Пассивные элементы электронных устройств

Лек 2

Преобразователи на базе операционных усилителей получили широкое распространение в электронных уст-ройствах измерительной техники. Релаксационные генера-торы и формирователи служат для формирования импу-льсных последовательностей, одиночных импульсов, вре-менных задержек. Интегрирующий и дифференцирующий операционные усилители позволяют получить выходное напряжение пропорциональное соответственно интегралу или производной входного сигнала. Сумматор применяет-ся для получения алгебраической суммы входных напря-жений с усилением или без усиления результата. Компара-тор представляет собой устройство сравнения двух элект-рических однополярных или разнополярных сигналов, один из которых является опорным (уставка). Компарато-ры широко применяются в аналого – цифровых преобра-зователях, генераторах пилообразного напряжения.

Вторичные источники питания (ВИП) служат для преобразования сетевого напряжения в постоянные напря-жения необходимых для электронных устройств уровней.

К аналоговым ВИП относятся источники, собранные по классической схеме, содержащей входной силовой транс-форматор, выпрямитель, фильтр и аналоговый стабилиза-тор параметрического или компенсационного типа. В им-пульсных ВИП используется промежуточное преобразова-ние выпрямленного сетевого напряжения в высокочастот-ный импульсный сигнал с последующим выпрямлением, фильтрацией и стабилизацией выходного напряжения ста-билизатором с импульсным регулированием различного типа (релейного, широтно-импульсного и др.).

Фильтры представляют собой элемент электрической цепи, формирующий заданную полосу пропускания по ча-стоте напряжения на следующих за фильтром элементах: нагрузках, каскадах усиления и т.д. Пассивные фильтры строятся на R-, L-, C-элементах, имеют относительно не-высокие параметры: коэффициент передачи, крутизну спа-да на границах полосы пропускания и т.п. Активные фильтры содержат кроме пассивных цепей операционные усилители, что позволяет восполнить потери уровня сиг-нала на пассивных элементах, а также обеспечить необ-ходимые параметры частотной характеристики.

Основные типы электрических схем.

Основные функциональные узлы, компоненты элемент-ной базы представляют собой электронные устройства то-го или иного назначения. Физически электронное устройс-тво представляет собой реально существующую электри-ческую цепь, содержащую источники энергии, основные функциональные узлы, компоненты элементной базы, на-грузки и соединения. В конструкторской документации при разработке электронного устройства реальная элект-рическая цепь отражается в виде электрических схем трех основных видов.

Электрическая структурная схема в общем виде пояс-няет принцип работы электронного устройства, состав его основных узлов и блоков, их назначение и взаимосвязи между ними. В качестве примера приведен возможный вариант структурной схемы простейшего цифрового изме-рителя температуры объекта, содержащий шесть блоков.

L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAdcF9acMA AADaAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPT4vCMBTE78J+h/AWvMia6kGka5RFWCyLINY/50fz bIvNS22ybf32RhA8DjPzG2ax6k0lWmpcaVnBZByBIM6sLjlXcDz8fs1BOI+ssbJMCu7kYLX8GCww 1rbjPbWpz0WAsItRQeF9HUvpsoIMurGtiYN3sY1BH2STS91gF+CmktMomkmDJYeFAmtaF5Rd03+j oMt27fmw3cjd6JxYviW3dXr6U2r42f98g/DU+3f41U60gik8r4QbIJcPAAAA//8DAFBLAQItABQA BgAIAAAAIQDw94q7/QAAAOIBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1s UEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADHdX2HSAAAAjwEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALgEAAF9yZWxzLy5yZWxz UEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADMvBZ5BAAAAOQAAABAAAAAAAAAAAAAAAAAAKQIAAGRycy9zaGFwZXht bC54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAdcF9acMAAADaAAAADwAAAAAAAAAAAAAAAACYAgAAZHJzL2Rv d25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA9QAAAIgDAAAAAA== " filled="f" stroked="f">

Блок датчика осуществляет преобразование температу-ры в электрический сигнал. Блок нормирующего усилите-ля обеспечивает необходимый для дальнейшего преобра-зования уровень сигнала. Блок преобразователя формиру-ет из аналогового сигнала цифровой код, адекватный теку-щему значению температуры, далее цифровой код преоб-разуется блоком дешифратора в код управления цифровым индикатором. Электрические сигналы, соответствующие логическим уровням этого кода, усиливаются усилителем мощности до уровня, необходимого для работы блока ци-фрового индикатора.

