбрасывает показания предыдущего цикла, заполнявшие электронный счетчик.. Входное напряжение Ux и образцовое напряжениеUобр поступают на входы сравнивающего устройства и в момент их равенства t1 на выходе последнего возникает импульс, открывающий временной селектор; через него на электронный счетчик начинают проходить импульсы от генератора счетных импульсов частотой fсч или периодом Tсч. В момент времени t2, когда образцовое напряжение достигнет нуля, второе сравнивающее устройство вырабатывает импульс, закрывающий временной селектор; прохождение счетных импульсов прекращается, и на табло цифрового индикатора появляются показания, пропорциональные числу счетных импульсов, прошедших через временной селектор за интервал времениT=t2-t1. Вольтметр с частотным преобразованием. Принцип действия заключается в преобразовании измеряемого напряжения в пропорциональную ему частоту следования импульсов. Цифровой вольтметр с поразрядным уравновешиванием. Эти вольтметры являются наиболее быстродействующими и достаточно точными. Принцип их работы заключается в сравнении измеряемого напряжения с суммой дискретных значений образцовых напряжений, вырабатываемых цифро-ана­логовым преобразователем, с определенными весами, например 1-2-4-8 или 1-2-4-4. Цифровой вольтметр с двойным интегрированием. Принцип его работы подобен принципу время-импульсного преобразования, с тем отличием, что здесь образуются два временных интервала в течение цикла измерения, длительность которого устанавливается кратной периоду помехи. Таким образом определяется среднее значение измеряемого напряжения, а помеха подавляется.	20. Опишите назначение, классификацию осциллографов. Методы: калиброванных шкал, сравнения дифференциальные методы. Осциллограф - прибор, предназначенный для исследования(наблюдения, записи, измерения) амплитудных и временных  параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход. Используются в прикладных, лабораторных и научно-исследовательских целях, для контроля/изучения электрических сигналов — как непосредственно, так и получаемых при воздействии различных устройств/сред на датчики, преобразующие эти воздействия в электрический сигнал или радиоволны. Осциллографы наряду с универсальными измерительными приборами являются наиболее часто используемыми в радиотехнической практике. Основным достоинством данных измерителей является: визуальное наблюдение формы исследуемого сигнала и измерение его параметров, преобразование нескольких сигналов и сравнение их характеристик на основе одновременной демонстрации их на экране, запись и хранение различных сигналов. По логике работы и назначению осциллографы можно разделить на три группы: 1.Реального времени (аналоговый). 2.Запоминающий осциллограф: аналоговый, цифровой. 3.Стробирующий осциллограф. По количеству лучей: однолучевые, двулучевые и т. д. Осциллографы с периодической развёрткой делятся на: универсальные (обычные), скоростные, стробоскопические, запоминающие и специальные. Метод калиброванных шкал применяют для измерения парамет­ров сигнала на прямоугольной шкале — сетке, имеющей равноот­стоящие вертикальные и горизонтальные линии. Размеры шкалы согласованы с рабочей площадью экрана; коэффициенты отклонения и развертки (масштабные коэффициенты) приводятся по отношению к делению шкалы. Про­цесс измерения заключается в подсчете числа делений шкалы, ук­ладывающихся в интересующий интервал. Перевод в значения на­пряжения и длительности, осуществляется домножением измеренной величины на масштабный коэффициент. Метод сравнения заключается в сравнении измеряемой величины с образцовой. Для этого с помощью электронных ком­мутаторов на экране вместе с сигналом формируют две светящиеся точки, положение которых в пределах экрана может независимо ре­гулироваться. Расстояние между точками по вертикали является образцовым для измерения напряжения, по горизонтали — для измерения длительности; значения образцовых величин считывают с органов регулировки положения точек. Процесс измерения заключается в совмещении точек с интересующим размером изображения. Таким образом, сравнение измеряемой и образцовой величин про­изводят непосредственно на экране без использования шкалы. Это позволяет получить погрешность измерения не хуже 2%. Компенсационный метод позволяет увеличить точность измере­ния и применяется в осциллографах, содержащих усилитель с дифференциальными входами и генератор двойной развертки: Сущ­ность метода состоит в компенсации измеряемой величины образ­цовой. При этом изображение на экране используется как нуль- индикатор. Выигрыш в точности здесь достигается исключением большинства погрешностей, связанных с нелинейностью отклоне­ния и развертки, геометрическими искажениями экрана, параллаксом, дискретностью шкалы и др.	21. Расскажите об измерении частоты и фазы. Аналоговые и цифровые частотомеры и фазометры. Характеристики приборов. Частота. Принцип действия электронно-счетных частотомеров основан на подсчете количества импульсов, сформированных входными цепями из периодического сигнала произвольной формы, за определенный интервал времени. Интервал времени измерения также задается методом подсчета импульсов, взятых с внутреннего кварцевого генератора ЭСЧ или из внешнего источника (например стандарта частоты). Таким образом ЭСЧ является прибором сравнения, точность измерения которого зависит от точности эталонной частоты. Принцип действия резонансных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с собственной резонансной частотой перестраиваемого резонатора. В качестве резонатора может быть использован колебательный контур, отрезок волновода (объемный резонатор) или четвертьволновой отрезок линии. Контролируемый сигнал через входные цепи поступает на резонатор, с резонатора сигнал через детектор подается на индикаторное устройство (гальванометр). Для повышения чувствительности в некоторых частотомерах применяются усилители. Оператор настраивает резонатор по максимальному показанию индикатора и по лимбу настройки отсчитывает частоту. Принцип действия гетеродинных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с частотой перестраиваемого вспомогательного генератора (гетеродина) с помощью т. н. метода нулевых биений, порядок работы аналогичен работе с резонансными частотомерами. Электронные конденсаторные частотомеры применяются для измерения частот в диапазоне от 10Гц до 1МГц. Принцип таких частотомеров основывается на попеременном заряде конденсаторов от батареи с последующим его разрядом через магнитоэлектрический механизм. Этот процесс осуществляется с частотой, равной измеряемой частоте, поскольку переключение производится под воздействием самого исследуемого напряжения. За время одного цикла через магнитоэлектрический механизм будет протекать заряд Q =CU, следовательно, средний ток, протекающий через индикатор, будет равен I_ср=Qf_x=CUf_x. Таким образом, показания магнитоэлектрического амперметра оказывается пропорциональны измеряемой частоте. Вибрационный (язычковый) частотомер представляет собой прибор с подвижной частью в виде набора упругих элементов (пластинок, язычков), приводимых в резонансные колебания при воздействии переменного магнитного или электрического поля. Аналоговые частотомеры по применяемому измерительному механизму бывают электромагнитной, электродинамической и магнитоэлектрической систем. В основе работы их лежит использование частотозависимой цепи, модуль полного сопротивления которой зависит от частоты. Измерительным механизмом, как правило, является логометр, на одно плечо которого подается измеряемый сигнал через частотонезависимую цепь, а на другое — через частотозависимую, ротор логометра со стрелкой в результате взаимодействия магнитных потоков устанавливается в положение, зависящее от соотношений токов в обмотках. Фаза. Выбор метода измерения угла сдвига фаз сигналов зависит от диапазона частот, уровня и формы сигнала, от требуемой точности измерений. Различают косвенные и прямые методы. Косвенный метод измерения угла сдвига фаз меду током и напряжением основан на использовании трех приборов: вольтметра, амперметра и ваттметра. Данный метод используется обычно для промышленных установок и характеризуется не высокой точностью. Среди осциллографических методов измерения фазы наибольшее распространение получили методы линейной развертки и эллипса (фигуры Лиссажу). Метод линейной развертки предполагает использование двухлучевого осциллографа. Для точных измерений угла сдвига фаз используют компенсатор переменного тока с фазовращателем. Компенсационный метод измерения фазового сдвига основан на сравнении его с фазовым сдвигом, создаваемом с помощью фазовращателя. При этом в качестве нуль-индикатора может быть использован, например, осциллограф. Измеряемый фазовый сдвиг отсчитывают по показанию эталонного фазовращателя. Прямое измерение угла сдвига фаз осуществляют с помощью электродинамических, ферродинамических, электромагнитных, электронных и цифровых фазометров. Электродинамические фазометры используют в диапазоне частот до 10 кГц, цифровые фазометры используются в маломощных цепях в диапазоне частот от единиц Гц до сотен МГц. В электронно-счетных цифровых фазометрах, реализующих метод дискретного счета, сдвиг по фазе между сигналами преобразуется во временной интервал, заполняемый импульсами стабильной частоты с определенным периодом, которые затем подсчитываются. Электродинамический фазометр. По неподвижной и подвижным катушкам протекают токи I, I1 и I2 соответственно. От взаимодействия магнитных потоков, создаваемых токами, протекающими по неподвижной катушке и подвижным катушкам, создаются два вращающих момента М1 и М2. Моменты М1 и М2 зависят от угла поворота подвижной части и направлены в противоположные стороны. Выражения для средних значений моментов имеют вид , где ψ1, ψ2 — углы сдвига фаз между токами в неподвижной катушке и токами I1, I2 соответственно в подвижных катушках; с1 и с2 — коэффициенты, определяемые конструктивными параметрами и выбором системы единиц. Под действием этих моментов подвижная часть поворачивается до тех пор, пока не будет достигнуто равенство моментов. Тогда или . Недостатком таких фазометров является сравнительно большая потребляемая мощность от источника сигнала и зависимость показаний от частоты. Шкала такого фазометра может быть отградуирована в значениях коэффициента мощности.
