Аналоговая схемотехника. Часть II

1. АНАЛОГОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА Часть II

2. Источник ЭДС

2
Источник ЭДС
• Источник ЭДС (идеальный источник напряжения) —
двухполюсник, напряжение на зажимах которого не
зависит от тока, протекающего через источник и равно
его ЭДС. ЭДС источника может быть задана либо
постоянным, либо как функция времени, либо как
функция от внешнего управляющего воздействия.
В простейшем случае ЭДС определена как константа,
обычно обозначаемая буквой E.

3. Реальные источники ЭДС

3
Реальные источники ЭДС
Химические источники питания
Генератор ЭДС
Лабораторный источник питания
Блок питания персонального компьютера

4. Обозначения источников ЭДС

4
Обозначения источников ЭДС
• Идеальные источники ЭДС
• Химические источники питания (батареи)

5. Напряжение - разность потенциалов

5 Напряжение - разность потенциалов
• Разность потенциалов определяет какую работу может совершить поле по перемещению носителя заряда q при из точки с
одним потенциалом в точку с другим потенциалом.
• Перемещая заряд мы можем совершить работу против поля.

6. Напряжение измеряют вольтметром

6 Напряжение измеряют вольтметром
• Вольтметр подключают в измеряемую цепь параллельно
участку, на котором необходимо измерить разность
потенциалов, соблюдая полярность.
• Вольтметр имеет высокое собственное внутреннее
сопротивление.

7. Типы вольтметров

7
Типы вольтметров
• Вольтметры магнитоэлектрической системы
• Вольтметры цифровые (усилитель ПТ, АЦП с индикацией)

8. Резисторы

8
Резисторы
• Резистор - это пассивный элемент электрической цепи.
Резистор предназначен для уменьшения силы тока.

9. Закон Ома для полной цепи

9
Закон Ома для полной цепи
I = E / (R+r); => E = IR + Ir .
• Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС
и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и
внутреннего сопротивления источника.

10. Силу тока измеряют амперметром

10 Силу тока измеряют амперметром
• Амперметр подключают в разрыв измеряемой цепи
последовательно. Амперметр имеет низкое собственное
внутреннее сопротивление.

11. Неидеальный источник ЭДС

11
Неидеальный источник ЭДС
• Нагрузочная характеристика идеального и реального
источников ЭДС.

12. Параллельное и последовательное соединение резисторов

12
Параллельное и последовательное
соединение резисторов
• При последовательном соединении резисторов
складываются номиналы их сопротивлений, при
параллельном - величины проводимостей.

13. Переменные и подстроечные резисторы

13 Переменные и подстроечные резисторы
• Переменные резисторы – это резисторы, сопротивление которых
можно изменять. Существует две схемы включения переменных
резисторов в электрическую цепь: реостат и потенциометр.

14. Резистивный делитель напряжения

14
Резистивный делитель напряжения
I=E/(R1+R2); => U1=IR1; U2=IR2=ER2/(R1+R2);
• Делитель напряжения позволяет получить в конкретной точке
схемы часть питающего напряжения, не прибегая к применению
отдельного источника ЭДС.

15. Переменный делитель напряжения

15
Переменный делитель напряжения
• Переменный делитель напряжения позволяет получить в конкретной
точке схемы часть питающего напряжения, с возможностью регулировать его величину при необходимости.

16. Управляемый делитель напряжения

16 Управляемый делитель напряжения
• Изменение параметров делителя
напряжения с частотой 50…120
раз в секунду позволяет сформировать переменный электрический
сигнал звукового диапазона частот.

17. Осциллографы

17
Осциллографы
• Осциллограф — прибор, предназначенный для исследования амплитудных и временных параметров быстроменяющегося электрического
сигнала визуально на экране, либо записываемого на фотоленте.

18. Осциллограф учебный

18
Осциллограф учебный
• Осциллограф отображает двухмерный график зависимости напряжения
от времени, где по горизонтальной оси X откладывается время, а по
вертикальной Y — напряжение. Как еще говорят, осциллограф делает
временную развертку сигнала.

19. Усиление — получение мощной копии

19 Усиление — получение мощной копии
• Усиление — перераспределение энергии источника ЭДС между
нагрузкой и управляющим элементом по закону слабого
усиливаемого сигнала.

20. Громкоговорители — излучатели звука

20 Громкоговорители — излучатели звука
• Громкоговорители — электродинамические и электромагнитные.

21. Источник тока

21
Источник тока
I = E/(r+R+rн) => I = E/R, R >> (r + rн).
• Источник тока (идеальный) — двухполюсник, создающий
в нагрузке электрический ток, причем сила тока не зависит от сопротивления нагрузки. Используются также
термины генератор тока и идеальный источник тока.