Структурная схема служит основанием для разработки функциональной схемы.

Электрическая функциональная схема детализирует принцип работы устройства путем реализации блоков структурной схемы с помощью блоков, выполняющих стандартные функциональные преобразования.

При этом блок структурной схемы может быть реали-зован несколькими функциональными блоками, и наобо-рот, несколько блоков структурной схемы могут быть реа-лизованы меньшим числом функциональных блоков.

В данном примере первичный измерительный прео-бразователь представлен блоком 1 со стандартным услов-ным графическим изображением функции преобразова-ния. Нормирующий усилитель реализован на операцион-ном усилителе – блок 2, его условное графическое изо-бражение показано в рамках блока; преобразователь ана-логового сигнала и дешифратор выполнены в виде одного блока 3 – аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с выходом в виде позиционного кода управления цифровым индикатором. Усилитель мощности реализован блоком 4, имеющим соответствующее условное графическое обозна-чение (УГО); блок 5 имеет стандартное обозначение сим-вольного индикатора.

Таким образом, функциональная схема содержит прак-тические рекомендации по выбору отдельных схемотехни-ческих решений и служит основанием для разработки принципиальной схемы измерителя температуры.

Электрическая принципиальная схема содержит полный состав комплектующих элементов электронного устройст-ва и всех электрических связей между ними. Приложени-ем к принципиальной схеме является перечень всех входя-щих в неё элементов с указанием их позиционных обозна-чений, типов, числа, выполняемый по стандартной форме Единой системы конструкторской документации (ЕСКД). Принципиальная схема служит основанием для разработ-ки других конструкторских документов, необходимых для изготовления изделия (схем соединения, электромонтаж-ных чертежей и др.).

Характеристика простейшей электрической цепи.

Простейшая электрическая цепь содержит источник пи-тания (ИП), источник входного сигнала постоянного или переменного напряжения и нагрузку.

Данная цепь не содержит реактивных эле-ментов. Обозначения на схеме: Е – ЭДС источника сигнала; Rи –внутреннее сопро-тивление источника; Rн – эквивалентноесопротивление нагрузки; Iн – ток нагрузки; Uвых – выход-ное напряжение.

Основной характеристикой такой цепи является коэф-фициент передачи: К = Rн / Rи + Rн.

На практике к простейшим цепям такого типа можно свести многие участки реальных электрических схем, что существенно облегчает их расчет. В то же время при рабо-те с источником переменного сигнала необходимо учиты-вать реактивные сопротивления конденсаторов и катушек индуктивности, входящих в состав схемы, а также возни-кающие при монтаже изделия. Реактивные элементы уме-ньшают уровень переменного сигнала и вносят дополни-тельные сдвиги (чаще всего нежелательные) между напря-жениями и токами сигнала при его преобразованиях. В данном случае электрическая цепь будет частотнозависи-мой, так как модуль реактивного сопротивления зависит от частоты сигнала.

Классификация элементов электронных устройств.

Электронная аппаратура – это совокупность электрон-ных элементов, несущих конструкций и монтажных сое-динений, объединенных в общую конструкцию или комп-лекс. Элементы по своему назначению подразделяют на пассивные и активные. К пассивным компонентам отно-сятся резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, переключатели, реле и др. К активным компонентам относятся приборы на базе p – n-переходов, МОП-структур, вторичные источники питания.