22. Расскажите об измерительных сигналах и их классификации. Представление периодических сигналов в виде ряда Фурье. По природе материального носителя – неэлектрические, электрические и комбинированные. По характеру изменения параметров во времени – детерминированные, квазидетерминированные и случайные, периодические и непериодические, аналоговые непрерывные (континуальные) и аналого-импульсные, цифровые, элементарные и сложные. По спектру – видеосигналы и радиосигналы. По ширине спектра – узкополосные и широкополосные. По типу модуляции информативного параметра сигнала-переносчика: для несущего аналогового гармонического сигнала – с амплитудной (АМ), частотной (ЧМ) и фазовой (ФМ) или с угловой (УМ); для несущего аналого-импульсного сигнала – с амплитудно-импульсной (АИМ), широтно-импульсной (ШИМ или ДИМ), частотно-импульсной (ЧИМ) и фазо-импульсной (ФИМ); для несущего цифрового сигнала – с время-импульсной (ВИМ) и кодово-импульсной (КИМ). По назначению – испытательные и калибровочные. Любой сигнал, для которого выполняется условие s(t) = s ( t + T), где Т - период повторения, может быть представлен как сумма гармонических колебаний с угловыми частотами , где n = 1,2,3… Частота (и соответствующая ей угловая частота 1= 2F1) называется основной частотой сигнала, а кратные ей частоты Fn= nF1 - высшими гармониками. Разложение сложного периодического сигнала s(t) на простейшие гармонические колебания производится с помощью ряда Фурье. Если какой-либо сигнал представлен в виде суммы гармонических колебаний с различными частотами, то говорят, что осуществлено спектральное разложение этого сигнала в базисе гармонических функций. Сумма отдельных гармонических компонент сигнала образует его спектр. Спектральное представление сигнала можно получить, используя разложение в ряд Фурье, который для периодического сигнала можно записать в виде , где коэффициенты , , В общем случае периодический сигнал содержит в себе не зависящую от времени постоянную составляющую и бесконечный набор гармонических колебаний - гармоник с частотами  = n, n=1,2,3,..., кратными основной частоте последовательности. Любая гармоника ряда Фурье характеризуется амплитудой An и начальной фазой n., при этом коэффициенты ряда имеют вид an=An cos  n , bn=An sin  n, так что ;  n = arctg ( b n / a n).	23. Расскажите о преобразовании Фурье непериодических сигналов. Свойства преобразования Фурье. Преобразование Фурье непериодических сигналов. Свойства преобразования Фурье. Пусть задан сигнал в виде ограниченной во времени функции s(t), отличной от нуля в промежутке t1t2. Выделим произвольный отрезок времени T, включающий промежуток t1t2, далее продолжим аналитически s(t) на всю бесконечную ось с периодом T. Тогда мы сможем разложить такую периодическую функцию s(t) в гармонический ряд Фурье. В комплексной форме будем иметь: . Полученный ряд на участке t1t2 будет точно соответствовать нашей функции s(t). Однако, если нас интересуют моменты времени за участком t1t2, то необходимо увеличить период Т, т. е. отодвинуть повторные значения функции s(t). Производя замену переменных и переходя от суммирования к интегрированию, получим , , где - спектральная плотность сигнала s(t). Спектр непериодического сигнала сплошной (непрерывный) и распространяется на отрицательные частоты. Если S(w)=A(w)+iB(w), то - модуль спектральной плотности–амплитудно-частотная характеристика. - фазово-частотная характеристика. Необходимое условие существования спектральной плотность. Спектр прямоугольного сигнала: Согласно формуле Эйлера - площадь под импульсом. Свойства преобразования Фурье: а) Сдвиг сигнала во времени s2(t)=s1(t-t0). Сдвиг во времени функции s(t) на ±t0 приводит к сдвигу фазы спектра на ±wt0. Это позволяет для удобства разложения в спектр сдвигать сигнал относительно начала координат. б) Сжатие и расширение сигнала s2(t)=s1(nt). При сжатии сигнала в n раз на временной оси во столько же раз расширяется его спектр на оси частот при уменьшении модуля в n раз. Наоборот, при растяжении сигнала во времени имеет место сужение спектра и увеличение модуля спектральной плотности. Т. о. сжатие спектра импульса с целью повышения точности измерения частоты требует удлинения времени измерения. В то же время сжатие импульса по времени с целью, например, повышения точности измерения времени его появления заставляет расширять полосу пропускания измерительного устройства. в) Дифференцирование и интегрирование сигнала , , . Аналогично спектральная плотность интеграла равна г) Сложение сигналов (линейность преобразования) s(t)=as1(t)+bs2(t), - из-за линейности операции интегрирования. д) Спектр произведения двух функций s(t)=s1(t)*s2(t). Спектр произведения двух функций равен свертке их спектров (с множителем ). е) Взаимная обратимость s(t) и .; . Для четного сигнала s(t)=s(-t), и в связи с симметричностью пределов интегрирования в выражении для можно поменять знак в экспоненте, тогда, если по функциональной зависимости s2(t)=S1(w), то .	24. Расскажите о преобразовании измерительных сигналов: гармонические модулированные сигналы и их особенности (амплитудная, частотная, фазовая модуляция и детектирование). Такое превращение называется аналоговой модуляцией (или аналоговой кодировкой). В его основе лежит изменение одной из характеристик синусоидального несущего сигнала в соответствии с последовательностью переданных данных. Основные способы аналоговой модуляции: амплитудная, частотная и фазовая. Возможно также использование комбинированных методов, например, соединения амплитудной и фазовой модуляций. При амплитудной модуляции (рис. 1 b) изменяется только амплитуда синусоиды несущей частоты, при передаче логической единицы выдается синусоида одной амплитуды, а при передаче логического нуля – другой амплитуды. Этот способ в чистом виде имеет низкую ошибкоустойчивость и применяется редко. При частотной модуляции (рис. 1 c) изменяется только частота несущей – для логической единицы и логического нуля выбираются синусоиды двух разных частот. Этот способ достаточно просто реализовать, и часто применяется при низкоскоростной  передаче данных. При фазовой модуляции (рис. 1 d) логической единице и логическому нулю отвечают сигналы одинаковой амплитуды и частоты, но отличаются по фазе (например, 0 и 180 градусов). Из комбинированных методов широко используются методы квадратурной амплитудной модуляции (Quadrature Amplitude Modulation, QAM), которые соединят амплитудную модуляцию с 4 уровнями амплитуды и фазовую модуляцию с 8 значениями сдвига фазы. Из 32 возможных комбинаций амплитуды и сдвига фазы для передачи данных в разных модификациях метода используются всего некоторые, в то время, как все другие комбинации являются запрещенными, что позволяет улучшить распознавание ошибочных сигналов. Демодуляция (Детектирование сигнала) — процесс, обратный модуляции колебаний, преобразование модулированных колебаний высокой (несущей) частоты в колебания с частотой модулирующего сигнала.
25. Охарактеризуйте систематические, случайные и грубые погрешности. Охарактеризуйте постоянные и переменные систематические погрешности. Приведите конкретные примеры видов погрешностей. Систематическая погрешность – составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при измерении одной и той же физической величины несколько раз. В зависимости от причин возникновения систематические погр-ти бывают: 1) погрешность метода или теоретическая погрешность, происходящая от ошибочности или недостаточной разработки принятого в теории метода измерения; 2) инструментальная, зависящая от погрешности применяемых средств измерения; 3) погрешность, обусловленная взаиморасположением средств измерения, несогласованностью их характеристик, влиянием внешних температурных, гравитационных, радиационных и других полей, нестабильностью источника питания и т.д.; 4) личные погр-ти, обусловленные индивидуальными способностями наблюдателя. По характеру своего поведения в процессе измерения систематические погр-ти подразделяют на: 1) постоянные; 2) переменные. Постоянные если возникают, то их достаточно трудно обнаружить во время эксперимента и практически не возможно после эксперимента. Среди переменных принято выделять прогрессивные и периодические. Причем прогрессивные делятся на монотонно возрастающие и монотонно убывающие. Результаты наблюдений, полученные при наличии систематической погр-ти, - неисправленные. Исключают систематическую погрешность путем внесения поправок. Для обнаружения систематической погр-ти приборов может использоваться их поверка по образцовым средствам измерения. Разность между средним арифметическим, измеренным прибором, и показанием образцового прибора равна искомой систематической погр-ти. Случайная погрешность — составляющая погр-ти измерения, изменяющаяся случайным образом в серии повторных измерений одной и той же величины, проведенных в одних и тех же условиях. В появлении таких погр-ей не наблюдается какой-либо закономерности, они обнаруживаются при повторных измерениях одной и той же величины в виде некоторого разброса получаемых результатов. Случайные погр-ти неизбежны, неустранимы и всегда присутствуют в результате измерения, однако их влияние как правило можно устранить статистической обработкой. Описание случайных погр-тей возможно только на основе теории случайных процессов и математической статистики. Основным свойством случайной погр-ти является возможность уменьшения искажения искомой величины путем усреднения данных. Уточнение оценки искомой величины при увеличении количества измерений (повторных экспериментов) означает, что среднее случайной погр-ти при увеличении объёма данных стремится к 0 (закон больших чисел). Грубая погр-ть (промах) — погр-ть, возникшая вследствие недосмотра экспериментатора или неисправности аппаратуры (например, если экспериментатор неправильно прочёл номер деления на шкале прибора или если произошло замыкание в электрической цепи). Классификация по форме представления: 1) Абсолютная пог-ть – это значение, вычисляемое как разность между значением величины, полученным в процессе измерений, и настоящим (действительным) значением данной величины. 2) Относительная погр-ть - отношение абсолютной погрешности к тому значению, которое принимается за истинное. 3) Приведенная погр-ть – это значение, вычисляемое как отношение значения абсолютной погр-ти к нормирующему значению.	26. Дайте характеристику видам средств измерений. Средство измерений (СИ) – техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. Все СИ подразделяются на пять видов: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы. Мера – это СИ, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например, нормальный гальванический элемент – мера ЭДС; образцовый (измерительный) резистор; образцовая катушка индуктивности и т.д. Измерительный преобразователь – СИ, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для дальнейшего преобразования, передачи, обработки, хранения, но не предназначенной для непосредственного восприятия наблюдателем. Например: измерительные трансформаторы тока и напряжения, измерительные усилители, делители напряжения, шунты, добавочные резисторы, цифровые измерительные регистраторы (логгеры) и т. п. Измерительный преобразователь не имеет отсчетного устройства, и поэтому результат преобразования не может быть непосредственно воспринят человеком. Измерительный прибор – это СИ, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, т. е. имеющее отсчетное устройство или индикатор. Например: электромагнитный щитовой вольтметр, самопишущий прибор, осциллограф, цифровой мультиметр, инфракрасный термометр, манометр и др. Измерительный прибор – наиболее распространенный вид СИ. Измерительная установка – совокупность функционально объединенных СИ и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенная в одном месте. Например: лабораторная установка для исследования характеристик электродвигателей, стенд для поверки электрических счетчиков и т. п. Отличие измерительной установки от измерительной системы заключается в ее локальности, компактности размещения. Измерительная система – совокупность СИ и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления. Например, многоканальный пространственно распределенный информационно-измерительный комплекс в составе системы управления производством. К основным нормируемым метрологическим характеристикам (НМХ) относятся погрешности СИ, номинальная функция преобразования или коэффициент преобразования измерительного преобразователя, чувствительность, диапазон измерений, входное сопротивление и ряд других.	27. Расскажите об инструментальной погрешности. Класс точности средств измерений. Основная и дополнительная погрешности. Инструментальные / приборные погрешности — погрешности, которые определяются погрешностями применяемых средств измерений и вызываются несовершенством принципа действия, неточностью градуировки шкалы, ненаглядностью прибора. Погрешность прибора характеризует отличие его показания от истинного значения воспроизводимой ей величины. По способу выражения различают: абсолютную погрешность прибора – разность между показанием прибора и истинным значением прибора; относительную погрешность – отношение абсолютной погрешности к частному значению величины; приведенную погрешность – отношение в процентах абсолютной погрешности к некоторому нормирующему значению. Класс точности — основная метрологическая характеристика прибора, определяющая допустимые значения основных и дополнительных погрешностей, влияющих на точность измерения. Для стрелочных приборов принято указывать класс точности, записываемый в виде числа, например, 0,05 или 4,0. Это число дает максимально возможную погрешность прибора, выраженную в процентах от наибольшего значения величины, измеряемой в данном диапазоне работы прибора. Так, для вольтметра, работающего в диапазоне измерений 0 - 30 В, класс точности 1,0 определяет, что указанная погрешность при положении стрелки в любом месте шкалы не превышает 0,3 В. Относительная погрешность результата, полученного с помощью указанного вольтметра, зависит от значения измеряемого напряжения, становясь недопустимо высокой для малых напряжений. При измерении напряжения 0,5 В погрешность составит 60 %. Как следствие, такой прибор не годится для исследования процессов, в которых напряжение меняется на 0,1 - 0,5 В. В зависимости от условий применения средств измерения различают основную и дополнительную погрешности. Основная погрешность – это погрешность средств измерений, используемых при нормальных условиях; дополнительная погрешность – это погрешность средств измерений, возникающая в результате отклонения значения одной или более влияющих величин от нормального значения.