22. Эффект Эдисона

22
Эффект Эдисона
• В 1883 году Эдисон, работая над усовершенствованием угольных ламп,
обнаружил, что между накаленной нитью и изолированным от нити
электродом, введенным в баллон лампы, протекает ток даже в том
случае, когда воздух из лампы выкачан. Это явление позднее получило
название «эффекта Эдисона» - «эффекта термоэлектронной эмиссии» .

23. Диод Флеминга

23
Диод Флеминга
• В 1904 году Джон Амброз Флеминг открыл, что электрическая
лампа накаливания с угольной нитью, окруженная металлическим электродом, действует как выпрямитель для высокочастотных колебаний и может быть использована в качестве детектора
для радиосигналов.

24. Принцип работы вакуумного диода

24 Принцип работы вакуумного диода
• При нагреве катода скорость движения и энергия электронов повышается настoлько, чтo oни oтрываются от катода и устрeмляются в окружающее пространство. При подключении напряжения к электродам
образуется электрическое поле, которое устремит электроны от катода к
аноду. Таким образoм, внутри лампы пoтечёт электрический ток.
Неравноправность холодного и нагретого электродов препятствует
прохождению обратного тока, у анода нет свободных носителей заряда.

25. Аудион (триод) Ли де Фореста

25 Аудион (триод) Ли де Фореста
• Ли де Форест изобрёл аудион в 1906 году, доработав диодный детектор
Флеминга на вакуумной лампе, он добавил третий электрод - сетку, что
дало возможность управления большим током от катода к аноду
посредством приложения к сетке потенциала малого сигнала.

26. Принцип работы вакуумного триода

26 Принцип работы вакуумного триода
• Возможность управления анодным током путем изменения напряжения
сетки является основной особенностью триода.
Мощность, затрачиваемая в сеточной цепи на управление анодным током, обычно значительно меньше мощности переменной составляющей
тока в анодной цепи, следовательно, триод обладает способностью
усиливать колебания.

27. Электронные лампы

27
Электронные лампы
• Вакуумные электронные лампы стали элементной базой компьютеров
первого поколения. Главным недостатком электронных ламп было то, что
устройства на их основе были довольно громоздкими. Для питания ламп
необходимо было подводить дополнительную энергию для нагрева катода, а
образованное ими тепло отводить.

28. Ламповая малая ЭВМ Урал-1

28 Ламповая малая ЭВМ Урал-1
• Малая ЭВМ на ламповой основе. Быстродействие — 100 оп/с. ОЗУ на
магнитном барабане (1024 слова). Внешнее запоминающее устройство
на магнитной ленте (40 000 слов). Устройство ввода-вывода —
перфолента (10 000 слов).

29. Триод в ключевом режиме

29
Триод в ключевом режиме
• При отрицательном потенциале на сетке лампа заперта. Анодный ток
не идет, цепь разомкнута, на аноде полное напряжение Еп.
• При нулевом или положительном потенциале на сетке лампа открыта.
Анодный ток идет, цепь замкнута, напряжение на аноде близко к 0 В.

30. Автоэмиссионные триоды

30
Автоэмиссионные триоды
• Автоэлектронная эмиссия - физическое явление, состоящее в том, что
электроны покидают металл или полупроводник, под действием сильного электрического поля, путем специфического квантового явления туннельного эффекта

31. Конденсатор электрический

31
Конденсатор электрический
• Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать
электрический заряд. Простейший конденсатор — две проводящие
пластины (электроды), разделенные каким-либо диэлектриком.

32. Ёмкость плоского конденсатора

32 Ёмкость плоского конденсатора
Емкостное сопротивление конденсатора
• Частотно-зависимый делитель напряжения (фильтр):
а) ослабляет низкие частоты; б) «срезает» высокие частоты.

33. Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

33 Последовательное и параллельное
соединение конденсаторов
• При последовательном соединении конденсаторов общая
емкость уменьшается складываются обратные величины.
• При параллельном соединении общая емкость конденсаторов
суммируется.

34. Интегрирующие и дифференцирующие RC-цепи

34 Интегрирующие и дифференцирующие
RC-цепи
откуда:
Выходное напряжение - интеграл от UR
Выходное напряжение прямо пропорционально производной от UC
• Дифференцирующие и интегрирующие RC-цепи применяют
для изменения длительности импульса в логических и
цифровых устройствах.

