Решение: Схема каскада усилителя постоянного тока

Хорошо, давайте разберем задания из "Варианта 2".

Вариант 2

1. Начертите одну из схем каскадов усилителя постоянного тока.

Один из простейших каскадов усилителя постоянного тока (УПТ) — это каскад на биполярном транзисторе с общим эмиттером. Он обеспечивает усиление как по току, так и по напряжению.

Схема каскада УПТ на биполярном транзисторе с общим эмиттером:

Описание элементов схемы:

• Транзистор (Q1): Биполярный транзистор (например, NPN-типа).
• Резистор R1, R2: Делитель напряжения, задающий смещение на базе транзистора для установки рабочей точки.
• Резистор Rc: Коллекторный резистор, через который протекает ток коллектора. На нем формируется выходное напряжение.
• Резистор Re: Эмиттерный резистор, который стабилизирует рабочую точку транзистора.
• Конденсатор Ce: Эмиттерный конденсатор, шунтирующий резистор Re для переменного тока, чтобы не уменьшать усиление. В УПТ он может отсутствовать, если Re используется для обратной связи по постоянному току.
• Vcc: Источник питания.
• Vin: Входной сигнал.
• Vout: Выходной сигнал.

Принцип работы:

Напряжение на базе транзистора (Vin) управляет током коллектора. Небольшие изменения входного напряжения приводят к значительным изменениям тока коллектора, что, в свою очередь, вызывает большие изменения напряжения на коллекторном резисторе Rc. Таким образом, происходит усиление сигнала.

2. Что такое генератор синусоидального сигнала?

Генератор синусоидального сигнала — это электронное устройство, предназначенное для создания электрических колебаний, форма которых близка к синусоиде. Эти устройства широко используются в радиотехнике, электронике, измерительной технике и других областях для тестирования оборудования, в качестве источников опорных частот, в системах связи и т.д.

Основные характеристики синусоидального сигнала:

• Амплитуда: Максимальное значение напряжения или тока сигнала.
• Частота: Количество полных колебаний в единицу времени (измеряется в Герцах, Гц).
• Фаза: Положение сигнала во времени относительно некоторой опорной точки.

Принцип работы:

Большинство генераторов синусоидального сигнала основаны на принципе положительной обратной связи. Это означает, что часть выходного сигнала подается обратно на вход усилителя, при этом фаза обратной связи должна быть такой, чтобы она усиливала исходные колебания. Для поддержания стабильных колебаний также необходим частотно-избирательный элемент (например, LC-контур или RC-цепь), который определяет частоту генерации, и схема автоматической регулировки усиления (АРУ) для стабилизации амплитуды.

Примеры генераторов синусоидального сигнала:

• LC-генераторы: Используют колебательный контур из индуктивности (L) и емкости (C) для задания частоты (например, генератор Хартли, генератор Колпитца).
• RC-генераторы: Используют цепи из резисторов (R) и конденсаторов (C) (например, генератор с мостом Вина, фазосдвигающий генератор).
• Кварцевые генераторы: Используют пьезоэлектрический эффект кварцевого резонатора для очень точной и стабильной частоты.

3. Перечислите параметры импульсов (опишите).

Импульс — это кратковременное изменение электрического напряжения или тока. Для описания импульсов используются следующие основные параметры:

1. Амплитуда импульса (U_m или I_m):

• Это максимальное значение напряжения или тока импульса относительно нулевого уровня или базовой линии.
• Определяет "высоту" импульса.

2. Длительность импульса (τ_и или t_и):

• Это промежуток времени, в течение которого амплитуда импульса превышает определенный пороговый уровень (обычно 0.5 или 0.1 от максимальной амплитуды).
• Определяет "ширину" импульса.

3. Время нарастания (t_н):

• Это время, за которое фронт импульса нарастает от 0.1 до 0.9 (или от 10% до 90%) от его максимальной амплитуды.
• Характеризует крутизну переднего фронта импульса.

4. Время спада (t_сп):

• Это время, за которое задний фронт импульса спадает от 0.9 до 0.1 (или от 90% до 10%) от его максимальной амплитуды.
• Характеризует крутизну заднего фронта импульса.

5. Период повторения (T):

• Это промежуток времени между началом двух последовательных одинаковых импульсов в периодической последовательности.
• Для одиночного импульса этот параметр не имеет смысла.

6. Частота повторения (f):

• Это величина, обратная периоду повторения: \(f = 1/T\).
• Показывает, сколько импульсов повторяется в единицу времени.

7. Скважность (Q):

• Это отношение периода повторения импульсов к длительности импульса: \(Q = T / \tau_и\).
• Показывает, во сколько раз период больше длительности импульса.

8. Коэффициент заполнения (D):

• Это величина, обратная скважности, или отношение длительности импульса к периоду повторения: \(D = \tau_и / T\).
• Показывает, какую долю периода занимает импульс.

9. Постоянная составляющая (смещение):

• Это среднее значение напряжения или тока импульсной последовательности за период.
• Импульс может быть смещен относительно нулевого уровня.

4. Переведите из десятичной системы в двоичную: 1025, 28, 125, 33, 865.

Для перевода из десятичной системы в двоичную будем последовательно делить число на 2 и записывать остатки в обратном порядке.