28. Расскажите о многократных измерениях. Поясните понятие доверительного интервала. Для уменьшения влияния случайных ошибок необходимо произвести измерение данной величины несколько раз. Предположим, что мы измеряем некоторую величину x. В результате проведенных измерений мы получили значений величины: x1, x2, x3, ... xn (2) Этот ряд значений величины x получил название выборки. Имея такую выборку, мы можем дать оценку результата измерений. Величину, которая будет являться такой оценкой, мы обозначим x. Но так как это значение оценки результатов измерений не будет представлять собой истинного значения измеряемой величины, необходимо оценить его ошибку. Предположим, что мы сумеем определить оценку ошибки Δx . В таком случае мы можем записать результат измерений в виде µ = x ± Δx (3) Так как оценочные значения результата измерений и ошибки Δx не являются точными, запись (3) результата измерений должна сопровождаться указанием его надежности P. Под надежностью или доверительной вероятностью понимают вероятность того, что истинное значение измеряемой величины заключено в интервале, указанном записью (3). Сам этот интервал называется доверительным интервалом. Например, измеряя длину некоторого отрезка, окончательный результат мы записали в виде l = (8.34 ± 0.02) мм, (P = 0.95) Это означает, что из 100 шансов – 95 за то, что истинное значение длины отрезка заключается в интервале от 8.32 до 8.36 мм. Таким образом, задача заключается в том, чтобы, имея выборку (2), найти оценку результата измерений x, его ошибку Δx и надежность P. При обработке результатов прямых измерений предлагается следующий порядок операций: 1) Результат каждого измерения запишите в таблицу. 2) Вычислите среднее значение из n измерений x = Σxi/n. 3) Найдите погрешность отдельного измерения 4) Вычислите квадраты погрешностей отдельных измерений (Δx1)^2, (Δx2)^2, ... , (Δxn)^2. 5) Определите среднеквадратичную ошибку среднего арифметического 6) Задайте значение надежности (обычно берут P = 0.95). 7) Определите коэффициент Стьюдента t для заданной надежности P и числа произведенных измерений n. 8) Найдите доверительный интервал (погрешность измерения) 9) Если величина погрешности результата измерения Δx окажется сравнимой с величиной погрешности прибора δ, то в качестве границы доверительного интервала возьмите 10) Если одна из ошибок меньше другой в три или более раз, то меньшую отбросьте. 11) Окончательный результат запишите в виде 12) Оцените относительную погрешность результата измерений	29. Расскажите о назначении и принципах построения поверочных схем. Для обеспечения правильной передачи размер единиц физических величин от эталона к рабочим средствам измерений устанавливается порядок, приводимый к каждой единице в соответствии с поверочной схемой. Поверочная схема – документ, устанавливающий метрологическое соотношение эталонов, образцовых средств измерений и порядок передачи размеров единицы образцовым и рабочим средствам измерений. По поверочной схеме определяется, по какому образцовому средству измерений необходимо поверять то или иное рабочее средство измерений, чтобы достичь заданной точности измерений. На чертеже поверочной схемы указывают: наименование групп СИ, номинальные значения или диапазоны значений физических величин, диапазоны важнейших условий измерений, определяющих порядок передачи размера единицы; наименование методов передачи размера единиц; соподчинение СИ в системе передачи размера единицы. Чертеж поверочной схемы должен состоять из полей, расположенных друг под другом и разделенных штриховыми линиями. Поля должны иметь наименования: «Первичный эталон» («Первичные эталоны»); «Вторичные эталоны»; «Эталоны, заимствованные из других государственных поверочных схем»; «Рабочие эталоны k-го разряда» (для каждого разряда отдельное поле); «Рабочие средства измерений». Под полем первичных эталонов располагают поле вторичных эталонов, затем - поле рабочих эталонов 1-го разряда и далее поля рабочих эталонов последующих разрядов. Допускается при необходимости под полем вторичных эталонов располагать поле рабочих эталонов 0-го разряда (например, если при пересмотре государственной поверочной схемы необходимо предусмотреть дополнительную ступень передачи размера единицы эталонам 1-го разряда). Верхнее поле чертежа локальной поверочной схемы должно иметь наименование "Исходные эталоны". Разряды рабочих эталонов, указываемые в локальных поверочных схемах, должны соответствовать разрядам, присвоенным этим эталонам в государственной поверочной схеме. 1 – первичный государственный эталон, указывающий точность единицы. 2 – вторичные эталоны. 3 – образцовые средства первого разряда. 4-9 – образцовые средства последующих разрядов. 10 – рабочие средства измерений.	30. Дайте характеристику и приведите классификацию эталонов единиц физических величин. Эталон – это СИ, обеспечивающее хранение и/или воспроизведение единицы физической величины с целью передачи ее размера другим СИ (образцовым или рабочим) и официально утвержденное. Реально эталон может представлять собой комплекс, состоящий из нескольких различных СИ. На рис. приведена схема передачи размера единицы физической величины. В этой метрологической цепи высшим звеном является международный эталон. Эти эталоны хранятся в Международном бюро мер и весов (Франция). Государственные эталоны – это эталоны, обеспечивающие наивысшую в данной стране точность. Хранение эталонов – сложнейшая научно-техническая задача, поэтому они хранятся в метрологических институтах. Эталоны, воспроизводящие одну и ту же единицу ФВ, в зависимости от точности воспроизведения единицы делятся на первичные эталоны (обеспечивающие наивысшую в данной стране точность) и вторичные (образованные сличением с первичным и служащие для организации поверочных работ). Первичный эталон служит для воспроизведения единицы с наивысшей для данной страны точностью. Специальный эталон предназначен для воспроизведения единицы в особых условиях, когда первичный эталон не может быть использован. Первичные и специальные эталоны утверждаются в качестве государственных и являются исходными для каждой страны. Вторичные эталоны необходимы для обеспечения поверочных работ и сохранности первичных эталонов и делятся на эталоны-свидетели, эталоны-копии, эталоны сравнения и рабочие эталоны. Эталоны-свидетели предназначены для поверки государственного эталона и замены его в случае утраты. Эталоны-копии и эталоны сравнения используются для взаимного сличения. Рабочие эталоны необходимы для передачи размера единицы образцовым СИ высшей точности (например, образцовым мерам). Образцовые СИ служат для поверки по ним рабочих мер, которые, в свою очередь, предназначены как для поверки СИ, так и для измерений в различных задачах. Классы точности образцовых мер достаточно высоки. Например, предельно допустимое значение относительной погрешности образцовой катушки сопротивления может составлять 0,0005 %. Рабочие СИ применяются для разнообразных измерений, не связанных с поверкой. В электрических измерениях используются рабочие меры ЭДС, сопротивления, индуктивности, емкости и др.
