- •Схемотехника в системах управления
- •1 Аналоговая схемотехника
- •1.1 Резисторы (сопротивления)
- •1.2 Конденсаторы
- •1.3 Индуктивность
- •1.4 Диоды
- •1.5 Биполярные транзисторы
- •1.6 Униполярные транзисторы
- •1.7 Тиристоры
- •1.8 ТранзисторыIgbt(Ай Жи Би Ти)
- •1.9 Сит транзисторы и сит-тиристоры
- •1.10 Новые разработки транзисторов и тиристоров
- •1.11 Обратные связи
- •1.12 Операционные усилители
- •2 Логические схемы
- •2.1 Основные определения
- •2.2 Диодные логические схемы
- •2.3 Ттл логические схемы
- •2.4 Особенности 530, 531, 533, 555 серий
- •2.5 Логика на униполярных транзисторах
- •2.6 Логика с оптическими связями
- •2.7 Программируемые логические интегральные схемы (плис)
- •2.8 Обобщенная модель плис
- •2.9 Микросхема плм (к556 рт 1)
- •3 Триггеры
- •3.1 Триггеры на биполярных транзисторах
- •3.2 Триггеры на униполярных транзисторах
- •3.3 Триггеры на логических элементах
- •3.4 СинхронныйRs–триггер
- •3.5 Счетный триггер на логических элементах
- •3.8 Интегральный шестиэлементныйD–триггер тм2
- •3.10 Прозрачные триггеры–защелки
- •3.11 Гонки
- •3.12 Триггеры на приборах с отрицательным сопротивлением. Триггеры на туннельных диодах.
- •3.13 Триггеры на тиристорах
- •3.14 Триггеры на двухбазовых диодах
- •3.15 Триггеры на операционных усилителях
- •4 Генераторы импульсов
- •4.1 Мультивибраторы на биполярных транзисторах
- •4.1.1 Мультивибраторы в ждущем режиме
- •Мультивибраторы на биполярных транзисторах в автоколебательном режиме.
- •4.2 Ждущий мультивибратор на униполярных транзисторах
- •4.3 Генератор импульсов на двух логических элементах с двумя конденсаторами в автоколебательном режиме
- •4.4 Генератор импульсов на четырех логических элементах с одним конденсатором
- •4.5 Генераторы импульсов на логических элементах в ждущем режиме
- •4.6 Генератор импульсов на туннельном диоде в ждущем режиме
- •4.7 Генератор импульсов на туннельном диоде в автоколебательном режиме
- •4.8 Генератор импульсов на тиристоре в ждущем режиме
- •4.9 Генератор импульсов на тиристоре в автоколебательном режиме
- •4.10 Таймеры
- •4.11 Генератор импульсов в ждущем режиме на таймере
- •4.12 Генератор импульсов в автоколебательном режиме на таймере
- •4.13 Блокинг–генераторы в ждущем режиме
- •4.14 Блокинг–генератор в автоколебательном режиме
- •4.15 Магнито–транзисторный преобразователь двухплечевой
- •4.16 Схема с дополнительным трансформатором
- •4.17 Мостовая и полумостовая схемы магнито–транзисторных преобразователей
- •4.18 Генераторы импульсов на оу в автоколебательном режиме
- •4.19 Генератор импульсов на оу в ждущем режиме
- •4.20 Кварцевая стабилизация импульсных генераторов
- •4.21 Генератор импульсов, стабилизированный кварцем
- •5 Генераторы синусоидальных колебаний
- •5.1 Общие определения
- •5.2 Генератор синусоидальных колебаний сLCконтуром и трансформаторной ос
- •5.3 Схемы с индуктивной, емкостной трехточками
- •5.4RCцепи для генераторов синусоидальных колебаний
- •5.5 Генераторы синусоидальных колебаний сRиC–параллелями
- •5.6 Генераторы синусоидальных колебаний с кварцевой стабилизацией
- •5.7 Генераторы синусоидальных колебаний на оу
- •6 Цифроаналоговые и аналого–цифровые преобразователи
- •6.1 Цифроаналоговые преобразователи
- •6.1.1 Цап с весовыми резисторами
- •6.1.2 Цап с матрицей r–2r
- •6.1.3 Цап с сигма–дельта модуляцией
- •6.1.4 Цап с прямым преобразованием
- •6.2 Аналого–цифровые преобразователи
- •6.2.1 Следящие ацп
- •6.2.2 Развертывающие ацп
- •6.2.3 Ацп с регистром последовательного приближения
- •6.2.4 Ацп с двойным интегрированием
- •6.2.5 Ацп параллельного преобразования
- •6.2.6 Ацп с сигма–дельта () модуляцией
- •6.2.7 Микросхема кр1108 пп–1
- •7 Источники питания электронных устройств
- •7.1 Общие определения
- •7.2 Выпрямители
- •7.3 Параметрические стабилизаторы напряжения
- •7.4 Компенсационные стабилизаторы напряжения
- •7.5 Импульсные стабилизаторы напряжения
- •7.6 Импульсные корректоры коэффициента мощности
1 Аналоговая схемотехника
Слово «схемотехника» является производным от «электроника и микросхемотехника». Введено в связи с составлением новых учебных планов, по существу это одно и то же: электроника в автоматике.
Выделяют три основные части схемотехники – непрерывная (аналоговая), импульсная и цифровая. Вначале электроника была непрерывной, затем получила развитие импульсная часть, в последнее время в «моде» цифровые разделы, иногда в литературе импульсную часть относят к цифровой.