35. RC-цепи в цифровых устройствах

35
RC-цепи в цифровых устройствах
Интегрирующая RC-цепь осуществляет сдвиг или задержку входного
прямоугольного импульса на время приблизительно 3·«тау».
Это время разряда конденсатора до 5% амплитудного значения.
Дифференцирующая RC-цепь формирует короткие видео-импульсы
по фронту и спаду входного прямоугольного импульса.
• В цифровых схемах номиналы RC-цепи рассчитывают по закону
экспоненты - exp(-t/RC) исходя из длительности импульса и
требуемых изменений.

36. Конденсаторы в схемотехнике

36
Конденсаторы в схемотехнике
• Конденсаторы отделяют переменную составляющую сигнала от
постоянной, образуя фильтры высоких частот. Шунтируют источник ЭДС и резистор R смещения по переменной составляющей.
Фильтруют напряжение питания.

37. Гидравлический аналог конденсатора

37 Гидравлический аналог конденсатора
• Конденсатор в цепи прохождения переменного тока аналогичен
гибкой мембране в трубе с жидкостью. В схемах фильтров
конденсатор аналогичен накопительному баку (ресиверу).

38. Индуктивность

38
Индуктивность
• Индуктивность — идеализированный элемент электрической цепи,
в котором происходит запасание энергии магнитного поля.
Наиболее близким к идеализированному элементу является
реальный элемент электрической цепи - катушка индуктивности.

39. Индуктивность длинного соленоида

39 Индуктивность длинного соленоида
где
Гн/м
(магнитная постоянная)
• Индуктивность длинного соленоида — прямо
пропорциональна квадрату числа витков и
обратно пропорциональна длине соленоида.

40. Индуктивное сопротивление соленоида

40 Индуктивное сопротивление соленоида
Индуктивное сопротивление соленоида увеличивается
с ростом частоты сигнала.
• Частотно-зависимый делитель напряжения (фильтр):
а) «срезает» высокие частоты;
б) ослабляет низкие частоты.
• Индуктивное сопротивление используется также в
качестве нагрузочного в высокочастотных усилительных
каскадах для компенсации спада усиления на ВЧ.

41. Последовательное и параллельное соединение катушек индуктивности

41
Последовательное и параллельное
соединение катушек индуктивности
• Катушки индуктивности не связаны магнитным полем:

42. Последовательное и параллельное соединение катушек индуктивности

42
Последовательное и параллельное
соединение катушек индуктивности
• Катушки индуктивности связаны магнитным полем:
• а) магнитные потоки направлены в одну сторону - общая
индуктивность увеличивается за счет взаимной индукции;
б) магнитные потоки направлены навстречу друг другу - общая
индуктивность уменьшается за счет взаимной индукции.
• М - коэффициент взаимной индукции — добавочная индуктивность,
обусловленная частью магнитного потока, общей для обеих катушек.

43. Дифференцирующие и интегрирующие RL-цепи

43 Дифференцирующие и интегрирующие
RL-цепи
L/R - постоянная времени «тау»
дифференцирующей цепи
• Дифференцирующие и интегрирующие RL-цепи используются гораздо
реже аналогичных RC-цепей, поскольку катушка индуктивности элемент
технологически довольно неудобный и плохо поддающийся миниатюризации .

44. Катушка индуктивности в схемотехнике

44 Катушка индуктивности в схемотехнике
• Катушка индуктивности — нагрузка в схемах ВЧ, дроссель в
фильтрах питания, энергозапасающий элемент в импульсных преобразователях напряжения.
Связанные индуктивности образуют
трансформатор, позволяющий понижать и повышать переменное напряжение и обеспечивать гальваническую
развязку цепей электрической схемы.
• Индуктивность + емкость = колебательный контур —
резонансная и частотно-избирательная цепь.

45. Гидравлический аналог индуктивности

45 Гидравлический аналог индуктивности
Маховик с крыльчаткой аналог инерционного и
энергозапасающего элемента — индуктивности.
• Индуктивность при включении ЭДС в цепи препятствует
нарастанию тока, а при выключении стремится поддержать
убывающий ток (инерционность индуктивности).

46. Законы Кирхгоффа

46
Законы Кирхгоффа
I: E = I1R1+I2R2;
II: Iнrн – I2R2 = 0;
A: I1 = I2 + Iн.
• Во всяком замкнутом контуре алгебраическая сумма
ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжения на элементах, входящих в этот контур.
• Алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в
узле электрической цепи, равна нулю.

47. THE END!

48. Задача ЕГЭ

49. Задание №1

50. Задание №2

51. Задание №3

52. Задание №4

Изначально Uc=0. Определить время, за которое
ёмкость С зарядится до 9.45 В.