31. Нарисуйте схемы включения биполярных транзисторов. Дайте характеристику каждой из них. Включение p-n-р транзистора по схеме ОЭ показано на (рис. 5, а). U источника питания на коллекторе транз-ра V подается через резистор Rк, явл-ся нагрузкой, на эмиттер — через общий «заземленный» проводник, обозн-мый на схемах спец. знаком. Вх. сигнал через конд-р связи Ссв. подается к выводам базы и эмиттера, т.е. к участку база — эмиттер транз-ра, а усиленный сигнал снимается с выводов эмиттера и коллектора. Эмиттер, след-но, при таком вкл-нии транз-ра явл. общим для вх. и вых. цепей. Транз-р, по схеме с ОЭ, в зависимости от его усил-ых св-в может дать 10 — 200 — кратное усиление сигнала по U и 20 — 100 — кратное усиление сигнала по I. Такой способ вкл-ия транз-ра по схеме с ОЭ пользуется у радиолюбителей наибольшей популярностью. Существенным недостатком усил-ого каскада на транз-ре, вкл-м по такой схеме, явл. его сравнительно малое вх. R — всего 500-1000 Ом, что усложняет согласование усилительных каскадов, транз-ры которых вкл-т по такой же схеме. Объясняется это тем, что в данном случае эмиттерный р — n переход транз-ра вкл-н в прямом, т.е. пропускном, напр-ии. А R пропускного перехода, зависящее от прикладываемого к нему U, всегда мало. Что же касается вых. R такого каскада, то оно достаточно большое (2-20 кОм) и зависит от R нагрузки Rк и усил-ых св-в транз-ра. Включение транз-ра по схеме ОК показано на (рис. 5, б). Вх. сигнал подается на базу и эмиттер через эмиттерный рез-р Rэ, который является частью коллекторной цепи. С этого же рез-ра, выполняющего функцию нагрузки транз-ра, снимается и вых. сигнал. Таким образом, этот участок коллекторной цепи является общим для вх. и вых. цепей, поэтому и название способа вкл-ия транз-ра — ОК. Каскад с транз-ром, вкл-ым по такой схеме, по U дает усиление меньше 1. Усиление же по I получается примерно такое же, как если бы транз-р был вкл-н по схеме ОЭ. Но зато вх. R такого каскада может составлять 10 — 500 кОм, что хорошо согласуется с большим вых. R каскада на транз-ре, вкл-м по схеме ОЭ. По существу, каскад не дает усиления по U, а лишь как бы повторяет подведенный к нему сигнал. Поэтому транз-ры, вкл-ые по такой схеме, называют также эмиттерными повторителями. Почему эмиттерными? Потому что вых. U на эмиттере транз-ра практически полностью повторяет вх. U. Почему каскад не усиливает U? Давайте мысленно соединим рез-м цепь базы транз-ра с нижним (по схеме) выводом эмиттерного рез-ра Rэ, как показано на (рис. 5, б) штриховыми линиями. Этот рез-р — эквивалент внутр. R ист-ка вх. сигнала Rвх., например микрофона или звукоснимателя. Т.о., эмиттерная цепь оказывается связанной через рез-р Rвх. с базой. Когда на вход усилителя подается U сигнала, на рез-ре Rэ, явл. нагрузкой транз-ра, выделяется U усиленного сигнала, кот. через рез-р Rвх. оказывается приложенным к базе в противофазе. При этом между эмиттерной и базовой цепями возникает очень сильная отрицательная обратная связь, сводящая на нет усиление каскада. Это по U. А по I усиления получается такое же, как и при вкл-ии транз-ра по схеме с ОЭ.Теперь о вкл-ии транз-ра по схеме с ОБ (рис. 5, в). В этом случае база через конд-р Сб по переменному I заземлена, т. е. соединена с общим проводником питания. Вх. сигнал через конд-р Ссв. подают на эмиттер и базу, а усиленный сигнал снимают с коллектора и с заземленной базы. База, т.о., явл. общим электродом вх. и вых. цепей каскада. Такой каскад дает усиление по I меньше 1, а по U — такое же, как транз-р, вкл-й по схеме с ОЭ (10 — 200). Из — за очень малого вх. R, БК превышающего нескольких десятковом (30-100) Ом, исп-т гл. обр. в ген-рах элект. колебаний, в сверхгенеративных каскадах, примеых, например, в аппаратуре радиоуправления моделями.	32. Нарисуйте входные и выходные характеристики биполярного транзистора включенного по схеме с общей базой. Поясните характер приведенных зависимостей. Входные характеристики iэ = f (uэ-б) при uк-б = const (рис. 40) аналогичны характеристике для прямого тока полупроводникового диода, поскольку ток эмиттера является именно таким током. При uк-б = 0 характеристика идет из начала координат, так как ток равен нулю. А если uк-б > 0, то характеристика проходит немного выше, т. е. возникает ток эмиттера, и при uэ-б = 0 протекает небольшой начальный ток iэ.н.. Условие uэ-б = 0 соответствует короткому замыканию эмиттера и базы. Характеристики для различных uк-б расположены очень близко друг к другу, и в справочниках обычно приводится только одна характеристика для некоторого нормального uк-б. Малое влияние напряжения uк-б на ток эмиттера объясняется тем, что поле, создаваемое напряжением uк-б, сосредоточено в коллекторном переходе. С увеличением uк-б ток iэ все же несколько возрастает, что объясняется влиянием поперечного сопротивления базы rб0. На рис. 41а показано семейство выходных характеристик iк = f (uк-б) при iэ = const. Они даются для постоянных значений тока iэ, потому что входное сопротивление транзистора мало и источник усиливаемых колебаний обычно работает как генератор тока, т. е. в режиме, близком к короткому замыканию. При iэ = 0 характеристика проходит через начало координат, так как без тока iэ и при uк-б = 0 не может быть и коллекторного тока. Условие iэ = 0 соответствует разомкнутой цепи эмиттера, а это означает, что включен только коллекторный переход, к которому приложено обратное напряжение. В этом случае протекает известный нам начальный ток коллектора iк0.При некотором значении uк-б начинается электрический пробой коллекторного перехода и ток коллектора резко возрастает. Рабочие участки выходных характеристик для различных iэ представляют собой прямые линии, идущие с очень небольшим наклоном, что означает малое влияние напряжения uк-б на ток коллектора. Особенность выходных характеристик в том, что при uк-б = 0 и iэ > 0 ток коллектора довольно велик – почти такой же, как и при uк-б > 0. Это объясняется тем, что благодаря сопротивлению базы rб0 в данном режиме на коллекторном переходе имеется некоторое напряжение. Оно представляет собой напряжение, созданное на rб0 током базы (рис. 41б). У многих транзисторов выходные характеристики имеют вид прямых линий начиная от uк-б = 0. Зависимость между токами iк и iэ почти линейна. Поэтому выходные характеристики при одинаковом изменении тока iэ располагаются почти на одном и том же расстоянии друг от друга. Чем больше токи, тем быстрее, т. е. при меньших uк-б, произойдет переход к электрическому пробою. На рис. 41а штриховыми линиями показано, что при перемене знака напряжения uк-б уже при небольших его значениях ток коллектора резко уменьшается, а затем изменяет свое напрвление и быстро возрастает. Это объясняется тем, что напряжение uк-б другого знака по сравнению с обычным является для коллекторного перехода прямым. При увеличении его на десятые доли вольта сначала компенсируется то небольшое напряжение, которое (как было объяснено) возникло на коллекторном переходе за счет падения напряжения от тока iб на сопротивлении базы. Затем напряжение на коллекторном переходе становится прямым и ток iк резко возрастает в обратном направлении.	33. Нарисуйте типовые передаточные характеристики всех типов полевых транзисторов. Поясните характер приведенных зависимостей. Входное сопротивление полевых транзисторов составляет десятки – сотни МОм. При этом входной ток очень мал и практически не зависит от напряжения Uз.и.между затвором и истоком, поэтому для полевых транзи­сторов входная характеристика, т.е. зависимость  Iз.  от  Uз.и.  при фиксиро­ванном значении Uс.и.,практического значения не имеет и при расчетах используют только передаточные и выходные вольтамперные характери­стики (ВАХ). Типовые передаточные характеристики n-канальных полевых транзисторов приведены на рис. 32. Как видно, ток стока для n-канальных транзисторов имеет положительный знак, что соответствует положитель­ному напряжению на стоке. Рис. 32. Типовые передаточные характеристики n-каналъных полевых транзисторов. ПТУП при нулевом напряжении на затворе имеют максимальное значение тока стока, которое называется начальным IС.НАЧ . При увеличе­нии запирающего напряжения ток стока уменьшается и при напряжении отсечки UOTC становится близким к нулю. Характеристики ПТИЗ с индуцированным каналом таковы, что при нулевом напряжении на затворе ток стока транзистора равен нулю. Появ­ление тока стока в таких транзисторах происходит при напряжении на за­творе больше порогового значения UПОР. Увеличение напряжения на за­творе приводит к увеличению тока стока. Характеристики ПТИЗ со встроенным каналом при нулевом напря­жении на затворе имеют начальное значение тока IС.НАЧ. Такие транзисто­ры могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения. При увеличении напряжения на затворе канал обогащается и ток стока растет, а при уменьшении напряжения на затворе канал обедняется, и ток стока снижается. Для полевых транзисторов с p-каналом передаточные характеристи­ки имеют такой же вид, только располагаются в нижней половине графика. Ток стока и напряжение на стоке у таких транзисторов имеют отрицатель­ное значение.
