МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ПОДГОТОВКИ ПЕРЕПОДГОТОВКИ ИНЖЕНЕРНЫХ КАДРОВ

КАФЕДРА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

ЭЛЕКТРОНИКА

Рабочая программа, методические указания и контрольные задания

Специальность 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств»

(заочная сокращенная программа подготовки) заочное сокращенное Курс 3 Семестр 5 Всего часов по учебному плану Всего часов аудиторных занятий Лекции, час. Лабораторные занятия, час. Курсовая работа (семестр) Экзамен (семестр) Составители: к.т.н., доц. Кулагин Р.Н.

к.т.н., доц. Шостенко С.В.

Зав. кафедрой д.т.н., проф. Сердобинцев Ю.П.

Волгоград 1 Содержание и объем дисциплины Введение. Роль электроники в автоматизации технологических процессов.

Интегральная технология и ее влияние на схемотехнику электронных устройств.

Классификация полупроводниковых приборов.

Физические основы полупроводниковых приборов. Приборы на основе p-n перехода:

диоды, свето- и фотодиоды, стабилитроны. Область применения, основные параметры, ВАХ.

Биполярные транзисторы: параметры, принцип работы, входные и выходные характеристики, основные схемы включения.

Полевые транзисторы. Принцип действия, разновидности, основные параметры и характеристики. Особенности применения.

Тиристоры. Принцип работы. Основные характеристики. Применение.

Усилительные устройства. Основные характеристики. Типы обратных связей.

Усилители на транзисторах. Схемотехника. Разновидности. Стабилизация режимов работы.

Усилители мощности. Схемотехника и режимы работы. Основные показатели.

Операционные усилители. Схемотехника и основные параметры. Принцип анализа схем на ОУ.

Импульсные устройства. Параметры и спектр импульсных сигналов. Классификация и особенности цифровых устройств. Ключевой режим работы транзистора.

Алгебра логики. Основы логических схем. Логические элементы. Схемотехника, основные параметры, классификация. Условия согласования по входу и выходу.

Типовые комбинационные схемы: дешифратор, мультиплексор, сумматор Триггеры. Разновидности, принципы работы.

Счетчики и делители частоты следования импульсов. Регистры сдвига. ОЗУ.

Основы микропроцессорной техники. Архитектуры МП-систем. Принципы работы и системы команд.

2 Перечень лабораторных работ Исследование характеристик полупроводниковых приборов.

Исследование усилительных каскадов на биполярном транзисторе.

Исследование транзисторного трехкаскадного усилителя напряжения и мощности.

Исследование логических элементов ТТЛ.

Исследование цифровых устройств последовательностного типа.

Исследование типовых комбинационных схем.

3 Курсовая работа Разработать цифровой блок управления (ЦБУ); электроприводом для позиционирования транспортера в соответствии с заданным количеством кодовых импульсов датчика угла поворота электропривода.

ЦБУ должен содержать фотоэлектрический импульсный датчик, формирователь импульсов, счетчик импульсов с предустановкой, командный триггер и импульсный усилитель мощности.

Исходные данные для работы сведены в табл.

Таблица – Исходные данные для курсовой работы Элементная база ТТЛ (вариант для четной предпоследней цифры зачетки);

КМОП (вариант для нечетной предпоследней цифры зачетки) 150 + 5n ± 5 кодовых импульсов Диапазон изменения угла поворота Относительный световой Ic / Iт = 5 + n ток фотодиода Относительная амплитуда Iп / Ic = 0, помехи электродвигателя, (В) электродвигателя, (А) (n – вариант по последней цифре зачетки).

Курсовая работа включает в себя: пояснительную записку с расчетом всех элементов, а также обоснованием по их выбору; функциональную схему (рис. по тексту в пояс. зап.); график статической характеристики компаратора с отмеченными уровнями всех сигналов (рис. по тексту в пояс. зап.); принципиальную схема ЦБУ (формат A3); чертеж печатной платы (формат A3); перечень элементов (формат А4).

4 Методические указания Датчик представляет собой оптрон, преобразующий поток излучения светодиода в импульсы тока фотодиода за счет периодического прерывания потока излучения вращающимся щелевым диском, установленным на валу привода. Ток фотодиода кроме световой составляющей Iс, имеет темновую составляющую Iт и составляющую помехи Iп, возникающую на частоте вибрации.

Формирователь импульсов выполняется на основе регенеративного компаратора, который повышает крутизну фронта импульсов датчика, а также устраняет влияние помехи и темнового тока фотодиода на выходной сигнал.

Счетчик обеспечивает подсчет числа импульсов датчика, сформированных компаратором, и выдает на командный триггер сигнал «СТОП» после поступления заданного числа импульсов. Для изменения этого числа, соответствующего заданному углу поворота, необходимо в схеме предусмотреть специальный переключатель-задатчик.

Командный триггер формирует сигнал управления электроприводом по командам "ПУСК" и "СТОП", которые могут подаваться как вручную от соответствующих кнопок, так и от внешних устройств.