1. Число 1025:

• 1025 / 2 = 512, остаток 1
• 512 / 2 = 256, остаток 0
• 256 / 2 = 128, остаток 0
• 128 / 2 = 64, остаток 0
• 64 / 2 = 32, остаток 0
• 32 / 2 = 16, остаток 0
• 16 / 2 = 8, остаток 0
• 8 / 2 = 4, остаток 0
• 4 / 2 = 2, остаток 0
• 2 / 2 = 1, остаток 0
• 1 / 2 = 0, остаток 1

Собираем остатки снизу вверх: 1025₁₀ = 10000000001₂

2. Число 28:

• 28 / 2 = 14, остаток 0
• 14 / 2 = 7, остаток 0
• 7 / 2 = 3, остаток 1
• 3 / 2 = 1, остаток 1
• 1 / 2 = 0, остаток 1

Собираем остатки снизу вверх: 28₁₀ = 11100₂

3. Число 125:

• 125 / 2 = 62, остаток 1
• 62 / 2 = 31, остаток 0
• 31 / 2 = 15, остаток 1
• 15 / 2 = 7, остаток 1
• 7 / 2 = 3, остаток 1
• 3 / 2 = 1, остаток 1
• 1 / 2 = 0, остаток 1

Собираем остатки снизу вверх: 125₁₀ = 1111101₂

4. Число 33:

• 33 / 2 = 16, остаток 1
• 16 / 2 = 8, остаток 0
• 8 / 2 = 4, остаток 0
• 4 / 2 = 2, остаток 0
• 2 / 2 = 1, остаток 0
• 1 / 2 = 0, остаток 1

Собираем остатки снизу вверх: 33₁₀ = 100001₂

5. Число 865:

• 865 / 2 = 432, остаток 1
• 432 / 2 = 216, остаток 0
• 216 / 2 = 108, остаток 0
• 108 / 2 = 54, остаток 0
• 54 / 2 = 27, остаток 0
• 27 / 2 = 13, остаток 1
• 13 / 2 = 6, остаток 1
• 6 / 2 = 3, остаток 0
• 3 / 2 = 1, остаток 1
• 1 / 2 = 0, остаток 1

Собираем остатки снизу вверх: 865₁₀ = 1101100001₂

5. Переведите из двоичной системы в десятичную: 10011011000, 1101010, 1110011001010, 11011100, 0101111101.

Для перевода из двоичной системы в десятичную будем умножать каждую цифру на 2 в степени, соответствующей ее позиции (начиная с 0 справа налево), и складывать результаты.

1. Число 10011011000₂:

\[ 1 \cdot 2^{10} + 0 \cdot 2^9 + 0 \cdot 2^8 + 1 \cdot 2^7 + 1 \cdot 2^6 + 0 \cdot 2^5 + 1 \cdot 2^4 + 1 \cdot 2^3 + 0 \cdot 2^2 + 0 \cdot 2^1 + 0 \cdot 2^0 = \\ 1 \cdot 1024 + 0 + 0 + 1 \cdot 128 + 1 \cdot 64 + 0 + 1 \cdot 16 + 1 \cdot 8 + 0 + 0 + 0 = \\ 1024 + 128 + 64 + 16 + 8 = 1240 \]

10011011000₂ = 1240₁₀

2. Число 1101010₂:

\[ 1 \cdot 2^6 + 1 \cdot 2^5 + 0 \cdot 2^4 + 1 \cdot 2^3 + 0 \cdot 2^2 + 1 \cdot 2^1 + 0 \cdot 2^0 = \\ 1 \cdot 64 + 1 \cdot 32 + 0 + 1 \cdot 8 + 0 + 1 \cdot 2 + 0 = \\ 64 + 32 + 8 + 2 = 106 \]

1101010₂ = 106₁₀

3. Число 1110011001010₂:

\[ 1 \cdot 2^{12} + 1 \cdot 2^{11} + 1 \cdot 2^{10} + 0 \cdot 2^9 + 0 \cdot 2^8 + 1 \cdot 2^7 + 1 \cdot 2^6 + 0 \cdot 2^5 + 0 \cdot 2^4 + 1 \cdot 2^3 + 0 \cdot 2^2 + 1 \cdot 2^1 + 0 \cdot 2^0 = \\ 1 \cdot 4096 + 1 \cdot 2048 + 1 \cdot 1024 + 0 + 0 + 1 \cdot 128 + 1 \cdot 64 + 0 + 0 + 1 \cdot 8 + 0 + 1 \cdot 2 + 0 = \\ 4096 + 2048 + 1024 + 128 + 64 + 8 + 2 = 7370 \]

1110011001010₂ = 7370₁₀

4. Число 11011100₂:

\[ 1 \cdot 2^7 + 1 \cdot 2^6 + 0 \cdot 2^5 + 1 \cdot 2^4 + 1 \cdot 2^3 + 1 \cdot 2^2 + 0 \cdot 2^1 + 0 \cdot 2^0 = \\ 1 \cdot 128 + 1 \cdot 64 + 0 + 1 \cdot 16 + 1 \cdot 8 + 1 \cdot 4 + 0 + 0 = \\ 128 + 64 + 16 + 8 + 4 = 220 \]

11011100₂ = 220₁₀

5. Число 0101111101₂ (начальный ноль можно опустить, это 101111101₂):

\[ 1 \cdot 2^8 + 0 \cdot 2^7 + 1 \cdot 2^6 + 1 \cdot 2^5 + 1 \cdot 2^4 + 1 \cdot 2^3 + 1 \cdot 2^2 + 0 \cdot 2^1 + 1 \cdot 2^0 = \\ 1 \cdot 256 + 0 + 1 \cdot 64 + 1 \cdot 32 + 1 \cdot 16 + 1 \cdot 8 + 1 \cdot 4 + 0 + 1 \cdot 1 = \\ 256 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 1 = 381 \]

0101111101₂ =