34. Нарисуйте схему электронного ключа на полевом транзисторе с управляющим p-n переходом. Поясните назначение элементов схемы. Как известно, полевой транзистор в области малых напряжений сток-исток ведет себя как резистор, сопротивление которого может изменяться во много раз при изменении управляющего напряжения затвор-исток Uзи. На рис. 2а изображена упрощенная схема последовательного коммутатора на полевом транзисторе с управляющим pn-переходом. Рис. 2. Последовательный коммутатор на полевом транзисторе с управляющим pn-переходом Если в этой схеме управляющее напряжение Uупр установить меньшим, чем минимально-возможное входное напряжение, по крайней мере на величину порогового напряжения транзистора, транзистор закроется и выходное напряжение станет равным нулю. Для того, чтобы транзистор был открыт, напряжение затвор-исток Uзи следует поддерживать равным нулю, что обеспечивает минимальное сопротивление канала. Если же это напряжение станет больше нуля, управляющий pn-переход откроется, и выход коммутатора окажется соединенным с цепью управления. Равенство нулю Uзи непросто реализовать, так как потенциал истока изменяется согласно изменению входного потенциала. Наиболее простой путь преодоления этой трудности показан на рис. 2б. Если напряжение Uупр установить бoльшим, чем максимально-возможное входное напряжение коммутатора, диод VD закроется и напряжение Uзи будет, как это и требуется, равно нулю. При достаточно большом отрицательном управляющем напряжении диод будет открыт, а полевой транзистор закрыт. В таком режиме работы через резистор R1 течет ток от источника входного сигнала в цепь управляющего сигнала. Это не мешает нормальной работе схемы, так как выходное напряжение коммутатора в этом режиме равно нулю. Нарушение нормального режима работы такой схемы может произойти лишь в случае, если цепь входного сигнала содержит разделительный конденсатор, который при закрытом транзисторе коммутатора зарядится до отрицательного уровня управляющего напряжения. Проблемы подобного рода не возникают, если в качестве ключа использовать полевой транзистор с изолированным затвором (МОП-транзистор).	35. Нарисуйте схемы инвертирующегоего и неинвертирующего усилителя на ОУ. Выведите значения коэффициентов усиления по напряжению для данных схем. Схема на рис. 17 а позв. Исп-ть операц. ус-ль в качестве неинверт-его ус-ля с высоким пол­ным вх. R, причем коэф-т ус-ния всей схемы по U может быть жестко задан с пом-ю сопр-ий R1 и Rо.с. Полн. вх. R всей схемы оказ-ся высоким, т. k. ед-ным путем для I между вх. и землей (вх. I) явл-ся вы­с. полн. вх. R оп-го ус-ля. а б Рис. 17. Неинвертирующий (а) и инвертирующий (б) усилитель Сопр-ия R1 и Rо.с обр-ют делитель U с оч. малой нагр-й, в силу того что I, необ-ый для упр-ния ус-лем, очень мал (Iсм ≈ 0). Поэтому через R1 и Rо.с течет одинаковый I, и U, прил-ное к инверт-ему вх., равно Uвых R1 / (R1 + Rо.с). Если, напр., Uвх = 1 В, то ус-ль будет реаг-ть на прев-ние Uд над Uвых/А, меняя вых. U до тех пор, пока, U на инверт-ем вх. не станет равным U на неинверт-ем вх. (т. е. Uд = Uвых /A ≈ 0). Если R1 = 10 кОм и RО.С = 100 кОм, то , UBЫX должно стать равным 11 В для того, чтобы Uд стало настолько малым, чтобы точно соотв-ть вы­х. U ус-ля. После этого вых. U будет ост-ся равным 11 В, пока не изм-ся вх. сигнал.Чтобы пол-ть выр-ние для коэф-та ус-ния нашей схемы, напомним, что IR1 = IRo,c., так как Rвх→∞. Имеем IR1 = UR1/ R1 и IRo,c = URo,c /Rо.с. U на инверт-ем вх. ус-ля равно UBX + UД , поэтому IR1 =( Uвх+ Uд)/ R1, IRo,c = [Uвых – (Uвх+ Uд)]/ Rо.с .След-но, (Uвх+ Uд)/ R1= [Uвых – (Uвх+ Uд)]/ Rо.с. По­скольку Uвых=AUд и Uд =(Uвых /A, то если, как мы предпо­ложили, А→∞ и Uд ≈ 0, можно написать Uвх / R1 = (Uвых – Uвх)/Rо.с. Отсюда найдем коэф-т ус-ия схемы Uвых/ Uвх, кот. обычно наз. kоэф-м ус-ия с замкнутой обр. связью Ко.с или коэф-ом ус-ия замкн-го ус-ля. Решая ур-ие Uвх Rо.с = R1 Uвых - R1 Uвх получимUвх (Rо.с+ R1) = R1 Uвых,(Rо.с+ R1)/ R1 = Uвых/ Uвх = Ко.с.Т. о, знач. Сопр-ия RО,С и R1 опр-ют коэф-т ус-ия схемы по U. Формула для коэф-та ус-ия с замкнутой обр. связью неинвер­т-го ус-ля Ко.с = (Rо.с+ R1)/ R1 = Rо.с / R1 + 1 верна в случае, когда А >> Ко.с. Вторым видом выр-ия для коэф-та ус-ия (Ко.с = Rо.с / R1 + 1) удобнее польз-ся при решении задач.Исп-ние сопр-ий R1 и Rо.с для того, чтобы подать часть вых. U на вх., как это сделано в рассм-ом неинверт-ем ус-ле, наз. вве­д-ем обр. связи. Это – весьма важное понятие. Заметим, что сопр-ие R1 +Rо.с след. выбирать таким, чтобы общий I нагр-и с учетом этого R не превышал макс. вых. I ус-ля. Если надо задать коэф-т ус-ия с обр. связью неинверт-го ус-ля, когда R1 уже выбрано, следует разр-ть выр-ие для коэф-та ус-ия с обр.связью относительно Rо.с: Ко.с = Rо.с / R1 + 1, Ко.с – 1 = Rо.с / R1 так что Rо.с = R1(Ко.с – 1).Теперь найдем выр-ие для коэф-та ус-ия инверт-го ус-ля. Как след. из самого наз-ия, вх. и вых. сигналы инверт-го ус-ля сдвину­ты по фазе на 180°. Здесь, как и в случае неинверт-го ус-ля, благодаря выс. Коэф-ту ус-ия ус-­ля без обр. связи для изм-ия вых. U ус-ля во всем раб. диап-не дост-но весьма мал. зна­ч. Uд. (Обычно Uвых.макс немного меньше U питания.) Если на схему подать положит. Uвх, то Uд ста­нет положит. и вых. потенциал начнет сниж-ся (поскольку вх. U подано на инверт-й вх. ус-ля). Вых. U будет меняться в отриц-ом напр-ии до тех пор, пока U на инвер­т-ем вх. (точка А на рис. 17) не станет почти нуле­вым: Uд = Uвых /А ≈ 0. Т. о., R1 и Rо.с дейс-ют как дел-ль U между Uвых и Uвх, и отн-ие Uвых / Uвх равно таковому для Rо.с / R1. Точку А часто наз. потенциально заземл-ой, потому что ее потенциал почти ра­вен потенциалу земли, так как Uд, как правило, весьма мало. Чтобы пол-ть выр-ие для коэф-та ус-ия с обр. связью, еще раз напомним, что IR1= IRo,c, a Rвх ус-ля велико. Поскольку IR1 = (Uвх – Uд)/ R1 и IRo,c = – (Uвх – Uд)/ Rо.с, можно написать, что (Uвх – Uд)/ R1 = – (Uвх – Uд)/ Rо.с. Знак минус перед правой частью этого рав-ва означ-т, что вых.инверт-н. Полагая Uд = 0 (так как А→∞), получим Uвх / R1 = – Uвых / Rо.с. Коэф-т ус-ия с обр. связью равен Kо.с= Uвых / Uвх = – Rо.с/ R1. Вх. R схемы инверт-го ус-ля равно R1, в силу того что благ-ря обр. связи в точке А на рис. 17 сохр-ся прибл-но нулевой потенциал. Сопр-ие R1 долж. б. выбр. так, чтобы не нагр-ть ист-к U Uвх, и, ест-но, Rо.с долж. Б. дост-но большим, чтобы чрезм-е нагр-ть опе­рац. ус-ль.	36. Нарисуйте схему суммирующего усилителя на ОУ (3 входа). Поясните назначение элементов схемы. Каждое из суммируе­мых напряжений подается на отдельный вход. Напря­жение на выходе схемы равно сумме входных напряже­ний, умноженных на соответствующие коэффициенты усиления. В большинстве случаев коэффициент усиле­ния устанавливается таким, чтобы выходное напряжение имело некоторое заданное значение, когда напряжения на всех входах максимальны
37. Нарисуйте схему усилителя на биполярном транзисторе с цепью термостабилизаци. Поясните назначение элементов схемы. В схеме с коллекторной стабилизацией резистор смещения R1 подключен не к источнику питания, а к коллектору транзистора. В этом случае, если при увеличении температуры происходит увеличение обратного тока, транзистор открывается сильнее, напряжение на коллекторе уменьшается. Это уменьшение приводит к уменьшению напряжения смещения, подаваемого на базу через R1. Транзистор начинает закрываться, коллекторный ток уменьшается до приемлемой величины, положение рабочей точки восстанавливается. Совершенно очевидно, что такая мера стабилизации приводит к некоторому снижению усиления каскада, но это не беда. Недостающее усиление, как правило, добавляют наращиванием количества усилительных каскадов. Зато подобная ООС позволяет значительно расширить диапазон рабочих температур каскада. Несколько сложней схемотехника каскада с эмиттерной стабилизацией. Усилительные свойства подобных каскадов остаются неизменными в еще более широком диапазоне температур, чем у схемы с коллекторной стабилизацией. И еще одно неоспоримое преимущество, - при замене транзистора не приходится заново подбирать режимы работы каскада. Эмиттерный резистор R4, обеспечивая температурную стабилизацию, также снижает усиление каскада. Это для постоянного тока. Для того, чтобы исключить влияние резистора R4 на усиление переменного тока, резистор R4 шунтирован конденсатором Cэ, который для переменного тока представляет незначительное сопротивление. Его величина определяется диапазоном частот усилителя. Если эти частоты лежат в звуковом диапазоне, то емкость конденсатора может быть от единиц до десятков и даже сотен микрофарад. Для радиочастот это уже сотые или тысячные доли, но в некоторых случаях схема прекрасно работает и без этого конденсатора.	38. Нарисуйте схему электронного ключа на биполярном транзисторе. Поясните назначение элементов схемы. Чаще всего исп-ся ключи, собр-ые по схеме с общю эмиттером, как пок-но на рис. 3. В ключ. режиме биполярный транз-р раб-т в режиме нас-ния (замкн-й ключ) или режиме отсечки (разомк-й ключ). Полезно помнить, что в режиме нас-ния оба перехода (коллектор-база и эмиттер-база) откр., а в режиме отсечки - заперты. В режиме нас-ния вых. цепь транз-ра можно пред-ть эквив-ным ист-ом U, вел-на ЭДС кот. прив-ся в справ-ах (Uкэнас - напряжение насыщения). Строго говоря, следует уч-ть также внутр. R этого ист-ка, вел-на кот. опр-ся крутизной наклона линии граничн. режима, однако, в больш-ве практ-ки важн. случаев для инженерных расчетов можно огран-ся велич-й – Uкэнас. Рез-ры  Rб и Rк  долж. Обесп-ть надежн. запирание транз-ра при низк. уровне упр-его сигнала во всем диап-не раб. темп-р и нас-ние при высоком уровне упр-его сигнала. Рис.3 - Схема электр-го кл. на биполярном транз-ре При расчете необ-мо уч-ть обр. I коллектора, прот-щий через рез-р Rб, и созд-й на нем падение U. Сумм-ое U на эмиттерном переходе опр-ся выр-ем: Uбэ=U0+IКmaxRб где IКmax- макс. I обр. коллектора, U0-U низк. ур-ня упр-го сигнала. Оч-но, для надежного запирания транз-ра необх-мо, чтобы Uбэ<Uбэотс. Необ-мо уч-ть сильн. темп-ную завис--ть обр-го I колл-ра, и для рас-та выб-ть макс. знач. В противном случае кл. может "подтекать" при изм-ии темп-ры. Откр. транз-р может нах-ся в акт-ом режиме или режиме нас-ния. Для электр-х ключей акт-ый режим явл. невыгодным, т. к. в этом режиме на коллекторе рассеив-ся знач-ая мощность. Поэтому акт. режим допустим только в теч-е перех-ых процессов (где он, собств. говоря, неизбежен). Для обесп-ия нас-ия необх-мо, чтобы вып-ось соотн-ие Iб> Iбн. I базы можно опр-ть по форм-е: Iб=(U1-Uбэотс)/(rб+Rб). I нас-ия опр-ся R рез-ра в цепи коллектора, усил-ыми св-ми транз-ра и R между коллектором и эмиттером в нас-ом состоянии: Iбнас=(E- Uкэнас)/ βRк. При расч-х целес-но польз-ся наихудшим знач. β=βmin. Отм-м, что при нарушении усл-я нас-ия транз-р перех-т в акт. режим, что сопров-ся ростом U на коллекторе и увел-м мощ-ти рассеяния. В ряде случаев исп-т иной критерий нас-ия - прямое смещение обоих переходов транз-ра (база-эмиттер и база-коллектор). В акт. режиме переход база-коллектор смещен в обр. напр-ии. Исп-я этот критерий, легко понять, что сост-oй транз-р (по схеме Дарлингтона) не удастся полностью насытить, т. к. база вых. транз-ра в лучшем случае может иметь потенциал, равный потенциалу коллектора. Необх-й частью проект-ия электр-х ключей явл. оценка их дин-ких св-в, опр-их скорость перекл-ия и потери энергии на этом этапе (динам-ие потери). Переходн. процессы в электр-м ключе на биполярном транз-ре хар-ся длит-тью цикла перекл-ия, кот. можно разд-ть на несколько отд. этапов: задержка вкл-ия; вкл-ие (нараст-ие тока до вел-ны, соотв-ей нас-ию); задержка выкл-ия (обусл-на рассас-ем заряда в базе при переходе из режима нас-ия в акт. режим);выкл.