Импульсный усилитель мощности содержит силовой транзистор, обеспечивающий необходимый ток в якорной цепи электродвигателя при включении его от командного триггера.

5 Контрольные вопросы по дисциплине 1. Усилительные устройства. Основные показатели усилителей, области применения.

Принцип действия усилительного каскада.

2. Обратные связи (ОС) и их влияние на свойства усилителей. Определение коэффициента усиления Кu и входного сопротивления Rвх в усилителе с последовательнопараллельной ОС.

3. Графический анализ работы усилительного каскада с ОЭ по входным и выходным характеристикам транзистора, учет влияния внешней нагрузки.

4. Усилительный каскад с эмиттерной стабилизацией. Схема, режим работы, расчет элементов. Определение коэффициента усиления Кu и входного сопротивления Rвх.

5. Усилители мощности класса В. Схема, режим работы, диаграммы сигналов.

Определение КПД усилителей класса В и класса А.

6. Инвертирующий масштабный операционный усилитель (ОУ). Схема включения, основные свойства, определение Кu и Rвх.

7. Суммирующий ОУ. Схема включения, основные свойства.

8. Неинвертирующий масштабный ОУ. Схема включения, основные свойства.

Определение Кu и Rвх.

9. Интегрирующий ОУ. Схема включения, основные свойства. Реакция на ступенчатое воздействие и периодический импульсный сигнал.

10. Дифференцирующий ОУ. Схема включения, основные свойства. Реакция на ступенчатое воздействие и периодический импульсный сигнал.

11. Цифровые устройства, основные типы. Отличие аналоговых и цифровых сигналов.

Логическая функция и таблица состояний. Законы Де-Моргана. Взаимный перевод двоичных и десятичных чисел.

12. Импульсный режим работы биполярного транзистора (БТ). Область насыщения, условия обеспечения, определение мощности, рассеиваемой транзистором.

13. Импульсный режим работы БТ. Область отсечки, условия обеспечения, определение мощности, рассеиваемой транзистором.

14. Импульсный режим работы БТ Область переключения, время включения и выключения транзистора, определение мощности, рассеиваемой транзистором.

15. Импульсный режим работы БТ. Характеристики импульсного сигнала. Схема импульсного каскада. Определение полной мощности, рассеиваемой транзистором. Условия выбора транзистора.

16. Логические элементы, классификация. ДРЛ элементы "И", "ИЛИ", принципиальные схемы, режим работы, применение.

17. Логические элементы на ИМС. Классификация. Базовый элемент «И-НЕ» ТТЛ, принцип действия, входная и передаточные характеристики.

18. Логические элементы ТТЛ. Основные параметры, достоинства и недостатки.

Условия согласования с источником сигнала и нагрузкой.

19. Логические элементы на КМОП транзисторах. Основные параметры, достоинства и недостатки. Базовый элемент "НЕ", принцип действия.

20. Логические элементы на КМОП транзисторах. Принцип действия элементов "И-НЕ", "ИЛИ-НЕ".

21. Триггеры. Основные типы. Структура асинхронных и синхронных RS-триггеров, принцип действия, таблица состояний, обозначение, области применения.

22. Триггеры. Основные типы. Структура синхронных D- и JK-триггеров. Принцип действия, таблица состояний, обозначение, области применения.

23. Двоичные счетчики с последовательным переносом. Структура, принцип действия, временные диаграммы, коэффициент пересчета, недостатки.

24. Двоичные счетчики с параллельным переносом. Структура, принцип действия, временные диаграммы, быстродействие.

25. Делители частоты. Способы построения, коэффициент деления. Структура делителя частоты с произвольным заданным коэффициентом деления.

26. Регистры памяти и сдвига. Структура, принцип действия. Универсальный регистр, обозначение, последовательный и параллельный ввод и вывод чисел.

27. Мультиплексор. Обозначение, принцип действия, логическая функция. Связь между количеством входов и выходов.

28. Демультиплексор, дешифратор. Обозначение, принцип действия, логическая функция. Связь между количеством входов и выходов.

29. Сумматор. Принцип суммирования двоичных чисел. Схемы полусумматора, и nразрядного параллельного сумматора с последовательным переносом.

30. Микропроцессоры (МП). Обобщенная структурная схема МП и микро-ЭВМ.

Разновидности микропроцессорных систем, применение.

Список рекомендуемой литературы 1. Основы промышленной электроники: Учеб. для вузов / Под ред. В.Г. Герасимова. – 3-е изд. – М.: Высш. шк., 1986. – 336 с.

2. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах.- Л.:

Энергоатомиздат, 1988. – 304 с.

3. Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 340 с.

4. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника. Учебник для ВУЗов, Ростов на Дону: Феникс, 5. Матвеев В.В.Электроника и микропроцессорная техника. Волгоград: ВолгГТУ, 1998.

6. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. М.:Радио и связь, 1987.

7. Исследование аналоговых компараторов. Методические указания к лаб. работе №8, Составитель Р.Н. Кулагин. ВолгГТУ, 1989. – 16 с.