'

Санкт-Петербург 2011

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОКОММУНИКАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ Раздел №3.1 – 3.2. Линейные безынерционные аналоговые элементы и функциональные узлы Санкт-Петербург 2011 Директор Лицея, проф. Лундин Владимир Зиновьевич Заместитель директора Шефер Дмитрий Михайлович Преподаватель ИКТ Баскаков Сергей Алексеевич


Слайд 1


Слайд 2


Слайд 3

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ по типу функциональной характеристики


Слайд 4

Иллюстрации типовых свойств элементов и ФУ Линейность и нелинейность Линейный элемент (узел, устройство) в отличие от нелинейного подчиняется принципу суперпозиции: «Реакция на сумму воздействий равна сумме реакций на каждое из воздействий в отдельности». Функциональный узел, составленный из линейных элементов, линеен. Приведите примеры нелинейных функциональных характеристик - нелинейная функция


Слайд 5


Слайд 6


Слайд 7

Безынерционность и инерционность Реакция инерционных элементов (функциональных узлов, устройств) в отличие от безынерционных определяется не только мгновенным значением входного сигнала, но и значением самой реакции в предыдущие моменты времени. Примерами функциональных элементов являются конденсаторы и катушки индуктивности. Источник прямоугольного импульса с амплитудой _____?, подключается к конденсатору С1 с номинальной емкостью 1 мФ через ограничительный резистор R1 с номинальным сопротивлением 1 Ом, напряжение на конденсаторе фиксируется вольтметром Uc. Варьируемым параметром является начальное напряжение на конденсаторе С1 c ___ до ____ В. C целью изменения выходного напряжения в момент замыкания ключа S1. Напряжения на входе измеряется вольтметром U_input


Слайд 8

Активность и пассивность Под активными элементами (функциональными узлами, устройствами) понимаются такие, у которых мощность на выходе больше мощности на входе. Примерами функциональных узлов являются транзисторы, усилители.


Слайд 9


Слайд 10


Слайд 11

ИИН ИИТ Физические модели источников напряжения и тока


Слайд 12

Математические модели источников напряжения и тока в присутствие нагрузки Рис.1. Рис.2. Рис.3. Рис.4.


Слайд 13

К определению условий передачи мощности в нагрузку (источник напряжения) ??н=??вх= ??вх ??вн+??н ??н=??н•??н ??н ??вх, ??н=? ??н ??вх ??вн , ??н=0 Построение вольт-амперной характеристики реального источника напряжения (прямая линия) Если ??н=0, то ??н=??вх= ??вх ??вн , ??н=0 (координата точки А) Если ??н=?, то ??н=0 и ??н=??вх (координата точки Б) Построение вольт-амперной характеристики элемента ??н По закону Ома ??= ?? ?? прямая линия ВГ (напряжение пропорционально току) Полученный результат представляет собой совместное графическое решение системы двух уравнений А Б В Г Д ??н Rн ??н ??н


Слайд 14

Поскольку левый множитель в последнем выражении - величина постоянная, то максимум мощности в нагрузке совпадёт с максимумом правого множителя, то есть функции: ?? н = ?? 1+?? 2 , k= ?? н ?? вн Аналитический вывод условия максимальной передачи мощности Согласно схеме реального источника напряжения ток ?? вх , протекающий через ?? вн и ?? н равен: ?? вх = ?? вх ?? вн + ?? н (1) Напряжение на нагрузке ?? н в свою очередь определяется как: ?? н =??• ?? н = ?? вх ?? вн + ?? н • ?? н 2 . Тогда мощность, выделяющаяся на нагрузке равна: ?? н =??• ?? н = ?? вх ?? вн + ?? н • ?? вх ?? вн + ?? н • ?? н = ?? вх 2 • ?? н ?? вн + ?? н 2 (3) При обозначении сопротивления нагрузки через внутреннее сопротивление как ?? н =??• ?? вн , мощность на нагрузке ?? н приобретает вид: ?? н = ?? вх 2 ?? вн • ?? 1+?? 2 (4), позволяющий через коэффициент ?? найти условие максимальной мощности. Если ?? равно 0.98, то ?? 1+?? 2 равно 0.249, если ?? равно 1.01 то ?? 1+?? 2 равно 0.242. Так как смещение отношения сопротивлений ?? влево и вправо приводит к уменьшению мощности рассеиваемой в нагрузке, можно предположить, что максимальная мощность выделяется при ?? равном 1.