(обусл-но уменьш-ем I коллектора до знач., соотв-его отсечке). Необх-мо также уч-ть процессы заряда емк-ей монтажа и нагр-ки, кот. не имеют прямого отн-ия к транз-ру, но могут сущ-но влиять на дл-сть перех-го процесса в целом.	39. Нарисуйте схему одновибратора на ОУ. Поясните назначение элементов схемы. Ждущ. мульт-тор (ЖМВ) – это ген-р одиноч. Прям-ых видеоимпульсов (отсюда его второе назв. – одновибратор). В интервале между импульсами (во время пауз) ЖМВ нах-ся в уст-ом «дежурном» режиме, вывести из кот. его можно только с помощью коротк. импульса запуска. После форм-ия одиночн. Прямоуг-го импульса ЖМВ возвр-ся в уст-вое сост. cамопр-но, без внешн. возд-ия. Т. о., схема ЖМВ явл. моностабильной (т. е. имеет одно устойч. cост., а другое – неустойч.). Схемы мульт-ров сильно разл--ся топологически в зав-ти от того, какие акт. эл-ы вх-т в них. Схема ждущ. мульт-ра на ОУ прив-на на рис. 10.1, а диагр-мы U, поясн-ие ее работу, – на рис. 10.2. Мульт-ор сост. из регенерат-го компаратора (в составе ОУ и резист-го дел-ля R2–R3), зарядной цепи, сост. из сопр-ия R1, конд-ра C1 и диода VD1, а также из цепи запуска (дифференц-ей цепи C2–R4 и диода VD2в качестве огранич-ля снизу). Т. к. вых. всего ЖМВ совп-ет с вых. компаратора, то очевидно, что вых. сигнал может прин-ть знач. ±Е (равные U ист-ов питания ОУ). Во время пауз между импульсами вых. U равно –Е, при отриц-ом вых. U диод VD1искл-т возм-ть заряда конд-ра C1. Т. к. Uвых = –Е, то из-за наличия дел-ля R2–R3 потенциал неинверт-го вх. ОУ равен  = +ЕR3(R2 + R3) = –gЕ, а потенц-л инверт-го вх.  = 0, т. к. диод VD1 откр. и шунт.т конд.р C1. После подачи на неинверт-ий вх. ОУ полож--го запуск-го импульса с ампл-ой, по модулю превосх-ей –gЕ, компаратор в составе ЖМВ сраб-ает, на вых.ЖМВ уст-ся U  Uвых = +Е. Нач-тся форм-ие прям-го импульса. Диод VD1 закр-тся и нач-ся заряд конд-ра С1через сопр-ие R1 в напр-ии +Е (с пост. времени С1R1). На неинверт-ем вх. фиксир-ся потенциал  = +ЕR3(R2 + R3) = +gЕ. Когда U на конд-ре С1 достигает знач. +gЕ, компаратор снова сраб-ет (на сей раз без подачи сигнала запуска), форм-ие импульса заверш-ся, на вых. восст-ся U  Uвых = –Е, а заряд, накопл-ый на конд-ре C1, быстро стекает через диод VD1, кот. вновь откр-ся в прямом напр-ии. После этого схема оконч-но возвр-ся в исх. cост. Схема рис. 10.1 форм-ет полож-ые импульсы амплитудой 2Е (для форм-ия отриц-ых импульсов необх-мо разв-ть оба диода, имеющиеся в схеме). Длит-ть импульса, форм-го ЖМВ на ОУ, опр-ся всеми осн-и эл-ми схемы: τ = С1R1ln(l + R2/R3), время восст-ия τв = 3С1rVD отк. Период импульсов на выходе ЖМВ равен периоду импульсов запуска, но не может быть меньше, чем (τ + τв). Рис 10.1 Рис 10.2
40. Нарисуйте схему асинхронного RS-триггера на логических элементах. Приведите таблицу истинности RS-триггера. RS-триггер – это триггер с раздельной установкой состояний логического нуля и единицы (с раздельным запуском). Он имеет два информационных входа S и R. По входу S триггер устанавливается в состояние Q = 1 (Q = 0), а по входу R – в состояние Q = 0 (Q = 1). Асинхронные RS-триггеры. Они являются наиболее простыми триггерами. В качестве самостоятельного устройства применяются редко, но являются основой для построения более сложных триггеров. В зависимости от логической структуры различают RS-триггеры с прямыми и инверсными входами. Их схемы и условные обозначения приведены на рис. 69. Триггеры такого типа построены на двух логических элементах: 2 ИЛИ-НЕ – триггер с прямыми входами (рис. 69, а), 2 И-НЕ – триггер с инверсными входами (рис. 69, б). Выход каждого из логических элементов подключен к одному из входов другого элемента, что обеспечивает триггеру два устойчивых состояния. Состояния триггеров под воздействием определенной комбинации входных сигналов приведены в таблицах функционирования (состояний) (табл. 3). В таблицах обозначены уровни, которые были на выходах триггера до подачи на его входы, так называемых активных уровней. Активным называют логический уровень, действующий на входе логического элемента и однозначно определяющий логический уровень выходного сигнала (независимо от логических уровней, действующих на остальных входах). Таблица 3. Состояния триггеров Для элементов ИЛИ-НЕ за активный уровень принимают высокий уровень – 1, а для элементов И-НЕ – низкий уровень – 0. Уровни, подача которых на один из входов не приводит к изменению логического уровня на выходе элемента, называют пассивными. Уровни обозначают логические уровни на выходах триггера после подачи информации на его входы. Для триггера с прямыми входами при подаче на вход комбинации сигналов S = l, R = 0 на выходе получим . Такой режим называют режимом записи логической единицы. Если со входа S снять единичный сигнал, т. е. установить на входе S нулевой сигнал, то состояние триггера не изменится. Режим S = 0, R = 0 называют режимом хранения информации, так как информация на выходе остается неизменной. При подаче входных сигналов S = 0, R = 1 произойдет переключение триггера, а на выходе будет . Такой режим называют режимом записи логического нуля (режим сброса). При S = R = 1 состояние триггера будет неопределенным, так как во время действия информационных сигналов логические уровни на выходах триггера одинаковы , а после окончания их действия триггер может равновероятно принять любое из двух устойчивых состояний. Поэтому такая комбинация S = R = 1 является запрещенной. Для триггера с инверсными входами режим записи логической единицы реализуется при = 0, = 1, режим записи логического нуля – при =1, =0. При ==1 обеспечивается хранение информации. Комбинация входных сигналов == 0 является запрещенной.	41. Нарисуйте схему параметрического стабилизатора напряжения. Поясните назначение элементов схемы. Параметрический стабилизатор наиболее простой. Его работа основана на свойствах полупроводникового диода, а точнее на одной из его разновидностей - стабилитрона. Типичная наипростейшая схема параметрического стабилизатора приведена на рисунке 1. Рис. 1 - Параметрический стабилизатор напряжения В стабилитронах используется явление электрического лавинного пробоя. При этом в широком диапазоне изменения тока через диод напряжение изменяется на нем очень незначительно. Входное напряжение через ограничительный резик Rбал подводится к параллельно включенным стабилитрону и сопротивлению нагрузки. Поскольку напряжение на стабилитроне меняется незначительно, то и на нагрузке оно будет иметь тот же характер. При увеличении входного напряжения практически все изменение Uвх передается на Rбал, что приводит к увеличению тока в нем. Увеличение этого тока происходит за счет увеличения тока стабилизации при почти неизменном токе нагрузки. Другими словами, все изменение входного напряжения поглощается в ограничительном (балластном) резике. Часто стабилитрон работает в таком режиме, когда напряжение источника гуляет (т. е. нестабильно), а сопротивление нагрузки постоянно. Для нормального режима стабилизации сопротивление резика Rогр должно иметь определенное значение. Если напряжение Uвх гуляет от Umin до Umax, то для расчета Rогр можно воспользоваться формулой: Rогр = (Uвх.ср - Uст)/(Iср + Iн), где Uвх.ср = 0.5(Uвх.min + Uвх.max) - среднее значение напряжения источника, Iср. = 0.5(Imin + Imax) - средний ток стабилитрона, Iн = Uн/Rн - ток нагрузки. При изменении входного напряжения в ту или иную сторону будет изменяться ток стабилитрона, на напряжение на нем, следовательно и на нагрузке будет оставаться постоянным. Коли все изменения напряжения источника гасятся в Rогр, то наибольшее изменение напряжения (Uвх. max - Uвх.min = ΔUвх) должно соответствовать наибольшему возможному изменению тока, при котором еще сохраняется стабилизация (Imax - Imin = ΔIст). Отсюда следует, что стабилизация будет осуществляться только при соблюдении условия: ΔUвх ≦ ΔIстRогр Бывает режим стабилизации, когда входное напряжение постоянно, а сопротивление нагрузки изменяется, т. е. гуляет от Rн.min до Rн.max. Для такого режима Rогр определяется по формуле: Rогр = (Uвх - Uст)/(Iср + Iн.ср), где Iн.ср = 0.5(Iн.min + Iн.max), причем Iн.min = Uст/Rн.max, а Iн.max = Uст/Rн.min. Иногда необходимо получить такое напряжение, на которое стабилитрон не рассчитан. В этом случае применяют последовательное соединение стабилитронов. Тогда напряжение стабилизации будет соответствовать сумме напряжений стабилизаций последовательно включенных стабилитронов.	42. Нарисуйте схему замещения динистора в виде двух триодных структур. Выведите условие включения динистора. Деление динистора на две структуры (а) и схема замещения (б). Пусть коэффициенты передачи по току эмиттера транзисторов T1 и Т2имеют значения α1 и α2. Тогда согласно схеме замещения ток, протекающий через тиристор равен сумме токов коллекторов обоих транзисторов и тока утечки IК0:  .  Ток во внешней цепи равен IЭ1=IЭ2=I,поэтому после подстановки I в формулу можно записать: I(1- α1- α2)=IК0. Отсюда получаем величину I: Пока выполняется условие (α1+α2)<1 ток в динисторе будет равен IK0. При соотношении (α1+α2)>1 динистор включается и начинает прово­дить ток. Это и есть условие включения динистора Крайняя область p-проводимости называется анодом, другая n-проводимости – катодом. Схему замещения динистора можно представить в виде двух триодных структур, соединенных между собой (рис. а,в). При таком соединении коллекторный ток первого транзистора является током базы второго, а коллекторный ток второго транзистора – током базы первого. При увеличении напряжения на динисторе какой-либо из транзисторов переходит в активный режим. Коллекторный ток этого транзистора, протекая в цепи базы второго, откроет его, который, в свою очередь, увеличивает ток базы первого. В результате коллекторные токи обоих транзисторов будут лавинообразно возрастать, пока оба транзистора не перейдут в режим насыщения После включения транзисторов динистор откроется и ток, проходящий через него, будет ограничиваться только сопротивлением внешней цепи. Падение напряжения на открытом динисторе меньше 2 вольт.