Современное исполнение электронных устройств – печатные платы, на которых размещаются микроконтроллеры, интегральные и навесные элементы. При массовом производстве стараются заменить печатные платы блоками интегрального типа. Если в случае отказа на печатных платах можно заменить некоторые элементы (наподобие хирургической операции человеку), то блоки интегрального типа не ремонтируются, их выбрасывают, заменяют новыми. Насколько это целесообразно – судить будущему, однако выбрасывают не только электронные устройства, но в целом технические устройства совместно с электронными, как говорят «роскошно жить не запретишь». В этом случае нет необходимости в изучении электроники: достаточно знать, что она отказала, выбросили, заменили новой.
Некогда обширная непрерывная электроника сократилась до элементов – резисторов, конденсаторов, обмоток индуктивностей, операционных усилителей. Импульсная электроника ещё имеет значение потому, что в нее входит управление электродвигателями и другими силовыми механизмами автоматики, имеющее экономичный импульсный характер. Так же сюда входят генераторы различных типов, в том числе и синусоидальные, цифроаналоговые и аналого-цифровые, преобразователи, импульсные стабилизаторы, логические элементы, триггеры, хотя их с равным правом можно отнести к цифровой электронике. В последней большую часть занимают микроконтроллеры различных типов, программирование и перепрограммирование которых позволяет заменить так называемые «железные» части систем управления электронными программами.
1.1 Резисторы (сопротивления)
Английское resistor, от латинского resisto – сопротивляюсь.
Устройство на основе проводника с нормированным постоянным или регулируемым омическим сопротивлением. Представим электрическую цепь (рисунок 1.1). Ток в цепи будет определяться законом Ома.
, где U=E0
Рисунок 1.1 – Электрическая цепь
На рисунке 1.1 резистор изображен в виде прямоугольника (европейский стандарт). На американских схемах резистор представляют по-другому, как показано на рисунке 1.2 (американский стандарт).
Рисунок 1.2 – Резистор в американском стандарте
При изменении величины сопротивления резистора, изменяется величина тока амперметра. Если условно сравнить электрическую цепь с водопроводной трубой, то резистор подобен вентилю (крану), регулирующему поток воды.
Выделяют постоянные резисторы, переменные (потенциометры) и резисторы-датчики. Условные изображения приведены на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 – Условные изображения резисторов
Основу резистора составляет резистивный элемент, выполняемый из специальных резисторных материалов.
Требования к резисторным материалам – стабильность, независимость от температуры, освещённости, отсутствие старения и т.д. Для постоянных резисторов имеются таблицы стандартных значений, выпускаемых промышленностью. В этих таблицах приводятся цифры для разных классов точности и, соответственно, цены, чем выше точность, тем дороже. В более полных справочных или заводских данных указываются величины паразитных индуктивностей и емкостей, один из вариантов включения которых изображен на рисунке 1.4.
Рисунок 1.4 – Резистор R с паразитными индуктивностью L и емкостью С
Паразитные индуктивность L и емкость C ухудшают свойства резистора R, поэтому стараются выбрать те элементы, которые имеют резистивность в более чистом виде (но дороже).
В каталогах и справочниках также выделяют стандартные значения мощностей рассеяния – от десятых долей Ватта и более. Резисторы, так же как и другие электрические элементы, располагают на печатных платах – диэлектрических пластинах, первоначально покрытых фольгой (например, из меди); затем, путём травления, образуются проводники, соединяющие выводы элементов электронной схемы. Без печатной платы – нет электронной схемы. Например, микроконтроллер (разъём для него) помещается на печатную плату так же как и другие элементы – резисторы, конденсаторы, транзисторы и т.д. Предпочтительны бессвинцовые припои для пайки выводов, потому что свинец ядовит.
У переменных резисторов (потенциометров) имеется подвижный (скользящий) контакт. Выделяют подстроечные (слабые по износоустойчивости) и регулировочные (высокоустойчивые) потенциометры.
В зависимости от конструкции выделяют плёночные, объёмные, фольговые, проволочные и т.д. резисторы.
При движении электроны испытывают столкновения, возникает собственный шум. Необходимо выбирать резисторы с минимальным уровнем шумов, повышается помехоустойчивость электронной схемы.
При взгляде на печатную плату с электронными элементами, если на ней будут расположены резисторы размером с палец руки, сразу можно сделать вывод о том, что схема спроектирована неграмотно. С точки зрения экономичности, электронной культуры, размеры и мощность рассеяния резисторов должны быть минимальными (меньше 0,5 Ватт).
Предельное рабочее напряжение Uп для каждого типа резистора устанавливается исходя из его конструкции. Лежит в пределах от долей вольта до нескольких киловольт.
Примеры сплавов для проволочных резисторов – константан, манганин и др.
Потенциометры могут иметь пропорциональную и непропорциональную зависимости сопротивления от положения движка.
Резисторы-датчики – это терморезисторы, варисторы, фоторезисторы и т.д. Варисторы – это резисторы, сопротивление которых изменяется под действием приложенного напряжения, характеристика нелинейна. Слово «нелинейная» означает кривую линию. Так принято в электронике, автоматике. Более точно – «криволинейная».
Одной из важнейших характеристик резисторов является радиационная устойчивость. В равной мере это же относится и ко всем другим элементам электроники, определяет надежность, вероятность исправной работы.
Единицы сопротивления – Ом, килом(103 Ом), мегом(106 Ом).