Слайд 15


Слайд 16


Слайд 17

Рези?стор (англ. resistor, от лат. resisto — сопротивляюсь)  – элемент, основным свойством которого является перевод электрической энергии в тепловую. Идеальный резистор – безынерционный линейный элемент, основным параметром которого является сопротивление R, которое согласно закону Ома: u(t)=R*i(t) представляет собой коэффициент пропорциональности между током, протекающим через резистор, и возникающим на резисторе напряжением U. Основное назначение резистора: деление и сложение напряжений и токов, формирование режима работы нелинейных активных элементов, обеспечение выделения в нагрузке максимальной мощности. Основные параметры резисторов: Номинальное сопротивление (Rном), разброс номиналов(?), номинальная рассеиваемая мощность (Pном), температурный коэффициент сопротивления (ткс), надежность резистора: вероятность отказа (Pотк), вероятность безотказной работы (Pбр), интенсивность отказов (?) Резисторы: определение, назначение, основные параметры, конструкции


Слайд 18

Номиналы сопротивлений промышленно выпускаемых резисторов не являются произвольными. Существуют специальные ряды номиналов, представляющие собой множества значений от 1 до 10 (декада). Номинал резистора определённого ряда является произвольным значением из соответствующего множества, зависящего от допуска на относительную погрешность отклонения от номинала (?). Номинальное сопротивление


Слайд 19

Установление связи между номинальной величиной сопротивления и допусками (разбросами) Нетрудно заметить, что номиналы резисторов представляют собой геометрическую прогрессию. Прогрессия вытекает из условия равенства относительных отклонений разбросов влево и вправо относительно номинальных значений. y x 0 1 ??= ?? ??


Слайд 20

??ном??•(??+??)= ??ном??• ????? ??ном??•(??+??)= ??ном??• ????? …………………………………….. ??ном?????•(??+??)= ??ном??• ????? Таким образом, ??ном?? ??ном?? = ??+?? ????? ?? =???? Это делает возможным путем решения показательного уравнения определить, как количество номиналов в декаде, так и их величины. Воспользуемся для решения пакетом Scilab для трех величин разброса ?=0.2, ?=0.1, ?=0.05 (определена как счетчик цикла d). Результатом поиска функцией fsolve корней уравнения, определенного с помощью deff, является количество номиналов в декаде -->for d=[0.2 0.1 0.05] -->deff('[y]=f(x,d)','y=((1+d)/(1-d)).^x-10') -->fsolve(0,f) -->end ans = 5.6788736 ans = 11.474446 ans = 23.00665 Цикл для ?=[0.2 0.1 0.05] Определяем функцию Находим корень Конец цикла Ответы для ?=0,2 ?= 0,1 ?= 0,05


Слайд 21

Надёжность изделия Надежность - свойство изделия сохранять значения установленных параметров функционирования в определённых пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, хранения и транспортировки. В понятие надежность входят такие свойства как: безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость Основное понятие, используемое в теории надёжности, — понятие отказа, т. е. утраты работоспособности, наступающей либо внезапно (либо постепенно). Для оценки надежности при внезапных отказах используются количественные параметры: Интенсивность отказов ? - отношение числа отказавших объектов (образцов аппаратуры, изделий, деталей, механизмов, устройств, узлов и т. п.) в единицу времени к среднему числу объектов, исправно работающих в данный отрезок времени при условии, что отказавшие объекты не восстанавливаются и не заменяются исправными: ?(t) = ??(??) [?????(??)]??? [ 1 час ], где N — общее число рассматриваемых изделий; n(t) — число отказавших образцов в интервале времени от ?t — интервал времени; где N — число исправно работающих образцов в начале интервала ?t;