43. Нарисуйте схему и диаграммы работы однофазного мостового выпрямителя с П-образным LС-фильтром. Поясните назначение элементов схемы. Мостовая схема содержит четыре диода. В течение одной половины периода ток проходит от верхнего по схеме вывода вторичной обмотки через диод VD1, нагрузку, диод VD2 и к нижнему выводу обмотки. В течение следующей полуволны ток проходит от нижнего по схеме вывода вторичной обмотки, через VD3, нагрузку, VD4 и к верхнему выводу обмотки. Таким образом, В течении обоих полупериодов диодами выпрямляется одно и тоже напряжение вторичной обмотки, и составляющая пульсации с частотой 50 Гц отсутствует. Так как ток нагрузки проходит через диоды поочередно, то ток каждого диода будет равен половине тока нагрузки. Для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения, то есть для ослабления пульсации, между выпрямителем и нагрузкой устанавливается сглаживающий LCфильтр. Данный фильтр действует как фильтр нижних частот, обрезая лишние гармоники. П-образный фильтр относится к много­звенным фильтрам, так как состоит из емкостного фильтра (СФ1) и Г–образного LС – фильтра. Коэффициент сглаживания многозвенных фильтров равен (при соблюдении определенных условий) произведению коэффициентов составных звеньев (фильтров).	44. Нарисуйте схему мультивибратора на ОУ. Поясните назначение элементов схемы. Рис. 1. Симметричный мультивибратор на операционном усилителе: a - схема; б - временное диаграммы напряжений; 1 -напряжение UC; 2 - напряжение U. В схеме симметричного M. (рис. 1) операционный усилитель (ОУ) осуществляет сравнение напряжения UC на конденсаторе С и напряжения U с делителя, образованного резисторами R1 и R2. Напряжение Uвых на выходе ОУ пропорционально разности напряжений между его входами DU = U - UC. Из-за того, что часть выходного напряжения через делитель поступает на вход ОУ, в схеме образуется положительная обратная связь. Если в нек-рый момент времени разность DU станет положительной (напр., вследствие флуктуации), то положительная обратная связь приведёт к лавинообразному нарастанию напряжения. Его увеличение прекратится, когда Uвыx достигнет своего максимально возможного значения U0, близкого к положит. напряжению питания +Е. При этом напряжение U будет равно U0R1/(R1 + R2). Такое состояние системы сохранится до тех пор, пока напряжение UC на конденсаторе, заряжающемся через резистор R, не превысит значения U = U0R1/(R1 + R2). Как только разность DU станет отрицательной, напряжение Uвых скачком уменьшится до своего мин. значения -U0, близкого к отрицат. напряжению питания -E. Напряжение U станет равным -U0R1/(R1 + R2) и конденсатор начнёт разряжаться. Когда напряжение UС сравняется c U= -U0R1/(R1 + R2), выходное напряжение снова скачком увеличится до значения U0 и т. д. Время зарядки и разрядки конденсатора одинаково и пропорционально RC.	45. Нарисуйте схему и диаграммы работы выпрямителя с выводом от нулевой точки с Г-образным LC-фильтром. Поясните назначение элементов схемы. Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке. U2 - Напряжение на одной половине вторичной обмотки трансформатора Uн – Напряжение на нагрузке. Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора. В этом выпрямителе используются два вентиля, имеющие общую нагрузку и две одинаковые вторичные обмотки трансформатора(или одну со средней точкой). Практически схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, имеющих два разных источника и общую нагрузку. В одном полупериоде переменного напряжения ток в нагрузку проходит с одной половины вторичной обмотки через один вентиль, в другом полупериоде - с другой половины обмотки, через другой вентиль. Преимущество: Эта схема выпрямителя имеет в 2 раза меньше пульсации по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления. Емкость конденсатора при одинаковом с однополупериодной схемой коэффициенте пульсаций может быть в 2 раза меньше. Недостатки: Более сложная конструкция трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали. Снижение пульсаций LC -фильтром объясняется совместными дей­ствиями индуктивной катушки и конденсатора. Снижение переменных сос­тавляющих выпрямленного напряжения обусловлена как сглаживающим дей­ствием конденсатора , так и значительным падением переменных сос­тавляющих напряжения на дросселе . В то же время постоянная сос­тавляющая напряжения на нагрузочном резисторе не уменьшается, так как отсутствует какое – ни будь значительное падение напряжения этой составляющей на очень малом активном сопротивлении дросселя.
46. Нарисуйте схему дифференциатора и интегратора на базе ОУ. Поясните назначение элементов схемы. Интегратор а. б. Схема интегратора, показанная выше (слева), одновременно является активным фильтром нижних частот (ФНЧ). Справа приведена интегрирующая RC - цепочка, являющаяся пассивным ФНЧ, и ее амплитудно-частотная характеристика (АХЧ). При подаче на вход импульса прямоугольной формы (рисунок справа) на выходе мы увидим импульс с передним и задним фронтами, "затянутые" по экспоненциальному закону: Приближенно, при временах, меньших RC, на выходе получим проинтегрированный входной сигнал: При синусоидальном сигнале его форма не меняется, при этом амплитуда уменьшается при частотах порядка 1/RC: Дифференциатор а. б. Поменяв конденсатор и резистор местами, мы получим схему дифференциатора, показанную выше (слева). В тоже время это активный фильтр верхних частот (ФВЧ). Справа приведена дифференцирующая RC - цепочка, являющаяся пассивным ФВЧ, и ее амплитудно-частотная характеристика (АХЧ) с подъемом в области высоких частот. На этот же рисунке мы можем видеть искажение прямоугольного сигнала. Дифференцирование данная схема осуществляет в соответствии с формулой:	47. Нарисуйте схему компенсационного стабилизатора на базе ОУ. Поясните назначение элементов схемы. В отличие от параметрических компенсационные стабилизаторы напряжения обеспечивают необходимую стабильность напряжения на нагрузке при помощи отрицательной обратной связи, воздействующей на регулирующий элемент (РЭ). В зависимости от схемы включения РЭ компенсационные стабилизаторы разделяются на последовательные и параллельные. Высокими показателями обладают стабилизаторы с усилителем постоянного тока на ОУ, один из вариантов которого показан на рисунке. На этом стабилизаторе опорный стабилитрон VD включен в верхнее плечо моста, диагональ которого присоединена к выходу стабилизатора, а вторая - ко входу ОУ. Выходное напряжение стабилизатора равно Uo=Us(R2+R3)/R3. Для защиты регулирующего транзистора VT1 от выхода из строя при коротком замыкании на выходе устройства введены транзистор VT2 и резисторы R4 и R5. При увеличении выходного тока выше допустимого предела падение напряжения на резисторе R5 (около 0,5В) открывает транзистор VT2, в результате чего уменьшается выходное напряжение стабилизатора. При этом резистор R4 защищает выход ОУ от перегрузки при открытом VT2.	48. Нарисуйте схему симметричного дифференциального каскада на базе биполярных транзисторов. Поясните назначение элементов схемы. В усилительных каскадах транзисторы включить можно последова­тельно друг с другом по отношению к источнику электропитания, либо параллельно. Параллельные каскады более удобны для практического использования и для микроэлектронной технологии, а поэтому в настоящее время в основном и применяются. Наиболее распространенным параллельным каскадом усилителя является дифференциальный каскад (ДК). Дифференциальным называется каскад,имеющий два симметрич­ных входа и дающий на выход напряжение, пропорциональное раз­ности входных сигналов ( “дифференциальный” означает разностный) . На базы транзисторов VT1 и VT2, оба ОЭ, поступает симметрич­ный относительно общего провода сигнал, т.е. два равных противопо­ложных напряжения U'bx и U''bx. Выходной сигнал снимается с вывода от коллектора этих двух транзисторов и равен сумме частичных выходных напряжений, разви­ваемых каждым транзистором на своем сопротивлении коллекторной нагрузки R3 и R5. В общей эмиттерной цепи транзисторов VT1 и VT2 включено сопротивление R4, которое осуществляет эмиттерную стабилизацию исходного режима. Величина этого сопротивления может быть вдвое меньше, чем в одиночном каскаде, так как через него проходит постоян­ный ток двух транзисторов. Кроме того, резистор R4 создает связь между эмиттерами по переменному току В положительный полупериод сигнала на первом входе на R3 соз­даётся частичное выходное напряжение U'вых с отрицательным зна­ком у выходного зажима около коллектора транзистора VT1. Одно­временно на второй вход поступает отрицательная полуволна такого же сигнала, и не резисторе R5 создается второе частичное напряже­ние U"вых с положительным знаком около второго выходного зажима (у коллектора VT2).
49. Нарисуйте вольтамперную характеристику полупроводникового диода. Определите дифференциальное сопротивление диода в произвольной точке прямой ветви. Технические параметры диода в основном определяются его вольт-амперной характеристикой (ВАХ), типовой вид которой представлен на рис. 1.2. На характеристике можно выделить две типичные ветви: прямую и обратную. Прямая ветвь соответствует проводящему состоянию диода при полярности прямого напряжения  (рис. 1.2). Обратная ветвь показывает закрытое состояние диода при соответствующей полярности обратного напряжения . Прямая ветвь характеризуется малыми значениями прямого напряжения  на диоде, а обратная – малыми значениями тока , называемого обратным. Рис. 1.2. Вольт-амперная характеристика диода Как видно из приведенной характеристики, обратный ток  относительно мало изменяется до приближения к предельному значению, называемому напряжением пробоя . Увеличение обратного напряжения свыше  сопровождается резким возрастанием обратного тока , которое объясняется лавинообразным увеличением носителей заряда в р–n-переходе (лавинный пробой). Прямая ветвь вольт-амперной характеристики диода может быть аппроксимирована прямой линией. Отрезок, отсекаемый этой линией на оси абсцисс, равен пороговому напряжению , а котангенс угла , под которым эта линия пересекает ось абсцисс, представляет собой дифференциальное сопротивление . В этом случае значения прямого напряжения  и тока  связаны линейной зависимостью:  , где   – прямое падение напряжения на диоде;  – начальное или пороговое падение напряжения;  – значение прямого тока;  – дифференциальное сопротивление. Для силовых вентилей электровозов начальное падение напряжения находится в диапазоне значений 0,6–1,0 В, а дифференциальное сопротивление – в пределах 0,0005…0,0025 Ом. Эти параметры приводятся в справочных данных вентилей.	50. Нарисуйте схему гармонического генератора на ОУ с мостом Вина. Поясните назначение элементов схемы. Чем определяется частота генерации? В низкочастотных генераторах гармонических колебаний часто используют мост Вина и значительно реже низкочастотный гиратор. Генератор с мостом Вина прост, но для него необходим сдвоенный перестраиваемый элемент - резистор или конденсатор. Гиратор же позволяет использовать для перестройки частоты лишь один переменный резистор. Для получения сигнала с коэффициентом нелинейных искажений около 0.01 % в обоих вариантах применяют терморезисторы. На рисунке показана схема генератора с мостом Вина. Два частотно-зависимых плеча моста подключены к неинвертирующему входу дифференциального усилителя. Два других плеча подключены к инвертирующему входу. Выходное напряжение стабилизирует полупроводниковый терморезистор типа ПТМ-2/0,5, обычно применяемый в промышленных генераторах с мостом Вина. Особенностью этого элемента является малая потребляемая мощность: в режиме стабилизации на нем падает напряжение 2 В при токе 0,5 мА. Выходное напряжение генератора около 3 В и при перестройке частоты практически не меняется. Частота генерации определяется выражением f=1/2(PI*R*C) [1] при R=R2=R4, C=C1=C3. Для перестройки частоты генерации используют сдвоенные переменные резисторы или переменные конденсаторы.	51. Нарисуйте схему сложения-вычитания на ОУ, позволяющую осуществлять действия с учетом множителей. Эта схема представляет собой обобщение схемы усилителя с дифференциальным входом. Общее выражение для выходного напряжения схемы сложения вычитания очень громоздкое, рассмотрим условия необходимые для правильной работы этой схемы. Эти условия сводятся к тому, чтобы сумма коэффициентов усиления инвертирующей части схемы была равна сумме коэффициентов усиления ее неинвертирующей части. То есть инвертирующий и неинвертирующий коэффициенты усиления должны быть сбалансированы. Символически это можно oбозначить следующим образом: где m - число инвертирующих входов, n - число неинвертирующих входов. Отсюда имеем: Схема cложения - вычитания может одновременно складывать и вычитать, то есть производить алгебраическое суммирование сигналов, но сумма ее инвертирующих коэффициентов усиления должна быть равна сумме неинвертирующих коэффициентов.
52. Нарисуйте эквивалентную схему биполярного транзистора с использованием h-параметров. Поясните смысл h-параметров Биполярный транзистор в схемотехнических приложениях представляют как четырехполюсник и рассчитывают его параметры для такой схемы. Для транзистора как четырехполюсника характерны два значения тока I1 и I2 и два значения напряжения U1 и U2 В зависимости от того, какие из этих параметров выбраны в качестве входных, а какие в качестве выходных, можно построить три системы формальных параметров транзистора как четырехполюсника. Система h-параметров используется как комбинированная система из двух предыдущих, причем из соображений удобства измерения параметров биполярного транзистора выбирается режим короткого замыкания на выходе (U2 = 0) и режим холостого хода на входе (I1 = 0). Поэтому для системы h-параметров в качестве входных параметров задаются ток I1 и напряжение U2, а в качестве выходных параметров рассчитываются ток I2 и напряжение U1, при этом система, описывающая связь входных I1, U2 и выходных I2, U1 параметров, выглядит следующим образом: Значения коэффициентов в уравнении для h-параметров имеют следующий вид:  - входное сопротивление при коротком замыкании на выходе;  - выходная проводимость при холостом ходе во входной цепи;  - коэффициент обратной связи при холостом ходе во входной цепи;  - коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе. Эквивалентная схема четырехполюсника с h-параметрами приведена на рисунке 5.24а, б. Из этой схемы легко увидеть, что режим короткого замыкания на выходе или холостого хода на входе позволяет измерить тот или иной h-параметр.	53. Охарактеризуйте транзисторный усилитель - ограничитель, опишите схему, режимы, расчет элементов. Преобразование формы входного сигнала в данной схеме обеспечивается за счет его ограничения транзисторным усилителем, включенным по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Являясь амплитудным ограничителем, схема осу­ществляет следующее преобразование входного сигнала: где k –const Величины входного напряжения Uогр1, Uогр2 по достижению которых входным сигналом, выходной сигнал перестает изменяться пропорцио­нально входному и остается постоянным (равным Е1, или Е2) называется порогами ограничения. Соответствующие им значения выходного напряжения: Е1, E2 - называются уровнями ограничения. Физический смысл коэффициента k - коэффициент усиления усилителя с ОЭ по напряжению. В этом случае выходной сигнал будет иметь вид (рис.4) Типовая схема транзисторного усилителя - ограничителя представлена на рис.5 и построена в соответствии со структурой идеального преобразователя (рис.1). Роль ключевого элемента Кл здесь выполняет транзистор VT1 с коллекторной нагрузкой R3. Резистивный делитель R1, R2 обеспечивает наличие начального потенциала (базового смещения) на базе транзистор VТ1, необходимого для выведения рабочей точки каскада на требуемый участок амплитудной характеристики. Конденсаторы Ср1 ,Cp2 - раздели­тельные, служат для развязки по постоянному току источника входного сигнала от цепей смещения транзистора VT1. Принцип работы ограничителя состоит в периодическом (под воздействием входного сигнала) выведение транзистора VТ1 в область отсечки и насыщения, где выходной сигнал остается постоянным (и равным: - Ek и Uкэнас соответственно) при произвольном изменении входного. Т.е. уровни ограничения данной схемы считаем определенными:| E1| = Uкэнас | E2 | = Ek Выбор режима ограничения, определение порогов ограничения произ­водится по амплитудной характеристике, которая - в данном случае сов­падает с проходной характеристикой усилительного каскада с ОЭ т.е. зависимостью Uкэ = Uкэ (Uбэ). 1. Режим симметричного двустороннего ограничения. 2.Режим одностороннего ограничения сверху обеспечивается при выборе Е0 из условия: | Uогр1| ≤ E0 ≤ | Uогр1 + Uогр2 | / 2 3.Режим одностороннего ограничения снизу. Обеспечивается при выборе смешения Е0 из условия: | Uогр2 | ≥ E0 ≥ | Uогр1 + Uогр2 | / 2 4.Усилительный режим (отсутствие ограничения)	54. Охарактеризуйте триггер Шмитта, схему, опишите принцип работы, расчет элементов. Отличительными особенностями этого преобразователя являются : -наличие двух уровней порогового напряжения ( Uпор на рис.2) : е01, e02 и гистерезисный характер их чередования при воздействии входного сигнала. -высокая крутизна фронтов выходных прямоугольных импульсов обусловленная действием внутренней положительной обратной связи (СПОС), т.е. регенеративным характером переключения схемы. -независимость формы выходного сигнала от формы входного. Схема триггера Шмитта представлена на рис.13 Рассмотрение работы схемы начнем с исходного состояния (в отсутствии входного сигнала) при котором транзистор VT1 - заперт, а VT2 – насыщен. Для простоты будем считать, что - в режиме насыщения цепь "коллектор - эмиттер" транзисторов можно изменить короткозамкнутой перемычкой, т. е. Uкэнас = 0. -в режиме отсечки цепь "коллектор - эмиттер" - разомкнута. -отпирание транзисторов (их насыщение) происходит при уравнивании потенциалов базы и эмиттера, пренебрегая реально необходимой для этого разницей потенциалов между ними, Uбэ откр = 0,7. Одновременное удержание транзисторов VT1, VT2 в отсечке и насыщении соответственно, обеспечивается следующим образом. Насыщение транзистора VT2 - за счет подачи потенциала ( ≈ - Ек ) с коллектора запертого VT1, через делитель на резисторах R5 , R6 в цепь базы VT2. При этом его коллекторный ток: IkVT2 = Ек/( R4 + R7) протекая через резистор R4, он создает падение напряжения: e01 = IkVT2 R4 = Ек R4 /( R4 + R7) (2.22) Если при этом, за счет базового делителя R1 , R2 обеспечить потенциал базы VT1 окажется заперт. Выходное напряжение я этом случае будет: Uвых ≈ e01 (2.23) Пусть на вход схемы поступает сигнал вида: Uвх­(t) = Uмsin ωt , складываясь с уже имеющимся там напряжением Е0 задаваемого делителем R1, R2 Е0 = Ек R2 /( R1 + R2) (2.24) При условии (2.25) он не вызовет изменения состояния схемы (2.25) до тех пор пока не сравняется с потенциалом эмиттера транзистора VT1 равным e01. При этом транзистор VT1 откроется и шунтируя своим переходом "коллектор - эмиттер" базовую цепь VT2 запирает его. Вследствие исчезновения тока IkVT2 пропадает и потенциал e01 на эмиттере, ускоряя его открывание. Т.е. через общую эмиттерную нагрузку обоих каскадов (резистор R4) осуществляется действие ПОС, когда входной сигнал (на базе VT1) и вызванный им выходной (поступающий на эмиттер VT1) ускоряет переключение транзистора VT1 в насыщение. Процесс протекает лавинообразно, что и определяет высокую крутизну фронтов выходного сигнала фактически не зависящую от скорости нарастания входного сигнала, и завершается вхождением транзистора VT1 – в насыщение, а VT2 – в отсечку (рис.14)