Слайд 22

Вероятности безотказной работы и отказа при ? = 0,01; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5


Слайд 23


Слайд 24

КОНСТРУКЦИИ РЕЗИСТОРЫ ПОСТОЯННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ а. объемный (цилиндрический) с выводами б. цилиндрический с пленочным поверхностным резистивным слоем в. плоский с пленочным поверхностным резистивным слоем г. цилиндрический со спиральным резистивным слоем на керамической базовой детали и с выводами 1. резистивный слой 2. вывод 3. несущий фрагмент конструкции


Слайд 25

керамическое основание («трубка») проводящий элемент контактный узел защитное покрытие выводы Конструкция резисторов типа МЛТ


Слайд 26

1. проводящий элемент 2. заклепка 3. вывод 4. основание резистивный элемент в виде скобы с пленочным проводящим элементом контактный вывод 7. контактная щетка 8. основание (поводок) контактной щетки 9. ось резьбовая втулка (для крепления резистора) защитный кожух Конструкция пленочных резисторов переменного сопротивления


Слайд 27

А. линейная Б. логарифмическая В. обратно – логарифмическая (пунктир обозначает области допустимых значений) Функциональные характеристики переменных резисторов


Слайд 28

Узел: точка, в которой «объединяются» более двух двухполюсников узлы ( ________________________________________________________________). Ветвь: двухполюсник, включенный между двумя узлами. Контур: замкнутая совокупность ветвей, в которой ни один узел не встречается дважды контура ( ______________________________________________________________). Независимые контура: те, которые не могут быть получены из совокупности других контуров в анализируемой схеме. Независимые узлы: те, в которых объединяются разные совокупности ветвей. РАСЧЕТ ФУ НА ЛИНЕЙНЫХ БЕЗЫНЕРЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТАХ Основные понятия электрической цепи: топология, узлы, ветви контура, законы Кирхгофа R2 R3 1


Слайд 29

Первый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. Второй закон Кирхгофа: алгебраическая сумма напряжений в замкнутом контуре равна нулю. Правила анализа схем с помощью законов Кирхгофа: Выделить и обозначить независимые узлы (______________________________________________). Выделить и обозначить независимые контура (______________________________________________). Задаться направлениями токов в ветвях и направлениями обхода контуров. Выбрать метод анализа (“существует много способов исполнения песни стаи, и каждый способ хорош по-своему” – Акела [Киплинг «Маугли»]).


Слайд 30


Слайд 31


Слайд 32

Пример №1 Резистивный делитель напряжения (определение токов в ветвях, источник постоянного напряжения)


Слайд 33

Пример №1 Резистивный делитель напряжения (определение напряжений в узлах, источник постоянного напряжения)


Слайд 34

Пример №1 Резистивный делитель напряжения (определение токов в ветвях, источник переменного напряжения)


Слайд 35

Пример №1 Резистивный делитель напряжения (определение напряжений в узлах, источник переменного напряжения)


Слайд 36

A=[1000,1000,0;0,-1000,2000;1000,-1000,-1000] B=[-1;0;0] X=linsolve(A,B) X = 0.0006 0.0004 0.0002 Расчет в пакете SciLab Решение уравнения в матричной форме A*X+B=0 Определяем матрицу A Определяем матрицу B Находим решение уравнения


Слайд 37

R=4000 U0=1 A=[R,R,0;0,-R,2*R;R,-R,-R] B=[-U0;0;0] I=linsolve(A,B) U(3)=I(3)*R U(2)=U(3)+I(2)*R U(1)=U(2)+I(1)*R Расчет в пакете SciLab Решение уравнения в матричной форме A*X+B=0 Сопротивление резистора Входное напряжение Матрица сопротивлений Матрица напряжений Решение системы ур-ий Находим напряжения


Слайд 38

R4 Uоп R8 R6 R2 R1 R3 R5 R7 ? Управляется двоичным кодом Uвых ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ


Слайд 39

КОМПЛЕКСНАЯ РАБОТА №1 «ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗЫНЕРЦИОННЫХ ПАССИВНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ СРЕДСТВ СВЯЗИ». Задание Цель работы: исследование свойств резистивной матрицы R-2R. Содержание задания: Изготовить объект исследования, описать его. Составить физическую модель исследуемого функционального узла. Составить математическую модель исследуемого функционального узла. Провести «инженерную» оценку (прогноз) ожидаемых результатов по заданным преподавателем номиналам элементов. Провести моделирование функционального узла с использованием математического пакета Scilab (СПО). Провести моделирование функционального узла с использованием схемотехнических пакетов Qucs (СПО). Провести экспериментальное исследование функционального узла. Сопоставить результаты прогноза, «ручного» расчета, моделирования и эксперимента.


Слайд 40

3.Представляемые текстовые и графические материалы: 3.1 Пояснительная записка, оформленная с использованием текстового процессора OpenOffice. 3.2 Графический материал: Оценки требуемых характеристик исследуемого функционального узла Результаты моделирования в виде документа пакета Scilab (СПО). Результаты моделирования в виде документов пакетов Qucs (СПО). Результаты эксперимента в виде таблиц измерений. 3.3 Аннотация работы (русский и английский).


Слайд 41

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ P-N - ПЕРЕХОДА НЕЛИНЕЙНЫЕ БЕЗЫНЕРЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД) Отсутствие внешнего источника


Слайд 42

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ P-N - ПЕРЕХОДА б) Отпирание в) Насыщение


Слайд 43

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ P-N - ПЕРЕХОДА г) Запирание


Слайд 44

МИКРОФОТОГРАФИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ (разное увеличение)


Слайд 45

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПЛАНАРНОГО p-n ПЕРЕХОДА В ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СХЕМЕ Изготовление планарного p-n перехода - диодная структура (фотолитография) 1. Заданная структура 2. Окисление кремния 3. Нанесение фоторезиста 4. Наложение маски 5. Маска


Слайд 46

Si-p О1 (первое окисление Si) Ф1 (первая фотолитография) Д1 (первая диффузия) Травление SiO2 Эпитаксия (слой n - типа) О2 Ф2 Д1 (разделительная, сквозная) О3 Ф3 Д3 (базовая, слой p - типа) О4 Ф4 Изготовление планарного p-n перехода - диодная структура (фотолитография) 6. 7. 8. Si p Si p Si p 9. Si p 10. Si p 11. Si p 6. Засветка 7. Удаление маски 8. Проявление 9. Задубливание 10. Травление окиси кремния 11. Удаление фоторезиста ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПЛАНАРНОГО p-n ПЕРЕХОДА В ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СХЕМЕ


Слайд 47

12. Si p P P P P P n+ Si p n+ 13. 14. p p p p p n+ p p 12. Диффузия фосфора (создание n-области) 13. Заданная структура (профиль) 14. Заданная структура (вид сверху) ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПЛАНАРНОГО p-n ПЕРЕХОДА В ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СХЕМЕ


Слайд 48

Вольт-амперная характеристика диода параметры : I0 – обратный ток диода (зависит от материала), ?T – параметр, определяющий прямой ток (зависит от температуры) Аналитическая форма записи ВАХ п/п диода:


Слайд 49


Слайд 50

Диоды. Вольт-амперная характеристика (ВАХ), аппроксимация ВАХ


Слайд 51


Слайд 52


Слайд 53


Слайд 54


Слайд 55


Слайд 56

Пример №2 Моделирование диодного ограничителя в СПО (Qucs)


Слайд 57


Слайд 58


Слайд 59


Слайд 60

Безынерционные логические элементы D1 U1 U2 R D2 U3


Слайд 61

Безынерционные логические элементы


Слайд 62

Безынерционные логические элементы X1 X1 X2 X2 Y Y & 1 0 1 1 0 0 1


Слайд 63

КОМПОНЕНТНЫЕ УРАВНЕНИЯ Резистор Конденсатор Катушка индуктивности Диод R C UR IR UC IC UL IL Uд Iд L


Слайд 64


Слайд 65


Слайд 66


Слайд 67


Слайд 68

Спасибо за внимание


×

HTML:





Ссылка: