«Электронды және өлшеуіш техника негіздері»

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 8

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Емтихан билеті №1

1. Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі

Жартылай өткізгіштер — өзінің электрлік қасиеті жағынан өткізгіштер мен диэлектриктердің (мысалы, германий, кремний) арасынан орын алатын элементтер. Металдармен салыстырғанда жартылай өткізгіштер электр тоғын аз өткізеді, ол сәулелену кезінде жарық энергиясының ағымымен өзгере алады. Радиолампалармен салыстырғанда жартылай өткізгіштер құралдардың көлемі мен салмағы аз, электрлік және механикалық беріктігі жоғары болады, олар ұзақ уақыт қызмет ете алады және электр энергиясын аз пайдаланады. Осындай қолайлы қасиеттеріне орай жартылай өткізгіштерді әскери радиотехникалык аппаратураларда жиі қолданады.

Жартылай өткізгіштердің ерекшеліктері. Жартылай өткізгіштердің кәдімгі температурадағы электрөткізгіштігі металдардың электрөткізгішітігі мен салыстырғанда аз. Өте төмен температурада олар диэлектриктерге ұқсайды. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігі температура мен жарық әсерінен қатты өзгереді, яғни температура артып және жартылай өткізгіш неғұрлым қатты жарықталынса, оның электрөткізгіштігі де соғұрлым жоғары болады. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігі оның құрамына өте аз шамада қоспалар енгізу жолымен басқарылады.

Екі бөліктен тұратын жартылай өткізгіштің кристалын алайық: оның біреуі р-типті қоспалы және екіншісі n-типті қоспалы болсын. Бұл екеуінің шекарасы р-n ауысуы деп аталынады.

Айталық, жартылай өткізгіштің бұл екі бөлігі енді ғана түйістірілсін (шын мәнінде бұл бір кристалдың екі бөлігі, оның біреуінде р-типті қоспа басым болады). Сонда бірден электрондары көп n-типті жартылай өткізгіштен электрондар, олардың саны аз р-типті жартылай өткізгішке ауысады, ал кемтіктер кері бағытқа қарай орын ауыстырады. Бұл электрондар мен кемтіктердің диффузиясы екі сұйықтармен немесе газдармен өзара диффузиясына ұқсас, бірақ бұл процестерден айырмашылығы, электрондар мен кемтіктердің диффузиясы өте жылдам өтеді.

Кемтіктер мен электрондар зарядтарды тасымалдамайтын болса, олардың диффузиясы кемтіктер мен электрондардың концентрациясы толығымен теңескенге дейін жүрер еді. Алайда, n - аймақтан р - аймаққа көшкен электрондар теріс заряд алып өтеді, сонда n - аймақ оң зарядталады, ал р – аймақ теріс зарядталады. Қарама-қарсы бағыттағы кемтіктердің диффузиясы да р – аймақты теріс зарядтайды, ал n – аймақты оң зарядтайды, яғни р - және n – аймақтары арасында түйісу потенциалдар айырымы пайда болады.

2. Биполярлы транзисторлар

Биполярлы транзисторлар өткізгіштігі әр түрлі үш жартылай өткізгіш қабаттардан тұрады. Транзисторлар қабаттардың орналасу ретіне байланысты p-n-p және n-p-n типті болып бөлінеді. Күштік транзисторлардың арасында кең қолданысқа ие болғаны n-p-n типті транзистор.

Күштік транзисторлардың қауіпсіз жұмыспен қамтамасыз ету.

Күштік транзисторлардың сенімді жұмысының негізгі шарты белгілі-бір жұмыс шартымен анықталатын вольтамперлік сипаттаманың статикалық және динамикалық түрде ОБР-мен сәйкес келуі.

Күштік транзистордың ОБР-мен анықталатын шектеулер:

Коллектор тогының макмимал мәні(сток),

Транзистормен азайтылатын қуаттың мүмкін болаты мәні,

Коллектор-эмиттердегі кернеудің мүмкін болатын мәні (сток-исток).

Күштік транзисторлардың импульсті режимінде ОБР шекаралары кеңейеді. Бұл жылулық процесстердің инерциялығымен сипатталады, транзистордың жартылай өткізгішті құрылымы тез қызиды.

Транзистордың динамикалық ВАС байланысатын жүктеме параметрларымен анықталады. Мысалы, активті – индуктивті жүктеменің сөндірілуі кілттік элементтегі ток күшінің көбеюіне алып келеді. Бұл ток күшінің көбеюі токтың нольге дейін төмендеуі кезінде жүктеменің индуктивті құраушысында пайда болатын өздік индукцияның ЭДС анықталады Um=Ldi/dt.

Aктивті – индуктивті жүктемені байланыстырудағы ток күші көбеюінің шығарулары мен шек салуларында ауыстырудың қажетті траекториясын құруға мүмкіндік беретін түрлі ауыстырудың траекториясын құру тізбектері(АТҚТ) қолданылады. Қарапайым жағдайда активті-индуктивті жүктемені немесе RS-тізбегін шунттайтын, МОП транзисторының бастауы мен ағынына параллель қосылатын диод болуы мүмкін.

Фотодиод – фотосезімтал аймағына түскен жарықты p-n өткелдегі процесстер арқылы электр зарядына айналдыратын оптикалық сәулелену құрылғысы.

Жұмысы фотовольттік эффектке негізделген фотодиод күндік элемент деп аталады. p-n фотодоидтарынан басқа p-і-n фотодиодтары да бар, p және n қабаттарының арасында легирленбеген жартылай өткізгіш і қабаты орналасқан. p-n және p-і-n фотодиодтары жарықты тек электр зарядына айналдырады, бірақ оны күшейтпейді, ал көшкіндік фотодиод пен фототранзисторларының жұмыс істеу принципі:

Базада кванттық сәулеленудің әсерінен еркін тасымалдағыштардың генерациясы орын алады. Олар p-n өткел шекарасына ұмтылады. Базаның ені кемтіктер p-өткеліне өтіп үлгермейтіндей етіп жасалынады. Фотодиод тогы негізгі емес тасымалдаушылар тогымен – дрейфтік токпен анықталады. Фотодиодтың тез әрекет етуі p-n өткелінің тасымалдаушыларының бөліну жылдамдығымен және p-n өткелдің сыйымдылығымен С p-n анықталады.

Фотодидо екі режимде жұмыс жасай алады:

Фотогальвиндік – сыртқы кернеусіз

Фотодиодты – сыртқы кері кернеулі

Ерекшеліктері:

Құрастыру технологиясы мен құрылымы қарапайым;

Жоғары фотосезімталдығы мен тез әрекеттігінің сәйкестендірілуі;

Базаның аз кедергісі;

Инерциясы аз;

Транзистор(ағыл.тілінен transfer – ауыстыру және resistance – кедергі немесе transconductance – активті электрон аралық өткізгіштік және varistor – ауыспалы кедергі)- электр сигналдарын күшейту үшін, генерациялау үшін және түрлендіру үшін қолданылады.

Шығыс тізбегінде токты басқару кіріс кернеуін немесе тогын өзгерту арқылы жүзеге асыруға болады. Кіріс мәндерін аз ғана өзгерту шығыс кернеуі мен тогын үлкен өзгертулерге алып келуі мүмкін. Бұл транзистордың күшейткіш коэффициенті аналогты техникада қолданылады(аналогты ТВ, радио, байланыс және т.б.).

Транзисторлар бір кремнийлық кристалды интегралдық технология шегінде жасалынады және логика, жады, процессор және т.б. микросұлбаларды құруда элементар «кірпіш» болып табылады. Қазіргі заманғы МОПТ өлшемдері 90-нан 32 нм-ге дейін. Қазіргі бір чип құрамында бірнеше миллиард МОПТ бар. 60 жыл көлемінде МОПТ өлшемі кішіреюін және олардың чипта көп мөлшерде орналасуын арттыруда, жақын аралықта чиптағы транзисторлар интеграциясының деңгейін арттыру күтілуде. МОПТ мөлшерін кішірейтупроцессордың тез әрекет етуін арттырады және энегргоқолданысы мен жылу шығаруды кемітеді.

Өрістік транзистор – жартылай өткізгіш құрылғы, оның тогы кіріс сигналынан пайда болатын электр өрісінің перпеникуляр тогының әсерінен өзгереді.

Өрістік транзисторларды физикалық құрылымы мен жұмыс жасау механизмі бойынша 2топқа бөледі. Біріншісін басқарылатын p-n өткелді транзисторлар немесе металл – жартылай өткізгіш өткелі құрайды, екіншісін басқарылатын бөлектелген электродты транзистор, яғни МПД (металл-диэлектрик-жартылай өткізгіш) транзисторлар құрайды.

Өрістік транзисторды үш негізні сұлбаның бірі бойынша құруға болады: ортақ бастау(ОБ), ортақ ағын(ОА) және ортақ бекітпе(ОБе).

Практикада көбінесе ОБ сұлбасын қолданады, ОЭ биполяр транзисторы секілді болады. Ортақ бастаулы каскад ток пен қуаттың үлкен күшеюін береді. ОБе сүлбасы ОБ сұлбаға ұқсас. Ол токты кұшейтпейді, сондықтан ОБ салыстырғанда қуат бірнеше есе аз күшейеді. ОБе каскадта кіріс кедергісі өте аз, соған байланысты практикада қолданудың шектеріне ие.

Емтихан билеті №2-4

1. p-n өтпесінің пайда болуы және оның қосылуы

Диод - екі электродты, электр тогының бағытына байланысты әр-түрлі өтімділігі бар электронды аспап.

Бір р-n өтпесінен тұратын және екі шығысы (сыртқа жалғанатын екі ұшы) бар жартылай өткізгішті диод деп аталады.

n — типті және p — типті екі жартылай өткізгіштерді бір — бірімен қоссақ, онда диод деген құралды аламыз. Бұл екеуін диодтың екі электроды деп атайды. Олар оң таңбалы анод пен теріс таңбалы катод. Диодтың ашық және жабық кездері болады. Ашық күйінде ол токты жақсы өткізеді де, жабық күйінде нашар өскізеді, тіпті өткізбейді деп айтуға болады. Егер де батереяның оң полюсын диодтың анодымен,ал теріс полюсын катодымен қоссақ, онда диод арқылы ток жүреді. Диодқа тура кернеу бергенде ток бірден көтеріледі. Яғни, диод ашылады. Ал кері кернеу бергенде ток өте аз мөлшерде болады, яғни диод жабық. Осы уақыттағы аз мөлшердегі болсын ток іс жүзінде еш уақытта есепке алынбайды-өйткені оның мөлшері расында да өте аз. Сондықтан да ол токты біз жоқ деп есептейміз. Егер де біз кері кернеуді белгілі бір мөлшерден көп артық берсек, онда кері ток бірден көп мөлшерге артады. Көп мөлшерге артқан токтың зияны сол диодтың тесілуіне немесе диодтың «жанып кеттуіне» алып келед

2. p-n өтпесі бар өрістік транзисторлар

Емтихан билеті №3

1. Жартылай өткізгіш диодтар, ВАС, қолданылу аймағы

Жартылай өткізгішті диод – бұл, бір түзеткіш электрлік өтуі және екі шығысы бар, түрлі электрлі-тесікті р-n–өту қолданылатын, жартылай өткізгішті аспап.

ВАС тік тармақ диодтың температуралық тәуелділігінің бағасына температуралық кернеу коэффициенті (КТК) қызмет етеді:

Диодтарда рn–өту жартылай өткізгіш кристалдың р- және n–өтудің бөлгіші электрлік өту түзеткіші ретінде қолданылады.

2. МДЖ типті өрістік транзисторлар

Биполярлы транзисторлар электрондық техниканың әр түрлі аймағында кеңінен қолдау тапты. Дегенмен де, оны қолдану кейбір жағдайларда қиынға соғады, себебі бұл аспаптар токпен басқарылады, яғни кіріс тізбегінен аса көп қуатты қабылдайды. Көрсетілген кемшілік өрістік транзисторларда жоқ — олар кіріс тізбелігінен токты алмайтын жартылай өткізгішті аспаптар.

Өрістік транзисторлар бір-бірінен әрекет жасау принціпі бойынша ажыратылатын екі түрге бөлінеді:

а) p-n ауыспалы;

б) МДП-типті. p-n ауыспалы өрістік транзисторларда p-типті өткізгішті қабат канал деп аталады, ол сыртқы тізбелікке екі шығудан тұрады: С — ағу және И — бастау. Каналды қоршап тұратын p-типті өткізгішті қабат өзара қосылған және затвор 3 деп аталатын сыртқы тізбелікке шығудан тұрады. n-типті каналды өрістік транзисторлар да бар, олардың жұмыс істеу принціпі ұқсас, бірақ ток бағыты мен қойылған кернеу өрістігі қарама-қарсы.

Биполярлық транзисторларға қарағанда, өрістік транзисторлар кернеумен басқарылады, және затвор тізбелігі арқылы кері кернеу әсерінен болатын p-n ауысуының IЗ шағын жылулық тогы ғана ағып өтеді. Ағу сипаттамалары биполярлық транзистордың коллекторлық сипаттамалар сияқты екі аймақтан тұрады: тік және и жазық; соңғысы күшейткіш құрылғылардағы транзистор жұмысында қолданылады, ал бастапқы сипаттаманың тік аймағы –ауыспалы құрылғылардағы транзистор жұмысында қолданылады.

Өрістік транзисторлар жұмыс жасай алатын шектік жиіліктер, аса жоғары болады. Мұндағы негізгі шектеуші фактор ауданы салыстырмалы түрде үлкен болатын p-n ауыспалы сыйымдылық болып табылады. Өнеркәсіп шығаратын p-n ауыспалы өрістік транзисторлар жиіліктің мегагерцті диапазонында жұмыс жасай алады.

МДП-типті өрістік транзисторларды(«металл—диэлектрик—полупроводник») оңашаланған затворлы өрістік транзисторлар деп те атайды. Жартылай өткізгішті кристалл бетінде – p-типті өткізгішті қосуда екі аймақ құрылған: n-типті өткізгішті және канал деп аталатын олардың арасындағы жіңішке перемычка. n-типтің аймағы сыртқы тізбелікке шығудан тұрады: С — ағу және И — бастау. Жартылай өткізгішті кристалл сыртқы тізбелікпен байланысқан металл затворда З орналасқан диэлектриктің тотыққан пленкамен жабылған. Ендеше, затвор электрлі тұрғыдан бастау-ағу тізбелігінен оңашаланған.

Осыған ұқсас мұндай транзисторларға басқа бір түр p-типті каналмен МДП-транзистор жұмыс жасайды. Қарастырған МДП-транзисторлар икемделген каналды аспап болып табылады.

Бұдан басқа n-типті және p-типті индуцирленген каналды МДП-транзисторлар бар. (4,г-сурет). Бұл аспаптарды дайындау барысында ағумен және бастаумен байланысқан аймақтар арасындағы арнайы канал құрылмайды және кернеу UЗИ =0 болғанда ток та болмайды, яғни IC =0. Аспап арту режимінде ғана жұмыс жасауы мүмкін, яғни затвор өрісі бастау және ағу аймақтарының арасында құрылатын сәкесінше белгідегі тасушыларды өзіне тартады.

МДП-транзисторлардың төрт типінің болуы әр түрлі есептерді шешу барысында, сонымен қоса әр түрлі типтегі өрістік транзисторлар жиыны жолымен есептерді шешу барысында әзірлеушілерге үлкен мүмкіндіктерді береді.

Емтихан билеті №5

1. IGBT транзисторлар

) I nsulated Gate Bipolar Transistor , Биполярный транзистор с изолированным затвором(Оқшауланған бекітпесі бар биполярлық транзистор)Биполярлы транзисторлар үш кезектелген электрондық () немесе кемтіктік () өткізгіштік аймақтардан тұрады. Олар және типті болып ажыратылады. Биполярлық транзистордың ортаңғы облысы база, қалған екеуі эмиттер және коллектор деп аталады. База, эмиттер мен коллектордан тиісінше, эмиттерлік және коллекторлық ауысуларымен бөлінген. Биполярлық транзистордың жұмыс істеу принципі база арқылы өтетін негізгі емес заряд тасушылардың ағынын бақылауға негізделген. Эмиттерлік ауысу тура бағытта ығысқан және ол негізгі емес заряд тасушылардың инжексиясын (итерілуін, ендірілуін) қамтамасыз етеді, ал коллекторлық ауысу кері бағытта ығысқан, ол эмиттер итерген негізгі емес заряд тасушыларды жинап алуды қамтамасыз етеді. Биполярлық транзисторлар негізінен электр сигналдарын өндіруге, күшейтуге арналған. Транзисторлар физикалық және басқа да параметрлеріне байланысты төмен (-ке дейін), жоғары (-ке дейін), аса жоғары жиілікті (-тен жоғары), аз қуатты (шектік жұмсалу қуаты 1 Вт-қа дейін), үлкен қуатты (шектік жұмсалу қуаты 1 Вт-тан жоғары), жоғары және төмен кернеулі, дрейфтік, т.б. түрлерге бөлінеді. Транзистор қазіргі кездегі микроэлектроника құрылғыларының негізгі элементі болып табылады. Қазіргі кезде транзисторлар өмірімізде түпкілікті орын алды. Аналогты және сандық құралдар құрамында бола отырып, олар электр құралдарының негізі болып саналады. Ең бірінші транзистор алтын фольгасына оралған үшкір пластиктен, аз мөлшерде германийден тұратын. Басында бұл құрал арқылы тек радио тыңдалды.

2. Меншікті және қоспалы жартылай өткізгіштер

Жартылай өткiзгiштер деп кедергiсi кең көлемде өзгере алатын және температурасы жоғарылаған сайын кедергiсi тез азаятын заттарды айтады.

Таза (қоспасыз) жартылай өткiзгiш кристалындағы еркiн электрондардың және кемтiктердiң қозғалысынан болатын өткiзгiштiктi жартылай өткiзгiштердiң меншiктi өткiзгiштiгi дейдi.

Таза жартылай өткiзгiштiң электрөткiзгiштiгi тек қана кристалдағы коваленттiк байланыстар узiлген жағдайда ғана мүмкiн болады. Мысалы, қыздыру коваленттiк байланыстардың үзiлуiне келтiредi, сондықтан еркiн электрондар пайда болып, таза жартылай өткiзгiштiң меншiктi электрондық өткiзгiштiгi (n-типтi өткiзгiштiгi) болады.

Жартылай өткiзгiштердiң кристалдық торларына қоспаларды (қоспалық центрлерiн) еңгiзуiнен болатын электрөткiзгiштi қоспалық өткiзгiштiк дейдi.

Емтихан билеті №6

1. Биполярлық транзистордың қосылу түрлері

Екі немесе бірнеше электрлік р-п өткелі бар, қуатты күшейтуге жарайтын, үш немесе одан да көп сыртқы қосылғышы бар электрлік түрлендіргіш шала өткізгіш аспапты биполярлық транзисторлар дейміз. Транзисторларды күшейту және электрлік толқындарды генерациялау немесе электрлік тізбекті коммутациялау үшін қолданылады.

Биполярлық транзистор, үшполюсты аспап болатын, үш схемада қосып қолдануға болады: ортақ базамен және ортақ эмиттермен және ортақ коллектормен.

Жалпы жағдайда өткелдегі полярлықтың төрт варианты болу мүмкін, транзистордың төрт жұмыс режимін анықтайды.

Олардың атаулары: қалыпты (нормальный) активті режим, инвертті активті режим, қанығу режимі (немесе екішетті инжекция режимі) және қиылу режимі.

Қалыпты активті режимде (ҚАР) эмиттерлік өткелде түра кернеу әсер етеді (эмиттер-база кернеуі U_ЭБ), ал коллекторлық өткелде – кері (коллектор-база кернеуі U_КБ ). Бұл режимге қорек көздердің полярлығы сәйкес келеді сурет 4.4. және р-п-р транзисторлар үшін токтардын бағытты. П-р-п транзистор жағдайында кернеу полярлықтары және токтардын бағыттары қарама-қарсы.

Бұл жұмыстың режимі (ҚАР) негізгі болады және транзистор элементтерінің аттары мен белгілеулерін анықтайды. Эмиттерлік өткел тасмалдаушылардың инжекциясын тар базалық ауданға жүзеге асырады, коллекторлық өткелге дейін инжекцияланған тасмалдаушылардың практикалық шығынсыз орын ауыстыруын қамтамасыз етеді.Коллекторлық өткел жақындаған тасамалдаушылар үшін потенциалдық тосқауылды тудырмайды, базалық ауданда негізгі емес заряд тасмалдаушылар болған, ал керісінше, оларды жылдамдаттырады және сондықтан бұл тасмалдаушыларды коллекторлық ауданға аударады. Коллектор мен эмиттер рольдерімен ауысу мүмкін, егер коллекторлық өткелге тура кернеу берсек U_КБ,ал эмиттерге – кері U_ЭБ. Мұндай жұмыс режимі инвертті активті режим деп аталады (ИАР). Бұл жағдайда транзистор”жұмыс істейді” коллектордан кері бағытта кемтіктер инжекциясы келеді, база арқылы өтетін және эмиттерлік өткелмен жиналатын, бірақ оның параметрі біріншіден қарағанда ерекшелінеді. Жұмыс режимі, эмиттерлік және коллекторлық өткелдердегі кернеу біруақытта тура болады, екішетті инжекциялық режим деп аталады (ЕШИР) немесе қанығу режимі деп атауға ыңғайлы (ҚР). Бұл жағдайда эмиттер мен коллектор бір-біріне қарама-қарсы базада заряд тасмалдаушылармен инжекцияланады және біруақыттта басқа өткелден оған келетін әрбір өткел тасмалдаушыларды жинайды.

Активті режим жұмысы кезінде дрейфсіз биполярлық транзистордағы физикалық процестер.

Эмиттерлік өткел арқылы базаға негізгі емес тасмалдаушылардың инжекциясы болады, сондықтан эмиттерлік өткелмен база шекарасында олардың концентрациясы жоғарғы тепе – теңдікте болады. Концентрация градиентті есебінде бұл тасмалдаушылар коллекторлық өткелге өтеді, экстракция режимінде жұмыс істейтін.

Тасмалдаушылардың көбісі, базаға инжекцияланған, мұнда рекомбинациялануға үлгермейді, егер оның қалындығы w<L, және коллекторға жеткеннен кейін, оған тартылады және коллектор тогын тудырады. Сонымен қатар, коллектор тогы эмиттер тогы арқылы тудырылады: I_к=aI_э+I_кб0;мұндағы a- эмиттердің токты беру коэффициенті, I_кб0 – эмиттер өшірілген кезде, коллектор өткеліндегі кері ток, яғни I_э=0 кезде, a кіші 1, яғни ток I_к– бұл I_э тогынын бөлігі. Біріншіден, эмиттерлік өткелдегі шығындарды, a шамасы кезінде ескереді және базаға тасмалдаушылар инжекциясы есебінде барлық эмиттер тогына, оның қалғандары басқа тасмалдаушылардың инжекция есебінде эмиттерге беріледі.

2. Оптоэлектрондық құрылғылар

Оптоэлектронды құрылғылар деп,көрінетін,инфрақызыл және ультракүлгін аймақтақтарда электромагниттік сәулеленуге сезімтал болып келетін,сондай-ақ осы сәулеленуді өндіретін және пайдаланатын құрылғыларды айтамыз.Көрінетін, инфрақызыл және ультракүлгін аймақтақтардағы сәулелену спектрдің оптикалық диапазонына жатқызылады.Әдетте көрсетілген диапазонға 1 нм-ден 1 мм-ге дейінгі ұзындықтағы электромагниттік толқындар жатады,бұған шамамен 0,5 • 1012 Гц –тен 5 • 1017 Гц-ке дейінгі жиілік сәйкес келеді. Кейде 10 нм-ден 0,1 мм -ге(5 • 1012...5 • 1016 Гц) дейінгі тар диапазондағы жиіліктер қолданылады.Көрінетін диапазонға 0,38мкм-ден 0,78 мкм-ге(жиілік шамамен 1015Тц –тен төмен емес) дейінгі толқын ұзындықтары сәйкес келеді.Практикада сәулелену көздері ретінде сәулелену қабылдағыштары (фотоқабылдағыштар) мен оптрондарды(оптопаралар) қолданамыз.

Оптоэлектрондық құрылғылардың негізгі қасиеттерін атап өтсек:

Ø Қолданылатын жиіліктердің үлкен мәндерінде ақпаратты таратудағы оптикалық каналдың жоғары ақпараттық сыйымдылығы

Ø Сәулелену көздері мен қабылдағыштарының толық гальваникалық шешімі

Ø Қабылдағыш сәулесінің қабылдағыш көзіне әсер етпуі(ақпарат ағынының бір бағытта болуы)

Ø Оптикалық каналдардың электромагниттік өрісті қабылдамауы(жоғары кедергілік қорғаныс)

Оптрон – жартылай өткізгішті,сәуле шығару көзінен және сәуле қабылдағыштан тұратын,бір корпусқа біріктірілген және бұл екеуінің оптикалық,электрлік байланыстары бар құрал болып табылады.Оптронның көп тараған түрінде,сәулені қабылдағыш ретінде фоторезисторлар, фотодиодтар,фототранзисторлар қолданылады.

Емтихан билеті №7

1. Тиристорлар, ВАС, қолданылу аймағы

Үш не одан да көп р-nөтпесінен тұратын және өткізетін (ашық) һәм ток өткізбейтін (жабық) екі күйі бар жартылай өткізгішті нәрсені тиристор деп атайды.

Тиристорлар басқарымалы түзеткіштер мен инверторларда және қосып-ажыратып тұратын құрылғыларда қолданылады.

Тиристорлар негізінен екі электродты немесе үш электродты болып келеді. Екі электродты тиристорды динистор немесе диодтық тиристор деп, ал үш электродты тиристорды тринистор немесе триодтық тиристор деп атайды. Үш электродты тиристордың ашық не жабық күйлерін баскарып тұруға болатындықтан өнеркәсіптік электроникада осы тиристор көп тараған.

а) б)

6.1-сурет. Тиристордың құрылымы (а) мен графикалық шартты белгісі (б): 1-динистор; 2-тринистор.

6.2-сурет. Тиристордың вольт-амперлік сипаттамасы.

Екі тиристорды қарама-қарсы паралель қоссақ онда айнымалы токты екі бағьггта да өткізіп, оны реттей алатын симметриялық тиристорды, яғни симистордыаламыз. Шетел әдебиеттерінде оның екі электродтысы - диакдеп, үш электродтысы триакдеп аталады.

а) б) в) г) д)

6.3-сурет. Тиристорлардың шартты белгіленулері: а) динистор; б) бір операциялық тиристор; в) екі операциялық тиристор; г) фототиристор; д) симистор.

Тиристордың негізгі параметрлері: рауалы орташа тура тогы, импульсті тура кернеуі және максимал кері тогы. Қазіргі кездегі тиристорлардың рауалы орташа тура тогы 1000...2000 А-ге жетеді де, ал импульсті тура кернеуі 100...4000 В аралығында болып келеді.

Тиристордың негізгі вольтамперлік шығыс сипаттамасыжоғарыда келтірілді. Оларға қосымша оның кірістік басқару сипаттамасында атап өтуге болады. Басқару тізбегінің р-nөтпелінен тұратындығын ескере отырып, оның сипаттамасы бізге белгілі деп есептеуімізге: болады. Ол р-n өтпелінің немесе диодтың сипаттамасын қайталайды.

Тиристор жалпы қуатты электрондық аспап. Оның ток шамасы килоамперге, ал кернеу шамасы бірнеше киловольтқа жетуі мүмкін. Транзистормен салыстырьп, оның қолдану аймагын айқындағанда осы жағдай ескеріледі. Қазіргі кезде шамамен 10 кВт-қа дейін аралықты транзисторлар "жайласа", одан жоғарғы қуат шамаларында, сөз жоқ, тиристорлардың артықшылықтары еркіндік алады.

Әрбір тиристордың шектік мүмкіндіктерін байқап, оның пайдалану ауқымын белгілесу үшін анықтамалықтарда берілетін оның көрсеткіштеріне баға бере білу керек. Пайдалану барысында олардың сенімді жұмыс атқаруы үшін біз оның қандай кернеу түсуіне шыдайтынын білуіміз керек. Токтың негізгі орташа,тұрақты шамасы көрсетілсе (І_тр) кернеудің көбінесе қайтанатын(U_кт) және қайталанбайтын(U_қб) шектерінің мәндері белгіленеді. Мәселен, электр жүйесінен келетін 220 В кернеудің амплитудасы 220· =220·1,41=310В болатын болса, ол үздіксіз периодпен келіп отыратын болғандықтан қайталанатын кернеу есебінде алынады. Кернеу үстемінің кейбір кездейсоқ құбылыстардың нәтижесінен тууы (мысалы, найзағайдың соғуынан т.с.с.) қайталанбайтын кернеу есебінде алынады.

Тиристордың көрсеткіштерінің қатарына оның ашық күйіндегі және т.б. жатады.

Тиристордың өзіндік ерекше көрсеткіштері ретінде оның анод тогымен анод кернеуінің өсужылдамдықтарының шектерін (dI_a/dt, dU_a/dt)атап өтуге болады. Бұларды көрсеткіш есебіндс енгізудің себебін түсіндіре кетейік.

Тиристорды тізбекке тез қосқанда, оның анод тогы белгілі бір жылдамдықпен өседі. Ол бірте-бірте тиристордың көлденең қимасына тарала түсіп, оны толық қамтуға тырысады. Егер токтың өсу жылдамдығы қима ауданының өсу жылдамдығынан артық болса, ток тығыздығы бірте-бірте өсе келіп, тиристорды істен шығаруы мүмкін. Белгілі бір электрондық аспаптың белгілі бір ток қимасының өсу жылдамдығы болғандықтан, оның тогыньң өсу жылдамдығына шек қойылып, ол анықтама кітапшасында арнайы көрсетіледі.

2. Интегралдық микросхема және оның түрлері

Қазіргі электрондық құрылғылар өте күрделі және көп элементті болып келеді. Мысалы, электронды есептеу машиналарының құрамында 10⁷ шамасында элемент бар. Әрине элементтер саны көбейген сайын құрылғының салмағы, көлемі және бағасы артады, ал сенімді жұмыс жасау мүмкіндігі азаяды. Аталған мәселелерді шешуде электрондық құрылғыға кіретін элементтерді кішірейту және оларды атқаратын міндетіне (қызметіне) қарай топтастырып жасау маңызды орын алады. Мәселен күшейткіш каскадты, түрлендіргішті т. б. бір элемент етіп жасаса, құрылғыны жинастыру, жөндеу жұмыстарының жеңілдейтіні хақ. Бірнеше ұсақ электронды элементтерден тұратын және белгілі бір жұмысты атқаратын электрондық нәрсені интегралдық микросұлба деп атайды. Мұндағы «интегралдық» сөзі «жиынды» деген ұғымды білдіреді. Интегралдық микросұлбаның негізгі параметрлері жинастыру тығыздығы мен интеграциялық дәрежесі. Жинастыру тығыздығы деп интегралдық микросұлбаның бір текше сантиметр көлемінде орналасқан элементтердің санын айтады. Микросұлбаның интеграциялық дәрежесі оның құрамындағы элементтердің жалпы санымен анықталады. Әдетте егер микросұлбаның құрамында он элементке дейін болса бірінші интеграциялық дәрежелі, оннан жүзге дейін элемент болса екінші интеграциялық дәрежелі, жүзден мыңға дейін элемент болса үшінші интеграциялық дәрежелі т. с. с. деп саналады. Интеграциялық дәрежесі мыңнан артық интегралдық сұлбалар үлкен интегралдық сұлба деп аталады.

Интегралды микросұлбалар жасалу технологиясы бойынша жартылай өткізгішті, гибридті және қабыршақты болып бөлінеді. Жартылай өткізгішті интегралдық микросұлбаларда оның барлық элементтері және оларды жалғау жартылай өткізгіш материалдың ішінде немесе үстінде орындалады (8.1, а-сурет). Жартылай өткізгіштін үсті диэлектрик болып есептелетін силицийдің қос тотығымен жабылған, ал элементтердің арасындағы изоляция міндетін р-түрлі силиций аткарады. Элементтер металл қабық жартылайрымен жалғанған. Жартылай өткізгіштің көлемі ішінде диодтарды, транзисторларды, резисторларды және конденсаторларды жасауға болады. Конденсаторлардың сыйымдылығы ретінде р-nөтпесінің сыйымдылығы пайдаланылады. Жартылай өткізгішті интегралдық микросұлбаларды жасау технологиясы өте күрделі және көпқаржы жұмсауды керек етеді. Сондықтан оларды пайдалану өте көп мөлшерде шығарғанда ғана тиімді.

8.1-сурет. Жартылай өткізгішті (а) және гибридті (б) микросұлбалардың құрылысы мен электрлік сұлбасы (в).

Қабыршақты интегралды микросұлба деп дараланған элементтері мен элементтер ара байланыстары диэлектриктің беткі қабатына жартылай өткізгішті материалдары қабыршақ (пленка) жолымен жалатылған құрылғыны атайды. Қабыршақты элементтерді жасудағы жоғары дәлдігі біріктірілген технология бойынша жасалған микросұлбаларда пайдалануы мүмкін болып, онда актив элементтері мен пассив элементтердің бір бөлігі жартылай өткізгіш көлемінде, ал пассив элементтердің қалған бөлігі оның беткі қабатында қабыршақты етіп жалату жолымен орналастырылады. Мұндай екі технологияны бірден қолдану микросұлбалардың бағасын жоғарылатады, дегенмен олардың параметрлерінің дәлдігігің жоғары болуынына көп қолданыста болады.

Гибридті интегралдық микросұлбаларда резисторлар, конденсаторлар мен индуктивті шарғылар төсеніштің үстіне әртүлі әдіспен жұқтырылатын қабықжартылайрдың көмегімен орындалады да, ал жартылай өткізгішті нәрселер төсенішке жеке-жеке бекітіледі (8.1, б-сурет). Осылайша дайындалған интегралдық микросұлбалар қорапшаның ішіне орналастырылады да, сыртына керекті ұштары ғана шығарылады.

Гибридті интегралдық микросұлбаларды жасау технологиясы жартылай өткізгішті интегралдық микросұлбалардың технологиясына қарағанда оңай, элементтерге параметрлер беру дәлдігі жоғары, бағасы арзан. Бірақ массасы және көлемі үлкен де интеграциялық дәрежесі төмен.

Қазіргі интегралдық микросұлбалардың интеграциялық дәрежесі өте жоғары және функциялық қолданымы жан-жақты болып келеді. Интегралдық микросұлбалардың басты кемшілігі берер қуатының аздығы (шамамен 50... 100 мВт).

Жартылайөткізгіш диодтар және транзисторларға қарағанда интегралдық микросұлбалар жеке элемент емес, электр сигналдарын өзгертуге арналған біртұтас функционалдық құрылғы. Қолдануна қарай интегралдық микросұлбалар біртұтас функционалдық құрылғыны сипаттайтын әртүрілі параметірлерге бөлінеді. Қолдануына қарай интегралды микросұлбалар сызықтық-импульстік және логикалық болып екіге бөлінеді.

Сызықты – импульстік микросұлбаларға кіретін және шығатын сигналдар арасында шамамен пропорциалық тәуелділікке әкелетін микросұлбаларды жатады. Кірерін сигнал болып кіретін кернеу болады, ал кіретін ток өте сирек болады, шығатын сигнал – шығатын кернеу.

Сызықты – импульстік микросұлбаларда басты функциональды параметрі: кернеу бойнша кұшейу коэффициент К_U, кіретін кедергі R_кір, максимальды шығатын кернеу U_{шық mах}, толқыеды диапазонының шектері ¦_т және ¦_ж, мұнда ¦_т – төменгі, ал ¦_ж- жоғарғы жұмыс облысы.

Қолдануына қарай сызықты – импульстік микросұлбалардың параметрлері әр түрлі мәндер болуы мүмкін. Бірақ соңғы кездері сызықты – импульстік микросұлбалардың универсальды түрін жасауға талпынуда, солардың ішінде тұрақты токтың кеңөрісті күшейткішін атауымыз керек. К³50000, R_вх³0,5 МОм, R_вых£100 Ом, ¦_в=20 МГц күшейткіштің жуықтатылған параметірлері.

Логикалық интегралды микросұлбалар, бірнеше кірістері және шығыстары бар құрылғы. Оларда кірген, шыққан кернеулері тек бір қалыпты көрсеткіште қана болады, ал шығу кернеуі әртүрілі кірген құрылғылардағы кернеудің бар, жоқтығына байланысты долады. Бұл микросұлбалардың басты параметрі кірген және шыққан кернеуі және жылдамдығы.

Интегралдық микросұлбалардың ортақ техникалық параметрлері— механическалық беріктілігі, жұмыс температураларының диапазоны, жоғарлатылған және төмендетілген қысымға шыдамдылығы және дымқылға қарсы тұруы -әдетте транзистордан, диодтардан кем емес.

Жоғарыда айтқандай интегралдық микросұлбалардың басты артықшылығы жоғарғы сенімділгі және өте үлкен еместігі.

Үлкен интегралды сұлбалар (ҮИС), бірнеше ондаған – мыңдаған элементтері бар, массасы бірнеше грамнан аспайды. Оның коп салмағы активті жартылай өткізгіш элементтерле емес, корпусна, шығысына және оның төсемшесіне келеді. ҮИС актив элементтерінің тығыздығы 10000—50000 эл/см³ болад.

Итегралды микросұлбалар жоғарғы жылдамдығымен ерекшелінеді, ПК, электр арасындағы сиымдылықты және қосатын сымдардың индуктиві сияқты паразитті параметірлерін төмендетеді. Бұл жағдай жоғарғытолқынды күшейткіштер 1 – 3 ГГц және 0,1нс кешігуімен жылдам логикалық сұлбалар.

Емтихан билеті №8

1. Биполярлық транзисторлардың қосылу сұлбалары

Транзистордың қандай электроды кіріс және шығыс сигналдар үшін ортақ болуына байланысты, транзистор қосыдудың түрлерін үш сұлбаға бөледі (1.15-сурет): ортақ базамен (ОБ); ортақ эмиттермен (ОМ), ортақ коллектормен (ОК).

Осы сұлбаларда тұрақты кернеу көздері мен резисторлар транзисторлар жұмысын тұрақты токпен қамтамасыз етеді, яғни кернеу керек мәндері мен бастауыш токтар. Ауыспалы токтың кірістік сигналдары uвх көздерімен пайда болады. Коллектор токтың өсімшесі және эмиттер тогы (1.15, в-сурет) RK және RЭ резисторларда сәйкесінше кернеу өсімшелерін тудырады, олар U_выхшығыстық сигналдары болып табылады. Сұлба параметрлерін таңдағанда Uвых оның өсімшесін туғызған U_вх-дан (1.15, а, б-сурет) көбірек болу керек немесе оған жақын (1.15, в-сурет).

а)

б)

в)

а – ОБ; б – ОЭ; в – ОК

1.15-сурет – Биполярлық транзисторлардың қосу сұлбалары

Әр жүйенің ерекшеліктерін қарастырайық.

1.15, а-суретте ортақ база сұлбасы келтірілген.

Осы сұлбада:

I_вхб = IЭ , I_выхб = IК = a IЭ , U_вхб= UЭБ , U_выхб = UКБ = UН,

Берілген сұлбаның күшейткіш қасиеттерін қарастырайық.

Ток беру коэффициенті (ток күшейту коэффициенті)

(1.20)

Сәйкесінше, ортақ базасы бар сұлба ток күшейтусіз.

Кернеу күшейту коэффициенті

(1.21)

қатынасы кірістік кедергіден көп болғаннан, ортақ базасы бар сұлба кірістік кернеуді күшейте алады.

Қуат күшейту коэффициентін қуат қатынасындай қарастырамыз

(1.22)

Алынған нәтижеден белгілі: ортақ базасы бар сұлба қуатқа байланысты кейбір күшейтуі сияқты бар. Ток күшейткішінің жоқтығы, қуат бойынша коэффициенттің кіші болуы және де кірістік кедергінің аз мәндігі берілген сұлбаның қолдануын шектейді. Кіші кірістік кедергі каскадтық қосуға жол бермейді, себебі келесі каскадтың кішкентай кірістік кедергісі алдыңғы каскадтың шығысына шунтталатын әсер етеді, нәтижесінде күшейткіштің бүкіл күшейтуі тез кемиді.

1.15, б-суретте ортақ эмиттерлі сұлба көрсетілген. Берілген сұлбада I_вхэ=IБ = IЭ(1-a) , I_выхэ= aIЭ, кірістік кедергі ортақ базалы сұлбаға қарағанда шамамен екі есе көп, себебі

(1.23)

Ортақ эмиттері бар сұлбада ток бойынша күшейтуі бар

(1.24)

Кернеу көбейту коэффициенті ОБ сұлбасында сияқты

(1.25)

ОЭ схемасы ең үлкен кернеу коэффициентке ие

(1.26)

Берілген сұлба кеңейтілген қолданысқа ие.

Ортақ коллектор сұлбасы 1.15, в-суретінде келтірілген.

Ортақ эмиттер сұлбасында сияқты, бұл сұлбада кірістік ток базалық ток болып табылады

I_вхк = IБ = IЭ(1- a).

Кірістік ток ретінде эмиттер тогы болып табылады I_выхк= IЭ. Ортақ коллектор сұлбасында ең үлкен ток бойынша күшейту:

(1.27)

Ортақ коллекторы бар кірістік кедергі сұлбасы жоғарыда қарастырылған сұлбалардан асады:

(1.28)

Ортақ коллекторы бар сұлбада кернеу күшейтуі жоқ, себебі

(1.29)

Өйткені RН>>R_вxб, К_uк»1 деп санауға болады.

Ортақ коллекторлы сұлбаларды көбіне эмиттерлі қайталағыш деп атайды, себебі жүк эмиттер тізбегіне қосылған. Кернеу күшейту коэффициенті шамамен бірге тең және шығыстық кернеу фаза бойынша кірістікпен бірдей.

Эмиттерлі қайталағыш кеңінен каскад арасында кедергілер келісу каскады ретінде немесе күшейткіш шығысы мен оның жүк арасында қолданылады. Сұлбада қуат күшейту коэффициенті ортақ эмиттермен шамамен ток күшейту коэффициентіне ұқсайды:

(1.30)

Айтылғандардан қосу сұлбалардың әрқайсысы кернеу күшейтуі бар екені шығады. Бұл транзистор активті (күшейткіш) аспап екенін растайды.

Транзисторлардың негізгі параметрлерін қосу сұлбалары 1.1 – кестеде көрсетілген.

- ОБ сұлбасы бар: шығыста кіші кедергі; ток бойынша күшейту болмауы; кернеу мен қуат бойынша үлкен күшею;

- ОЭ сұлбасы бар: ОБ сұлбаға қарағанда кірісте кедергі көбірек; ток, кернеу, қуат бойынша сигналды күшейтеді;

- ОК сұлбасы бар: ОБ және ОЭ сұлбаға қарағанда кірісте кедергі көбірек; ток пен қуат бойынша сигналды күшейтеді.

1.1-Кесте – Биполярлық транзистор сұлбаларын қосудың негізгі параметрлері

Параметр	ОЭ бар сұлба	ОБ бар сұлба	ОК бар сұлба
KI	ондаған-жүздік бірліктер	Бірліктен сәл кіші	ондаған-жүздік бірліктер
KU	ондаған-жүздік бірліктер	ондаған-жүздік бірліктер	Бірліктен сәл кіші
КР	Жүздік-ондық Мың бірлік	ондаған-жүздік бірліктер	ондаған-жүздік бірліктер
Rвх	Жүздік Ом- ондық кОм	Бірлік- ондық Ом	ондаған-жүздік кОм
Rвых	Бірлік- ондық кОм	Жүздік кОм- бірліктер МОм	Жүздік Ом- бірліктер кОм

OKпен схеманың кiретiн кедергiсiнiң үлкен мәнi ретiнде келiсетiн құрылымның эмиттер қайталауышы iс жүзiнде кең қолдануды алдын ала анықтайды.

Кернеу бойынша, тоқ бойынша мәлiметтердiң талдауы Оммен схеманың транзистордың күшейту қамтамасыз ететiн әмбебаптығы туралы куәландырады. Бұл сызықты емес шынжырлардағы транзистордың қосындысының көрcетiлген схемасының кең қолдануын ұғындырады.

Биiк мәндер β тоқ бойынша транзистордың аз кiретiн (базасының тоғымен) тоқтардың мүмкiндiгiнде (жүктеме) демалыс шынжырының айтарлықтай үлкен тоқтарымен (IK = β IБ токпен) басқаруға қорытушы күшейткiш қасиетi сонымен бiрге себепшi болады.

2. Өлшеуіш техникасы жалпы түсінік

Емтихан билеті №9

1. Күшейткіштер және оның негізгі параметрлері, түрлері

Әр түрлі технологиялық қондырғыларда өнеркәсіптік электрониканың элементтік құраушы бөлігі болып табылатын күшейіткіштер кеңінен қолданылады. Күшейткіштер деп кірмесіне әлсіз электрлік сигнал беру арқылы шықпасында оның өзгеру зандылығын қайталайтын және одан әлдеқайда қуатты сигнал алуға болатын құрылғыларды айтады. Күшейтетін параметріне қарай күшейткіштер кернеулік, токтық және қуаттық болып бөлінеді. Өте әлсіз сигналдарды күшейту үшін бірнеше күшейткіштік сатыдан тұратын күшейткіштер қолданылады. Бір сатылы күшейткіш күшейткіштік каскад деп аталынады. Қазіргі кернеулік күшейткіштер кернеуі 10^-7 В әлсіз сигналдарды күшейтуге мүмкіндік береді.

Күшейткіштердің негізгі параметрлеріне токты, кернеуді және қуатты күшейту коэффициенттері мен кірмелік және шықпалық кедергілері, ал негізгі сипаттамаларына күшейту коэффициенттерінің амплитудадан және жиіліктен тәуелділіктері жатады.

Транзисторлардың үш түрлі жалғану сұлбасына сәйкесті биполяр транзисторлы күшейткіштердің де үш түрлі сұлбасы болады. Транзистордың эмиттері ортақ жалғану сұлбасының жиі қолданылатындығы және оның басқа жалғану сұлбаларына қарағанда артықшылықтары айтылғанды. Енді осы сұлбаға құрылған эмиттері ортақ каскадтың жұмысын қарастыралық.

9.1-суретте эмиттері ортақ күшейткіш каскадтың қарапайым сұлбасы келтірілген. Мұндағы R_крезисторы коллектор тізбегінің жүгі де, ал R_брезисторы транзистордың базасына қорек көзінен кернеу беріп, кірмелік сигнал жоқ кезде де оны ашық күйде ұстау үшін керек. Конденсатор С₁қорек көзінен сигнал кезіне тұрақты токты өткізбейді және транзистордың кірмелік сигнал көзімен қысқа тұйықтаудан сақтайды. Жүктеменің (R_ж)бір ұшы С₂конденсаторы арқылы коллектормен жалғанады да, ал екінші ұшы кірмелік және шықпалық тізбектердің ортақ нүктесімен қосылады. С₂конденсаторы жүктеме тізбегіне коллектор тогының айнымалы құраушысын ғана өткізу үшін керек.

9.1-сурет. Эмиттері ортақ күшейткіштік каскадтың сұлбасы.

Кірмелік сигнал жоқ кезде коллектор тізбегімен І_к0 тогы журеді. Бұл токтың шамасы қорек көзінің ЭҚК-не, R_к резисторының кедергісіне және базаның тогына (І_б0) байланысты анықталады. Қорек көзі Е_к, резистор R_к және коллектор-эмиттер өнбойында Кирхгофтың екінші заңы бойынша

мұндағы U_к0 — коллектор мен эмиттердің арасындағы кернеу.

Кірмелік сигнал жоқ кездегі күшейткіш каскадтың жұмыс әлпі тыныш әлпі деп аталады. Каскадтың тыныш әлпіндегі электрлік күйінің тендеуі (Е_к,0) және (0,Е_к/R_к) нүктелері арқылы өтетін түзудің теңдеуі болып табылады. Бұл түзуді тұрақты ток бойынша жұргізілген жүктемелік түзу деп атайды.

Транзистордың шықпалық сипаттамасы мен жүктемелік түзуді бір координаттар жүйесінде тұрғызып (9.2-сурет), базалық токтың әр түрлі мәндеріне сәйкесті коллекторлық кернеу мен коллекторлық токтың мәндерін табуға болады. Транзистордың тыныш әлпіндегі базалық токты, яғни

мәні (0 нүктесі) шықпалық сипаттамалар жиынтығының және сипаттаманың қанығу үрдісіне сәйкесті бөлігінің ортасында жататындай етіп таңдап алады. Бұл нүктені тыныштық нүктесі деп атайды.

Егер күшейткіш каскадтың кірмесіне (база-эмиттер) синусоидал кернеу (U_кр) берсе (9.2, а-сурет), онда база мен эмиттердің арасындағы кернеу берілген синусоидал кернеу мен тыныш әлпіндегі базаның тұрақты кернеуінің алгебралық қосындысына тең болады:

U_б = u_кр+U_б0

Осы кернеу тудыратын базаның тогы да оның синусоидал құраушысы мен тыныш әлпіндегі тогының алгебралық қосындысына тең болады, яғни

І_б = і_б +І_б0.

9.2-сурет. Күшейткіштік каскадтың жұмыс істеу тәртібін түсіндіретін графиктер.

Бұл токтың транзистордың кірмелік сипаттамасын пайдалана отырып тұрғызылған графигі 9.2, б-суретте келтірілген. Базаның тогы синусоидал зандылықпен өзгеріп, коллектордың тогының да синусоидалы өзгерісін туғызады. Ал коллектордың тогының синусоидалы өзгеруі салдарынан коллектордың кернеуі де синусоидалы өзгеріп отырады. Коллектордың кернеуінің, яғни шықпалық кернеудің графигін тұрғызу үшін коллектордың тогының базаның тогынан тәуелділік графигін тұрғызу керек. Бұл тәуелділік, яғни І_к=f(І_б) ауыспалық сипаттама деп аталады (9.2, в-сурет). Осы ауыспалық сипаттама мен шықпалық сипаттамадағы жүктеме сызығын пайдалана отырып (9.2, г-сурет), коллектордың кернеуінің графигі алынады (9.2, д-сурет). Коллектордың тогы өскен сайын R_крезисторында кернеудің түсуі артады да, коллектордың кернеуі кемиді және керісінше. Сондықтан кірмелік кернеудің оң мәнінде коллектордың кернеуі теріс мән қабылдайды, яғни кірмелік кернеу мен шықпалық кернеудің фазалары қарама-қарсы болады. Мұндай каскадты фаза төңкергіш каскад деп атайды. Графиктен көрініп тұрғандай, коллектордың кернеуі де синусоидал болады. Ал сандық шамасы жағынан синусоидал құраушысына тыныш әлпіндегі кернеуі қосылатындықтан кірмелік кернеуге қарағанда әлдеқайда үлкен болады. Каскадтың осы әлпінде коллекторлық кернеу U_к=E_к-I_к0R_к-i_кR_к.

Сонымен, күшейткіш каскадтың кірмесіне кішкене кернеу беріп, оның шықпасында қорек көзі тудыратын және берілген кернеудің заңдылығымен өзгеріп отыратын одан әлдеқайда үлкен кернеу алуға болады.

Жоғарыда жартылай өткізгішті нәрселердің параметрлерінің температураға өте сезімталдығы айтылған болатын. Егер температура жоғарыласа базаның тогы өседі де, ал базаның тогының өсуі коллектордың тогының өсуін тудырады. Сондықтан тыныштық нүктесі жүктемелік түзудің бойымен жоғары көтеріледі де (9.2, г-сурет) шықпалық кернеудің теріс мәнді жарты толқынының пішіні бұзылады, яғни шықпалық кернеудің пішіні күшейткішке берілген кернеудің пішінін қайталамайды. Егер температура төмендесе, онда база мен коллектордың тогы азаяды да тыныштық нүктесі жүктемелік түзудің бойымен төмен қарай ығысады. Бұл шықпалық кернеудің оң мәнді жарты толкынының пішінінің бұзылуына әкеліп соғады. Ендеше температура өзгергенмен тыныштық нүктесі өз орнын сақтайтындай, яғни күшейткіш каскадтың тыныш әлпін тұрақтандыратын шаралар қолдану керек. Ол үшін әдетте эмиттерге бірізді етіп резистор (R_э) жалғанады. Егер коллектордың тогы көбейсе, онда R_э резисторында кернеудің түсуі де көбейеді. Бұл эмиттердің потенциалы ортақ нүктенің потенциалына қарағанда жоғарылады деген сөз. Ал осы ортақ нүктеге қарағанда базаның потенциалы R₂ резисторындағы кернеудің түсуімен анықталатын тұрақты шама болғандықтан, R_э резисторындағы кернеудің түсуі база мен эмиттердің арасындағы кернеуді (U_б)азайтады. Базаның кернеуінің азаюы оның тогын азайтады, ал базаның тогы азайса, онда коллектордың тогының да азаятыны белгілі. Ендеше тыныштық нүктесі жүктемелік түзудің бойымен өзінің бұрынғы орнына (төмен қарай) ығысады.

Базаның потенциалына эмиттердің тогының синусоидал құраушысының әсерін болдырмау үшін R_э резисторына параллель С_э конденсаторын жалғайды. С_э конденсаторының сыйымдылығы R_эрезисторының тогында синусоидал құраушы ток жоқ деп есептейтіндей үлкен болуы керек, яғни С_э конденсаторының кедергісі R_э резисторының кедергісінен әлдеқайда аз болуы керек.

Эмиттері ортақ күшейткіш каскадтың кернеуді, токты және қуатты күшейту коэффициенттерін төмендегі өрнектерден жуықтап табуға болады:

Жоғарыда эмиттер тізбегінің кернеуі арқылы, яғни шықпалық кернеудің өзгеруі арқылы базаның кернеуіне әсер етіп, яғни кірмелік кернеуге әсер етіп тыныштық нүктесі тұрақтандырылды. Бұлайша күшейткіштің шықпалық параметрлерінен кірмелік параметрлеріне сигнал беру кері байланыс деп аталады. Кері байланыс тізбегі арқылы кірмеге берілген сигнал кірмелік сигналмен не қосылып оны күшейтеді де, не одан шегеріліп оны әлсіретеді (азайтады). Егер кері байланыс кірмелік сигналды азайтатын болса, онда ол теріс кері байланыс деп аталады. Қарастырылып отырған сұлбадағы кері байланыс теріс кері байланыс болып табылады, өйткені ол базаның кернеуін азайтқан болатын. Кері байланыс кірмелік кернеуді әлсіреткенмен шықпалық кернеуді тұрақтандырады және ол кірмелік кернеудің пішінің сақтайтын болады. Егер кері байланыс кірмелік кернеуді күшейтетін болса, онда ол оң кері байланыс деп аталады. Оң кері байланыс тыныштық нүктесінің ығысуына, ал оның салдарынан шықпалық кернеудің пішінінің бұзылуына әкеліп соғады. Сондықтан күшейткіштік каскадтарда негізінен теріс кері байланыс қана қолданылады.

2. ХБЖ жүйесі. Негізгі және қосымша бірліктер

1963 жылы КСРО «Халықаралық бірліктер жүйесі» ендірілді.

Жаңа жүйенің артықшылығы оның әмбебаптығы (өлшеудің барлық саласын қамтуы), келісімділігі (барлық туынды бірліктер бірыңғай ереже бойынша құрылған) және ғылым мен техниканың дамуына байланысты жаңа туынды бірліктерді жасау мүмкіндігі.

Негізгі бірліктер.СИ жүйесінде ұзындықтың негізгі бірліктері ретінде метр (м), уақыт- секунд (с), салмақ- килограмм (кг), электрдің ток күші- ампер (А), термодинамикалық температура – кельвин (К), жарық күші – кандела (кд) және заттар саны –моль (моль) табылады.

Негізгі бірліктер

Ұзындық-м

Салмақ - кг

Уақыт - с

Эл. ток күші -А

Термодинамикалық температура –(К)

Заттар саны – (моль)

Жарық күші – (кд)

Қосымша бірліктер

Жазық бұрыш - рад

Денелік бұрыш- ср

7 сурет. СИ жүйесіндегі негізгі және қосымша бірліктер

Арнайы атаулары «бар» туынды бірліктер

Жиілік – Гц Күш, салмақ – Н Қысым – Па Энергия – Дж Қуат – Вт Электр саны – Кл Электрлік кернеу – В Электрлік сыйымдылық – Ф Электрлік кедергі – Ом Электрлік өткізгіштік – См Магнит индукциясының ағымы – Вб Магниттік токтың тығыздығы – Тл Индуктивтілік – Гн Жарық ағымы – лм Жарықтық – лк Радионуклидтің активтілігі –Бк Ионды сәулеленудің дозасы – Гр Сәулеленудің эквиваленттік дозасы - Зв

Қолдануға рұқсат етілген уақытша бірліктер

Ұзындық –мил (1852 м)

Салмақ – кар (2*10^-4 )

Жылдамдық – уз (0,514м/с ) м/с

Қысым – бар (10⁵)

Айналу жиілігі – айн/мин

Сызықтық тығыздық – текс (10^-6кг/м)

Энергия -эВ

СИ бірліктерімен бірге қолдануға рұқсат етілген жүйеден тыс

Салмақ - т

Уақыт – мин, сағ, тәулік

Ұзындық- а. б., ж.жыл, пк

Тегіс бұрыш -0

Көлем - л

Аудан - га

Оптикалық күш - дптр

Толық қуат- В·А

Реактивті қуат -вар

8 сурет. ГОСТ 8.417-81 бойынша физикалық шаманың бірліктері

Метр(ұзындық бірлігі)– вакуумдағы жарықтың 1/299792458 үес секундта жүріп өтетін жол ұзындығы.

Секунд(уақыт бірлігі) – сыртқы өрістер әсер етпеген 133 цезий атомының негізгі күйінің аса жіңішке құрылымының екі деңгейі арасындағы ауысуға сәйкес келетін сәулеленудің 9192631770 периоды.

Килограмм(масса бірлігі) –килограммның халықаралық прототипі - платиналы-иридилі гир салмағына тең.

Килограммды анықтау басқа да түрлі бірліктермен байланыспайды, бірақ килограмм көмегімен көптеген туынды бірліктер жасалынады.

Ампер (электр тогының күш бірлігі) –вакуумда бір-бірінен 1м қашықтықта орналасқан екі параллель шексіз ұзындықтағы өте кіші қима ауданды өткізгіштер арқылы өтетін ток күші, әрбір өткізгіштің 1метр ұзындығына 2· 10^-7 Н тең к85 тудыратын ток әсер етеді.

Кельвин(термодинамикалық температура бірлігі) -судың үштік нүктесіндегі 1/273,19 бөлігі термодинамикалық температураға тең.Бұл эталон басқа шамаларға тәуелді емес.

Кандела(жарық күшінің бірлігі) - 540 10¹² Гц монохроматты сәуле жиілігінде қолданылатын берілген бағыттағы шығу көзіндегі жарық күшіне тең, бұл бағытта энергетикалық күш 1/683 Вт/ср тең.

Кандела эталоны жаңғыртылуы бойынша басқа да бірқатар эталондарға тәуелді болып келеді.

Моль(заттар мөлшерінің бірлігі)-массасы 0,012 кг көміртегі атомының құрамындағы құрылымдық элементті құрайтын жүйенің заттарының саны.

Қосымша бірліктерСИ жүйесі бойынша радиан (рад) – жазық бұрыштың бірлігі және стерадиан (ср) – денелік бұрышының бірлігі.

Радиан – шеңбердің екі радиусының арасындағы бұрыш,олардың арасындағы доғаның ұзындығы радиусқа тең.

Радиан туынды бірліктерді жасауда кеңінен қолданылады және 57°17ʹ44,8ʺ тең болады.

Стерадиан –сфераның бетінде қабырғасы сфераның радиусына тең квадратты қиып алтын төбесі сфераның центріне орналасқан денелік бұрыш.

Стерадиантеориялық және есептік мәнде болады, жекеше түрде жарықтехникасындакездеседі.

Негізгі және қосымша бірліктердің атауынан құралған СИ жүйесінің туынды бірліктері 1 кестеде келтірілген.

1 кесте. Негізгі және қосымша бірліктердің атауынан құралған СИ жүйесінің туынды бірліктері

Шамасы	Бірлік
аталуы	белгіленуі
Аудан	метр квадрат
Көлем, сыйымдылық	метр куб
Жылдамдық	метр секунд
Үдеу	метр секунд квадратта
Бұрыштық жылдамдық	радиан секундта
Бұрыштық үдеу	радиан секунд квадратта
Толқындық сан	минус бір дәрежесі метрде
Тығыздық	килограмм метр кубта
Бөлінетін көлем	метр куб килограмда
Электр тогының тығыздығы	ампер метр квадратта
Магнит ағынының	ампер метрде	А/м
Мольдік концентрация	моль метр кубта
Ионды бөлшектердің ағыны	минус бір дәрежесі секундта
Ионды бөлшектердің ағын тығыздығы	минус бір дәрежесі секундтың минус екі дәрежесі метрге
Жарықтық	кандела квадрат метрге

2 кесте. Өзіндік атауы бар СИ жүйесінің туынды бірліктері

Шама	Бірлік	СИ негізгі бірліктері арқылы тұрлаулы бірліктердің белгіленуі
	аталуы	жазылуы
Жиілік	Герц	Гц	1/с
Күш	Ньютон	Н	Кг·
Қысым	Паскаль	Па	Кг/( )
Энергия, жұмыс, жылу саны	Джоуль	Дж	Кг·
Қуат, энергия ағыны	Ватт	Вт	Кг·
Электр саны, электр заряды	Кулон	Кл	А·с
Электр кернеуі, электр потенциалы	Вольт	В	Кг·
Электр сыйымдылық	Фарад	Ф
Электр кедергісі	Ом	Ом	Кг·
Электр өтімділік	Сименс	См
Магнит индукциясының ағыны	Вебер	Вб	Кг·
Магнит индукциясы	Тесла	Тл	Кг
Индуктивтілік	Генри	Гн	Кг·
Жарық ағыны	Люмен	Лм	Кд·ср
Жарықтық	Люкс	Лк	Кд·ср/
Радионуклеидтің активтілігі	Беккерель	Бк	1/с
Сәулелену мөлшері	Грэй	Гр
Эквиваленттік сәулелену мөлшері	Зиверт	Зв

3-кесте.Арнайы атауларды қолданумен құрылған СИ туынды бірліктері

Шама	Бірлік
аталуы	белгіленуі
Күш моменті	Ньютон-метр	Н·м
Беттік керілу	Ньютон метрге	Н/м
Динамикалық тұтқырлық	Паскаль-секунд	Па·с
Электр зарядының вакуумдық тығыздық	Кулон метр кубқа	Кл/
Электрлік орын ауыстыру	Кулон метр квадратқа	Кл/
Электр осінің кернеуі	Вольт метрге	В/м
Абсолюттік диэлектрлік өткізгіштік	Фарад метрге	Ф/м
Абсолюттік магниттік өткізгіштік	Генри метрге	Гн/м
Салыстырмалы энергия	Джоуль килограммға	Дж/кг
Жылусыйымдылық жүйесі, энтропия жүйесі	Джоуль кельвинге	Дж/К
Салыстырмалы жылусыйымдылық, салыстырмалы энтропия	Джоуль килограмм кельвинге	Дж/(кг·К)
Энергия ағынының беттік тығыздығы	Ватт метр квадратқа	Вт/
Жылуөткізгіштік	Ватт метр-кельвинге	Вт/(м·К)
Мольдік ішкі энергия	Джоуль мольға	Дж/моль
Мольдік энтропия, мольдік жылусыйымдылық	Джоуль моль-кельвинге	Дж/(моль·К)
Жарық күшінің энергиясы (сәулелену күші)	Ватт стерадианға	Вт/ср
Сәулелену экспозициялық мөлшері (рнетгендік және гамма-сәулелену)	Кулон килограммға	Кл/кг
Қуаттың енген мөлшері	Грей секундқа	Гр/с

4-кесте. СИ бірліктерімен бірге қолдануға рұқсат етілген жүйеден тыс бірліктер

Шама	Бірлік
аталуы	белгіленуі
Салмақ	Тонна	Т
	Салмақтың астрономикалық бірлігі	С.а.б.
Уақыт	Минут	Мин
Сағат	Сағ
Тәулік	Тәул
Жазық бұрыш	Градус	...
Минут	...
секунд	...
Көлем, сыйымдылық	Литр	Л
Ұзындық	астрономикалық бірлігі	А.б.
Жарықтық жыл	Жар.ж.
Парсек	Пк
Оптикалық күш	Диоптрия	Дптр
Аудан	Гектар	Га
Энергия	Электрон-вольт	эВ
Толық қуат	Вольт-ампер	В·А
Реактивті қуат	Вар	Вар
Температура	Градус Цельсия

5-кесте. Қолдануға уақытша рұқсат етілген жүйеден тыс бірліктер

Шама	Бірлік	СИ бірлігіне аудару
аталуы	белгіленуі
Ұзындық	Теңіздік миля	Т.миля	1852 м
Салмақ	Карат	Кар	2· кг
Сызықтық тығыздық	Текс	Текс	Кг/м
Жылдамдық	Узел	Уз	0,514 (4)м/с
Айналу жиілігі	Секундта айналу	Айн/с	1·
Минутта айналу	Айн/мин	1/60 = 0,016(6)
Қысым	бар	Бар	Па

Еселик жане улестик бирликтер

Көбейткіштер	Алдынақойылу	Көбейткіштер	Алдынақойылу
аталуы	белгіленуі	аталуы	белгіленуі
	экса	Э		атто	а
	пета	П		фемто	ф
	тера	Т		пико	п
	гига	Г		нано	н
	мега	М		микро	мк
	кило	к		милли	м
	гекто	г		санти	с
	дека	да		деци	д

СИ жүйесіндегі туынды бірліктерді қолдану саласы бойынша топтастыруғы болады:

- механикалық шамаларға арналған Си жүйесінің туынды бірліктері;

- жылулық шамаларға арналған СИ жүйесінің туынды бірліктері;

- электрлік және магниттік шамаларға арналған СИ жүйесінің туынды бірліктері;

- акустикалық шамаларға СИ жүйесінің туынды бірліктері;

- жарықтық, оптикалық және энергетикалық магниттік шамаларға арналған СИ жүйесінің туынды бірліктері;

- ионизацияланушы шағылыстырушышамаларға арналған СИ жүйесінің туынды бірліктері.

Емтихан билеті №10

1. Төмен жиілікті бір каскадты күшейткіштер

Төмен жиілікті күшейткіш — Жиілік диапазоны дыбыс аумағында жұмыс жасауға арналған(кейде төменгі ультрадыбыс жиілігінде 200 кГц ке дейін). Дыбыс жазу,дыбыс шығару техникаларында,автоматикада,өлшеу және аналогты есептегіш техникаларында қолданылады.

2. Өлшеуіш түрлері, сипаттамасы

- шкаланың разрядтылығы 2000 отсчет%;

- жарықтылығы: 2000/20000/50000lux: ±5.0%;

- көрсеткіштерді сақтау DATA HOLD

Өлшеуіш аспаптар — белгіленген өлшемде өлшенетін физикалық шамалардың мәнін алу үшін арналған өлшеу құралы болып табылады. Өлшеуіш аспаптарды көбінесе тікелей қабылдау операторы үшін ыңғайлы түрде өлшеу ақпараттарының сигналын әзірлеу арналған өлшеу аспаптары ретінде қарастырады.

Тікелей әсер ету аспаптары сәйкес градуировкасы бар көрсету құрылғыларында өлшенетін шаманы бейнелейді. Мұнда физикалық шама тегі өзгермейді. Тікелей әсер ету аспаптарына, мысалы, амперметр, вольтметр, термометр жатады.

Салыстыру аспаптары өлшенетін шаманы мәні белгілі шамалармен салыстыруға арналған. Мұндай аспаптар ғылыми мақсаттарда кең қолданылады, сондай-ақ сәулелену көздерінің жарыңтығы, сығылған ауаның қысымы сияқты шамаларды өлшеу үшін тәжірибеде кең қолданылады.

Емтихан билеті №11

1. Күшейткіштердің негізгі сипаттамасы

2. Физикалық шамалардың өлшемдерін салыстыру әдістерінің түрлері

Өлшеу –арнайы техникалық құралдардың көмегімен тәжірибелі жолмен физикалық шаманың мәнін табу болып табылады. Мысалы, қарапайым жағдайларда, сызғышты қандай да бір бөлшектің бөліктерімен қою арқылы сызғышта сақталатын бірлік өлшемімен салыстырады, және есеп жүргізіп шама (ұзындық, биіктік, қалыңдық және бөлшектің басқа параметрлері) мәнін алады, немесе өлшеуіш аспаптың көмегімен көрсеткіштің орын ауыстыруына түрленген шама өлшемін осы аспаптың шкаласында сақталатын бірлікпен салыстырады және есеп жүргізеді.

«Өлшем» терминінен «өлшеу» деген термин құралады.Басқа «шамалау», «мөлшерлеу», «мөлшерлену», «мөлшерлету» сияқты терминдерді қолданудың қажеті жоқ. Олар метрологиялық терминдер жүйесіне кірмейді.

Өлшеуді жүргізу үшін келесілер қажет:

- физикалық шама;

- өлшеу әдістері;

- өлшеу құралдары;

- операторлар;

- өлшеуге қажетті шарттар.

Өлшеудің мақсаты – физикалық шамалардың мәнін қолдануға ыңғайлы формада алу болып табылады.

Физикалық шама мәнімен не түсіндіріледі, яғни тәжіриибелі жолмен алынған мәндерді айту керек.

Өлшеудің түрлері. Өлшенетін шаманың сандық мәнін алуға байланысты барлық өлшеулер негізгі төрт түрге бөлінеді:тура, жанама, жиынтық және бірлескен.

Тура

ӨЛШЕУ

Жанама

Жиынтық

Бірлескен

7 сурет. Өлшенетін шаманың сандық мәнін алуға байланысты барлық өлшеу түрлері

Тураөлшеу деп шаманың сандық мәнін тікелей өлшеп табуды айтады. Мысалы, салмақты таразылар арқылы бөлшектер ұзындығын микрометрмен өлшеу.

Нақты айтқанда, өлшеу әрқашан тікелей және салыстырумен қаралады, яғни оның шамасы бірлікпен анықталады.Мұндай жағдайда «өлшеудің тікелей әдісі» терминін қолдану қажет.

Жанама өлшеу дегенімізізделінді шамамен функциональды байланысқан басқа физикалық шамамен тура өлшем нәтижесі негізінде өлшенетін физикалық шаманың ізделінді мәнін анықтау. Мысалыға, тығыздықпен байланысқан цилиндр массасын m, биіктігін h және диаметрін d тура өлшеу нәтижелері арқылы цилиндрлік нысандағы дене тығыздығын D теңдеу арқылы анықтау.

D =

Көптеген жағдайларда «жанама өлшем» терминінің орнына «жанама өлшем әдісі» термині қолданылады.

Жанама өлшеулер келесі жағдайларда жүргізіледі:

- өлшенетін шаманың мәнін тікелей өлшеуге қарағанда жанама жолмен оңай анықтауда;

- шаманы тікелей өлшеу мүмкін болмағанда;

- жанама өлшеулердің қателігі тікелей өлшеулерге қарағанда азырақ болса.

Жанама өлшеудің теңдеуі келесідегідей:

мұндағы y- ізделініп отырған шама, яғни тікелей өлшеумен алынған аргументтердің функциялары болып табылады.

Жиынтықтық деп біраттас бірнеше шамалардың өлшемі бір уақытта өткізіледі және тікелей өлшеу кезінде таңдау жүесін шешу арқылы шама анықталады.

Мысалы, өлшеулер, бөлек гир салмағы олардың ішінде берілген бір салмағы тікелей, салыстыру нәтижелері арқылы түрлі гирлер анықталады.

Бірлескен өлшеулер -олардың арасындағы функционалды байланысты табу үшін екі немесе бірнеше біраттас емес өлшеулер біруақытта өткізу болып табылады.Мысалы, дене ұзындығының байланысын температура, қысымның қайнау және еру температурасын және т.б.

Өлшеу қатарында өлшеулер саны бойынша бір реттіжәне көпретті болып бөлінеді.

Шама өлшемінің өзгеруіне байланысты статистикалық(физикалық шаманың өзгермейтін уақытта өлшенілуі,орташа температурада бөлшектер ұзындығын өлшеу немесе жер учаскісінің мөлшерін өлшеу)және динамикалық (физикалық шаманың мөлшері бойынша өзгермелі өлшеу, мысалы, электр тогының өзгермелі қысымын өлшеусамолеттің жерге түсу кезіндегі арақашықтық дәрежесін өлшеу) болып табылады.

Өлшеу нәтижесінің мәні бойынша – абсолюттік(тікелей өлшеу шамасына негізделген өлшеулер және физикалық константа мәніне қолданудағы өлшеулер, мысалы, F күшін өлшеу m салмақтың негізгі шамасын өлшеуге негізделген және физикалық тұрақты қолданылатын – еркін түсу үдеуі g қолданылады ) және қатынастық (біраттас шамалар, яғни бірлік рөлін орындайтын шама қатынасындағы өлшеулер) өлшеулер болып саналады.

Өлшеу әдісі- бұл қабылдау немесе өлшенетін заттардың құрамын немесе қасиетін салыстырып қабылдаумен, сондай-ақ заттардың белгілі құрамын және қасиетімен физикалық шаманы өлшеу.

Өлшеудің принципі – өлшеудің негізіне қойылған құбылыс немесе эффект.

Өлшеу әдісінің жіктелінуі.Өлшеу нәтижесін ортақ қабылдап алуды келесілер бойынша топтастырады:

1)өлшеудің тікелей әдісі;

2)өлшеудің жанама әдісі.

Бірінші әдіс тікелей өлшеу әдісі кезінде орындалады, ал екіншісі – жанама өлшеу кезінде пайдаланылады.

Өлшеу шарттары бойынша байланысты және байланыссыз өлшеу әдісі болып бөлінеді.

Байланысты өлшеу әдісі өлшеу құралының сезімтал элементі негізінде өлшенетін объектпен байланысады(дене температурасын термометрмен өлшеу).

Байланыссыз өлшеу әдісі өлшеудің құралының сезімтал элементі өлшеу объектісімен байланысқа түспейді(радиалокатор объектіне дейінгі арақашықтықты өлшеу, пирометрмен домна пешінде температурасы өлшенеді).

Өлшенетін шаманың оның бірліктерімен салыстыру кедергісіз бағалау әдісі және өлшеммен салыстыру әдісі болып бөлінеді.

Кедергісіз бағалау әдісі- бұл әдіс, яғни шама мәні кедергісіз көрсеткіштер құралы бойынша өлшеу деп аталады (термометр, вольтметр). Аталынған әдіс өлшеу процесінің жылдамдығын қамтамасыз етеді, бірақ өлшеу нақтылығы шектелген.

Ерекше нақты өлшеу орындалған жағдайда өлшеммен салыстыру әдісі қолданылады, онда өлшенілетін шаманы өлшеммен шығатын өлшеммен салыстыруға болады.Мысалы, тұрақты ток кедергісін ЭҚК орташа элементімен компенсатор көмегімен салыстыру.

Салыстыру әдістерінің түрлеріне қарсы тұру әдісін, дифференциалды әдісті, нөлдік әдісті, бірегей әдісті және орын ауысу әдісін жатқызамыз.

Өлшеу нәтижесінің сапасы.Өлшеу нәтижесінің сапасының негізгі мінездемелері мыналар:

1)нақтылық;

2)қолжетімділік;

3)дұрыстық;

4)сәйкестенуі;

5)өлшеу қателігі.

Нақтылық-бұл өлшеу сапасы, өлшенетін шаманың шын мәніне олардың нәтижелерінің жақын көрінуі.Өлшеудің жоғарғы нақтылығы кішігірім жүйелік және кездейсоқ қателіктермен анықталады. Нақтылық қатынастық қателіктің қайта қарау шамасының модулімен бағаланады.

Егер өлшеу қателігі болса, онда оның нақтылығы -не тең болады.

Нақтылықтың жоғарылау жолы өте қиын және кездейсоқ қателіктермен анықталады. Әр нақты жағдайда өлшеудің нақты қажеттілігінде талдалуы қажет.

Өлшеу нәтижесінің қолжетімділігі -бұлөлшеу нәтижесіне сенім дәрежесі, өлшеу таза өткенімен, жоғары нақты құралдар мен әдістер қолданылғанымен, ешқашан өлшенетін шаманың шын мәнін біле алмаймыз. Бір шаманың өлшемін қайта-қайта жүргізу кезінде біз ережеге сәйкес түрлі нәтижелер аламыз.

Әр нәтиже қандай да бір қателікке ие:

мұнда - і-ші өлшеу нәтижесінің қателігі; - і-ші өлшеу нәтижесі; С -өлшенетін шаманың шын мәні.

Шын мән белгісіз, сәйкесінше де белгісіз.

Дұрыстық- өлшеу қателігін құрайтын жүйеліліктің нөлге жақындығын айқындайды.

Сәйкестілік–өлшеу нәтижелерінің бір-біріне жақындығын аййқындайды және олар бірдей шартта алынады.

Өлшеу қателігі - өлшенетін шаманың шын мәнінен өлшеу нәтижесінен ауытқуы.

Өлшеу қателігі өз алдына құралатын қателіктердің толық қатарының жиынтығын көрсетеді, яғни олардың әрқайсысы өзіндік себептермен алынады.

Өлшеу нәтижесінің сандық мәнін жуықтау қателіктің сандық мәнді цифр разрядымен сәйкес болады, яғни өлшеу нәтижесінің сандық мәні сияқты сол разрядтың цифрымен бітуі керек.

Толық сандарда артық цифрлар нөлмен ауыстырылады. Егер өлшеу нәтижесінің сандық мәнінде ондық бөлшектер нөлмен аяқталса, онда нөлдер тек сол қателіктің разрядына сәйкес болған жағдайда ғана алып тасталынады.

Мысалы, егер өлшеу нәтижесі 1,030305, өлшеу қателігі болса, онда өлшеу нәтижесі 1,030-ға дөңгелектеледі.

Егер өлшеу нәтижесі 623,29155, өлшеу қателігі болса, онда өлшеу нәтижесі 623,3-ке дөңгелектеледі.

Егер бірінші нөлмен ауыстырылатын немесе алып тасталатын цифрлар 5-ке тең немесе көп болса, онда соңғы қалатын цифр бір бірлікке арттырылады.

Өлшеу нәтижелерінің қателіктері көптеген себептердің әсерінен болуы мүмкін, мысалы:

- өлшеу құралдарының қателігі;

- өлшеу әдістерінің қателігі;

- дайындықтың таза жетіспеушілігі, оператормен өлшеуді өткізу және өлшеу нәтижелерін өңдеу;

- Сыртқы факторлардың әсері (магнитті және электромагнитті ағында, діріл, желідегі кедергі өзгеруі, температура, ылғалдылық, атмосфералық қысымның өзгеруі жәнее т.б. ).

Емтихан билеті №12

1. Күшейткіштердегі кері байланыс

Электрондық күшейткіштер мен құрылғылардағы кері байланыс деп осы күшейткіш каскадтың немесе құрылғының шығысынан оның кірісіне арнайы электр тізбегі арқылы шығыс сигналдың бір бөлігін беруді айтады.

Кері байланыс теріс және оң кері байланыс болып екіге бөлінеді. Теріс Кері байланыс күшейткіштердің жұмысын тұрақтандыру үшін колданылады. Көптеген автотербелмелі генераторлардың жұмысы оң кері байланысты пайдалануға негізделген. Тербелісті генерациялау және күшейту коэффициентін тұрақтандыру мақсатында шығысқа шығыс сигналдар бөлігін өткізу.

Кері байланыс терендігі

Кері байланыс терендігі — кері теріс байланыстың күшейткіштің күшейтуін көрсететін шама: 1 + βК; мұндағы β — кері байланыс тізбегінің кернеу бойынша беру коэффициенті, К — күшейткіштің кері байланыспен қамтылған бөлігінің күшейту коэффициенті.

· Оң кері байланыс бойынша:

βК < 1 жағдайында, кері байланыс күшейтуді арттырады;

βК> 1 жағдайында, күшейткіш өшпейтін тербеліс генераторына айналады

Тәуелдi көздерге байланысты тізбектерді көпшiлiкте сигнал өтудiң екi жолына ие болады: (шығыстан кiріске) түзу және (шығыстан кiріске) керi. Сигнал өтуінің керi жолы арнаулы керi байланыс(КБ) тiзбегінің көмекпен жүзеге асырады. Демек, мұндай Кері байланыс жолдары бірнеше болуы мүмкін. Мысалы, керi байланыс тізбектерінің көмегiмен тізбектің жұмыс режiмiнiң температуралық тұрақтануы, сызықты емес элементтермен тізбек пайда болатын сызықты емес бұрмалану iске асыруға күшейткiштердi техникалық параметрлер жақсартуға кiшiрейтуге жіне т.б. болады.

Керi байланыс енгiзу кезінде әр түрлi функция үлгi жасайтын әр түрлi пiшiндi тербелiс жинайтын тізбекті жасауға рұқсат бередi(суммалау, интегралдау, дифференциалдау және т.б.). Оңнан басқа кері байланыс тізбекке байланысты теріс те бола алады.

Керi байланыс әр түрлi белгiлер бойымен жiктелген бола алады: байланыстың мiнезi бойымен (Пос ) – оң, (ООС ) терiс және кешендi ; құрылымы бойымен – сыртқы және iшкi ; элемент оны мiнезi бойымен iске асыратын – активті және пассивті, сызықты және сызықты емес, жиiлiк тәуелдi және жиiлiк тәуелсiз және т.б.

2. Өлшеуіш түрлендіргіштері

2.Өлшеу түрлендіргіштері – өлшенетін шаманы басқа шамаға немесе өңдеуге ыңғайлы өлшеу сигналына түрлендіретін, қалыптандырылған сипаттамасы бар техникалық құрал. Бұл түрлену – берілген дəлдікпен орындалып, түрлендіргіштің кіріс пен шығыс шамалары арасындағы қажетті функционалдық тəуелсіздікті қаматамасыз етуі қажет. Өлшеу түрлендіргіші қандайда бір өлшеу құралының құрамына кіруі немесе олармен бірге қолданылуы мүмкін. Өлшеу түрлендіргіштері əртүрлі белгілері бойынша жіктелуі мүмкін.

Мысалы, түрлену сипатына қарай:

– электрлік шаманы – электрлікке (кернеу бөлгіштер, өлшеу трансформаторлары, т.б.);

– магниттік шамаларды – электрлікке (өлшеу катушкалары, феррозондтар, Холл, Гаусс эффектілеріне негізделген түрлендір- гіштер, асқын түрлендіргіштер, т.б);

– электрлік емес шамаларды электрлікке (термо жəне тензотүрлендіргіштер, реостаттық, индуктивтік, сыйымдылық- тық, басқа да түрлендіргіштер);

– өлшеу тізбегіндегі орны мен қызметтері бойынша: біріншілік, аралық, масштабтық жəне беруші түрлендіргіштер.

Өлшеу құралы – белгіленген диапазонда өлшенетін физикалық шама мəнін алуға арналған құрылғы.

Өлшеу құралдары төмендегіше жіктеледі:

– өлшенетін шаманың тіркелу түріне қарай – аналогтық жəне сандық;

– қолданылуы бойынша – амперметр, вольтметр, жиілік өлшегіш, фазометр, осциллограф, т.б.;

– арналуына қарай – электрлік жəне электрлік емес (магниттік, жылулық, химиялық, т.б.) физикалық шамаларды өлшейтін;

– əрекеті бойынша – интегралдаушы, дифференциалдаушы;

– өлшенетін шама мəнін индикациялау тəсілі бойынша– көрсетуші, ескертуші жəне тіркеуші;

– өлшенетін шаманың түрлену тəсілі бойынша – тікелей бағалау жəне салыстыру үшін;

– құрастырмасы жəне қолданылуы бойынша – сызықтық, тасымалдаушы, тұрақты;

– сыртқы əсерлерден қорғалғандығына байланысты– қарапайым, ылғал, газ, шаңнан қорғалған, герметикалық, жарылысқа қауіпсіз, т.б.

Емтихан билеті №14

1. Операциялық күшейткіштер

2. Өлшеу қателіктері

Өлшеу процедурасы келесі кезеңдерден тұрады: өлшеу объектісінің үлгісін таңдау, өлшеу тəсілін таңдау, ӨҚ таңдау, жəне нəтиже алу үшін тəжірибе жүргізу. Бұл өлшеу нəтижесі, өлшенетін шаманың нақты мəні – өлшеу қателігі деп аталатын қандай да бір шамаға өзгеретініне əкеп соғады. Өлшенетін шама анықталып, оның нақты мəннен ауытқуының мүмкін дəрежесі анықталған болса, онда өлшеу аяқталды деп есептеуге болады.

Қателіктің пайда болу себептері өте көп, сондықтан олардың жіктелуі шартты сипатта болады.

ӨҚ қателігі мен осы ӨҚ-мен өлшеу нəтижесінің қателігін ажырата білу керек.

Өлшеу қателігі – қолданылатын ӨҚ-нің метрологиялық сипатына, алынған өлшеу тəсіліне, сыртқы жағдайларға, сондай-ақ өлшенетін шама мен объект қасиет- теріне тəуелді. Өлшеу қателігі, əдетте қолданылатын ӨҚ қателігінен жоғары болады, бірақ қателіктерді болдырмау тəсілдерін жəне көпреттік бақылау деректерін статистикалық өңдеу арқылы кейбір жағдайларда өлшеу қателігін, қолданы- латын ӨҚ қателігінен азайтып алуға болады.

Өрнектелу тəсілі бойынша қателіктер – абсолюттік, салыстырмалы жəне келтірілген болып жіктеледі.

Абсолюттік қателік – өлшенетін физикалық шама бірлігімен өрнектелетін ӨҚ қателігі:

Δ = Хөл.– Хш . (1.3)

Салыстырмалы қателік – өлшеу құралының абсолюттік қателігінің өлшеу нəтижесіне немесе өлшенген физикалық шаманың нақты мəніне қатынасымен өрнектелетін ӨҚ қателігі:

γсал. = (ΔХ/Хш)100. (1.4)

1.Операциялық күшейткіштер (ОК) деп, өте үлкен күшейту коэффициенті бар тұрақты тоқ күшейткішін айтады. Кері байланыс тармағын түзейтін сыртқы элементтері бар ОК шешуші күшейткіш деп аталады. Жалпы айтқанда, ОК түсініктемесі үшін төмендегі екі қағиданы да айта кеткен жөн.

1. Операциялық күшейткіш деп үлкен кірістік және аз шығыстық кедергілері бар дифференциалдық тұрақты тоқ күшейткішін айтады.

2. Операциялық деп өзі қосылған теріс кері байланыстың қасиетіне тәуелді құрылғылар торабын құруға мүмкіндік беретін күшейткішті айтады.

ОК-нің негізгі мақсаты – тұрақты күшейту коэффициенті бар сұлбаларды жасау. ОК басқару және реттеу сұлбалары, кернеу стабилизаторы секілді функционалды тораптарды құру үшін кеңінен қолданылады.

Операциялық күшейткішті қоректендіру үшін кернеулерінің шамалары және бірдей екі симметриялы көз қолданылады; бұл күшейткіштің шығысында амплитудалары бір, шамалары теріс не оң сигналдар алуға мүмкіншілік туғызады.

ОК-нің бір кірісін инвертирлеуші деп атайды да, минус таңбасымен белгілейді, ал екіншісі операциялық күшейткіш типі

Емтихан билеті №16-17

1. Төңкерілетін ОК (инвертирующий)

2. Өлшеуіш түрлендіргіштері

Мысалы, түрлену сипатына қарай:

– электрлік шаманы – электрлікке (кернеу бөлгіштер, өлшеу трансформаторлары, т.б.);

Өлшеу құралы – белгіленген диапазонда өлшенетін физикалық шама мəнін алуға арналған құрылғы.

Өлшеу құралдары төмендегіше жіктеледі:

– өлшенетін шаманың тіркелу түріне қарай – аналогтық жəне сандық;

– қолданылуы бойынша – амперметр, вольтметр, жиілік өлшегіш, фазометр, осциллограф, т.б.;

– əрекеті бойынша – интегралдаушы, дифференциалдаушы;

– өлшенетін шама мəнін индикациялау тəсілі бойынша– көрсетуші, ескертуші жəне тіркеуші;

– өлшенетін шаманың түрлену тəсілі бойынша – тікелей бағалау жəне салыстыру үшін;

– құрастырмасы жəне қолданылуы бойынша – сызықтық, тасымалдаушы, тұрақты;

Емтихан билеті №18

1. Операциялық сұлбалар. Сумматор

Операциялық күшейткіштер аналогтық есептеу машиналарында және автоматты басқару қондырғыларында кеңінен қолданылады. Мұнда олар негізінен математикалық амалдарды (қосу, алу, интегралдау т.б.) орындау үшін пайдаланылады.

а) б)

10.1-сурет. Операциялык күшейткіштің шартты белгісі (а) мен сумматордың сұлбасы (б).

10.1, б-суретте үш кірмелі сумматордың, яғни кірмеге берілен сигналдардың қосындысын анықтауға мүмкіндік беретін құрылғының сұлбасы келтірілген. Операциялық күшейткіштің кірмелік кедергісі өте үлкен болатындықтан оның ішкі тогы өте аз болады. Сондықтан келтіріген сұлба үшін Кирхгофтың бірінші заңы бойынша

і₁ + і₂ + і₃ + і_к = 0. (10.1)

Кірмелердің арасындағы кернеулерді нөлге тең деп алса, кірмелі токтар

ал кері байланыс тогы

мұндағы R_к— кері байланыс тізбегінің кедергісі.

Токтардың осы мәндерін (10.1) өрнегіне қойса, шықпалық кернеу

u_ш=-(u_кр1+u_кр2+u_кр3)R_к /R. (10.2)

2. Системалық және кездейсоқ қателіктер

Кездейсоқ қателік – бір шаманы бірнеше рет өлшегенде кездесетін кездейсоқ түрде өзгеретін қателіктер. Мұндай қателіктер өзінің жасалуымен қатар объективті және субъективті факторларға негізделген және ешқандай заңдылыққа жүгінбейді. Кездейсоқ қателіктер бірдей жағдайда бірдей өлшеу құрылғыларымен жасалған жеке өлшемдерде ажыратылады. Кездейсоқ қателіктерді жоя алмаймыз, олар әрбір өлшеу нәтижесінде әр түрлі болады. Тек олардың мәнін есептеуге болады.

Кездейсоқ қателіктер ықтималдылық теориясына негізделген қателіктер теориясы заңдарымен анықталады.

Жүйелік қателік – бұл бір шаманы бірнеше рет өлшегенде тұрақты немесе белгілі заң бойынша өзгеретін қателік. Оның ерекшелігі – олар алдын-ала болжанып, табылады және осыған байланысты толығымен жойыла алады.

Жүйелік қателіктің мысалы ретінде табақшалы таразыда дәл емес тастардың көмегімен өлшенетін жағдайды қарастырайық. Егер бізбен алынған тастар 0,1 г –дай қателікке ие болса, онда дененің салмағы (1000 г болсын) осы шамаға артығырақ (немесе кем) болады, және осы қателікті ескере отырып, дұрыс шешім алу үшін алынған салмаққа 0,1 г қосу (немесе одан алып тастау) керек, Р=(1000±0,1) г.

Дөрекі қателік немесе жаңсақтық - экспериментатордың есептен жаңылысуынан немесе өлшеу құрылғыларының ақаулығы, немесе сыртқы жағдайлардың кенет өзгеруінен туындайтын қателік.

Дөрекі қателіктер нәтиженің айқын бұрмалауына әкеліп соғады, сондықтан оларды өлшеудің жалпы санынан жою керек.

Қателіктер сандық көрсеткішіне қарай абсолют және салыстармалы болып бөлінеді.

Абсолюттік қателік – бұл өлшенетін шаманың нақты мәнінен өзгешелігі:

∆= х - a,

(2.1)

мұнда х – өлшеу нәтижесі; а – нақты мәні.

Салыстырмалы қателік – бұл абсолютті қателіктің өлшенетін шаманың нақты мәніне қатынасы:

(2.2)

где: δx-өлшеудің абсолюттік қателігі; x – шаманың нақты немесе өлшенген мәні.

Емтихан билеті №19

1. Операциялық күшейткіштер жүйесінде құрылған интегратор

а) б)

10.2-сурет. Шегергіш (а) пен интегратордың (б) сұлбалары.

10.2, а-суретте шегергіштің, яғни кірмеге берілген сигналдардың айырымын табуға мүмкіндік беретін операциялық күшейткіштің сұлбасы келтірілген. Егер шықпалық кернеуді беттестіру әдісіне сүйене отырып табатын болса, онда

, (10.3)

мұндағы u_ш', u_ш" — бірінші және екінші кірмелік кернеулер (u_кр1, u_кр2) тудыратын жекеше шықпалық кернеулер.

Жекеше шықпалық кернеулер мына өрнектермен анықталады:

(10.4)

. (10.5)

Жекеше шықпалық кернеулердің осы мәндерін (10.3) өрнегіне қойса және R₁=R₃, R₂=R₄деп алса, онда шықпалық кернеу

. (10.6)

Бұл өрнек қарастырып отырған тізбектің азайту амалын орындайтынын көрсетеді. Мұнда тура кірмеге берілген сигналдан төңкергіш кірмеге берілген сигнал алынып қалып отырады.

Интеграторда (10.2, б-сурет) операциялық күшейткіштегі кері байланыс конденсатор арқылы іске асырылады. Операциялық күшейткіштің кірмелік кедергісі өте үлкен болатындықтан кері байланыс тогы шамамен кірмелік токқа тең деп алуға болады, яғни

Ал кірмелердің арасындағы кернеу ете аз болатындықтан оны ескермесе, шықпалық кернеуді конденсатордың кернеуіне тең деп алуға болады, яғни U_ш=U_c. Ендеше шықпалық кернеу

(10.7)

Бұл өрнек қарастырып отырған операциялық күшейткіштің интегралдау амалын орындауға мүмкіндік беретінін көрсетеді.

2. Магнитті-электірлік өлшеуіштер механизмі

Әр түрлі электр шамаларын өлшеу үшін магнитоэлектрлік, электромагниттік, электрдинамикалық, ферродинамикалық және электростатикалық жүйелерде істейтін өлшеуіш механизмдер (ӨМ) қолданады. 4.1суретте ӨМ жүйелерінің шартты белгілері келтірілген.

а) б) в) г) д)

4.1 Сурет – Өлшеуіш механизм жүйелерінің шартты

белгілері

Бұл суретте солдан оңға қарай: магнитоэлектрлік (а), электромагниттік (б), электродинамикалық (в), ферродинамикалық( г) және электростатикалық (д) жүйелер.

Магнитоэлектрлік жүйе. Бұл жүйелік аспаптар тұрақты магниттің магнит өрісімен тоғы бар орауыштың өзара электрмагниттік әрекетіне байланысты жұмыс істейді. Оның конструкциясы 4.2 суретте келтірілген.

4.2.Сурет – Магнитоэлектрлік жүйедегі өлшеуіш

механизмнің конструкциясы, суретте келтірілген белгілер: 1– В индукциялы тұрақты магнит NS; 2 – магнитжүргізгіш; 3 – полюстік ұштықтар; 4 – өлшеуіш орауыш: оралым саны, оның өлшемі bхһ 5 – өзекше; 6 – серппе; 7 – аспаптың тілі; 8 – нолдік түзеткіш; а – дөнгелек, б – жалпақ магнитпен.

Өлшейтін ток қарсылық серппе арқылы орауыш арқылы өткен кезде аспаптың тілі мына заңмен шкаланың бірер шама бөлістерін көрсетеді

(4.1)

мұнда В – индукция;

W – серппенің меншікті қарсылық моменты;

S – ӨМ-ның сезімталдығы;

w – оралым саны.

Айнымалы токты өлшегенде айнымалы токты тұрақты токқа айналдыратын түрленгіштер қолданады. Магнитэлектрлік аспаптың артықшылықтары: сезімталдығы, аз мөлшерлі токты өлшегенде айналым моменттің жеткіліктігі, сыртқы магнит өрістердің әсері аздығы, энергияны аз пайдалану және өлшейтін объектіге әсері аздығы.

Оның кемшіліктері: конструкциясының қиындығы, сондықтан қымбаттығы, өлшейтін токтың мөлшерінің аздығы, ең көп болғанда 500мА.

Магнитоэлектрлік аспаптар тұрақты токты өлшейтін амперметр не вольтметр ретінде көп қолданылады. Оларды дәлдік кластары 0.1; 0.2; 0.5 шамада.

Емтихан билеті №20

1. Операциялық күшейткіштер жүйесінде құрылған компаратор

2. Электромагниттік өлшеуіштер механизмі

Электромагниттік жүйенің өлшеуіш механизмінің жұмысы өлшейтін ток тұрақты орауыштан өткенде пайда болатын магниттік өрістің жылжымалы феррамагниттік тіліктің (пластина) арасындағы электрмагниттік әсерге негізделген. Аспапты ток тізбегіне қосқанда өзек орауыштың ішкі кеңістігіне тартылады. Теңбе теңдікті сақтауға серппе қолданылады.

. (4.2)

Аспаптың шкаласының тәуелділік теңдеуі: Мұндағы L – орауыштың индуктивтігі. Электромагниттік аспаптардың шкалалары біркелкі болып орналаспаған. Олар тұрақты токты да өлшейді. Көбінесе олар айнымалы токті өлшеуіш амперметрлер мен вольтметрлер болып саналады.

Электромагниттік аспаптың артықшылықтары: тұрақты және айнымалы токтарды өлшеуге болатындығы, өлшеу аумағының кеңдігі, токтар 200А дейін, кернеулерді 600В өлшейді. Дәлдік класы 1,0; 1,5 дейін.

Оның кемшіліктері: шкаласы біркелкі емес, сезімталдығы төмен (әсіресе шкаланың басында), энергияны көп пайдалануы (сондықтан, электромагниттік милливольтметрлер жоқ), сыртқы магниттік өрістердің әсері бар.

Электродинамикалық өлшеуіш механизмның жұмыс істеу принципі магнитоэлектрлік механизммен бірдей, бірақ бір айырмашылығы бар, ол егер магнитоэлектрлік механизмде магнит өрісі тұрақты магнит арқылы пайда болса, ал электродинамикалық механизмде өлшейтін ток тұрақты орауышты өткенде пайда болады. Бұл механизмде магниттік материалдар қолданылмайды, сондықтан қалдық, магниттелудің, гистерезистің, не құйын токтың, өлшеу қателіктеріне әсері жоқ. Конструкцияның тетіктері және бекіту ұйықтары (узел) күйіктастан (керамика) жасалады. Тұрақты жалпақ жұмысшы орауыштың ішіне жылжымалы орауыш орналастырылған. Екеуіненде ток жүргенде айландыру моменті пайда болады, сол арқылы көрсету мәнін білеміз. Шиыршықты серппе арқылы жылжымалы орауышқа ток әкелінеді және оның арқасында механикалық тепе – теңдік (қайтару) моменті пайда болады. Аспаптың көрсеткіш тілшігі ауакамералық демпфер арқылы тыныштандырылады.

Аспаптың шкаласының теңдеуі мына түрде берілген

(4.3)

мұнда I_m,I_ж – тұрақты және жылжымалы орауыштардағы токтар;

М – екі орауыштың арасындағы өзара индуктивтігі;

φ-екі токтың фазаларының айырмашылықтары.

4.7. Сурет – Электродинамикалық амперметр мен вольтметрлердің өлшеу тізбектерінің сұлбасы

Миллиамперметрдің өлшеу тізбегі (4.7 а) орауыштарды бірінен кейін біреуін қосқандықтан тұрады, сондықтан

I_m=I_ж=I, (4.4)

. (4.5)

Бұл аспаптың шкаласы практикалық жүзде біркелкі, бірақ шкаланың басталарында 10 – 12% і жұмысқа жарамсыз.

Вольтметрдің өлшеу тізбегі (4,7.б) тағыда қосымша кедергіден тұрады:

I=I_m=I_ж=U₁/ R₁(4.6)

Сонда аспаптың көрсетуі

. (4.7)

Электродинамикалық аспаптардың басқалардан өзгешілігі, оның тұрақты және айнымалы токтарды өлшеуге болатындығы, жоғары деңгейдегі өлшеу дәлдігі (дәлдік кластары 0,5;1.0 және 1,5) және оның көрсеткіштерінің уақытты тұрақтылығы.

Оның кемшіліктері: кіші деңгейдегі сезімталдығы, шкаласының біркелкі еместігі және энергияны көп пайдалануы (милливольтметрлер жоқ).

Бұл аспаптардың қолданылу өзгешеліктерінің бірі оның токтың бағытымен мәнінің өзгеруіне сезімталдығы. Сондықтан олар ваттметр, частотомер және фазометр ретінде қолданылады. Әдетте ваттметрдің шкаласы біркелкі болып келеді.

Ферродинамикалық өлшеуіш механизм электрдинамикалық өлшеуіш механизмнің бір түрі болып саналады, онда жұмысшы ағын (магнит өрісі) жеке магнитөткізгіште жиналған. Жұмысшы ағынды пайда қылатын орауыш магниттік өзекшеге орналасады. Бұл жағдай өлшеуіш механизмінің бекем болуына және айналма моменттің жоғары деңгейде болуына әкеп соғады.

Жылжымалы орауыш өзінің магниттік өзекшесіне орналасады. Мұндай конструкция өзекшедегі құйын токтарға кететін шығын аз болатынын көрсетеді. Шығыршықты серппе арқылы жылжымалы орауышқа ток әкелінеді және механикалық қарамақарсылық момент пайда болады. Тынышталу ауа арқылы не индукциялық тәсілмен жасалынады. Ферродинамикалық өлшеуіш механизмнің шкаласы токты не кернеуді өлшегенде квадраттық болып келеді, ал қуатты өлшегенде біркелкі болады. Кәзіргі кезде бұл механизм айнымалы токтың қуатын өлшеуге қолданылады.

Бұл өлшеуіш механизмдердің ерекшеліктері: үлкен айналдырма моменті, өзіндік күшті магнит өрісі, сыртқы магнит өрісінің әсері жоқ, электр энергиясының шығындауы электродинамикалық механизмдерге қарағанда аз.

Үлкен айналдырма моментінің барлығына сәйкес бұл механизмдерді қолданып түрлі ауқымда істейтін өздігінен жазатын ваттметрлер жасалған.

Электрстатикалық өлшеуіш механизмдер тек қана үлкен тұрақты не айнымалы токтың кернеулерін өлшеуге арналған.

Бұл аспаптардың жұмысы зарядталған екі пластиналардың бір біріне электрлік әсеріне негізделген. Оның шкаласының теңдеуі

(4.8)

мұнда dc / dα – өлшеуіш механизмінің кіріс сыйымдылығының өзгеруі.

Басты ерекшеліктері: кіріс кедергісінің үлкендігі, синусоидал емес кернеудің әрекет мәнін өлшеуге болатындығы.

Емтихан билеті №21

1. Триггер Шмитта

1.Шмидт триггері-бір кіру және бір шығу жолы бар триггердің ерекше түрі. Мұндай триггер де симетриялық емес деп аталады. Шмидт триггерінде бір тұрақты күйден екіншісіне өту шекті деңгей деп аталатын кіріс кернеуінің белгілі бір деңгейлерінде жүзеге асырылады.

Шмидт триггерінің ерекшелігі бір емес, екі іске қосу шегі болып табылады. Бірінші табалдырық кіріс кернеуі жоғарылаған кезде әрекет етеді. Осы шектен төмен кернеу, Шмидт триггерінің шығуында логикалық нөл. Шегіне жеткен кезде триггер басқа күйге ауысады және шығуда логикалық бірлік пайда болады. Кіріс кернеуінің төмендеуі кезінде ауыстырып қосу басқа табалдырыққа жеткенде болады . Кіріс кернеуі осы екінші табалдырықтан төмен болғанда, триггер қайтадан ауысады және шығыста логикалық нөл орнатылады.

Екі табалдырықтың болуы гистерезис деп аталады. Гистерезис табалдырыққа жақын кернеу кезінде триггер жұмысының тұрақтылығын арттырады. Гистерезис болмаған кезде кіріс кернеулерінде, жұмыс істеу шегіне жақын кез келген кедергі кіруде триггерді бірнеше рет ауыстырып қосуды шақырады, бұл әдетте өте қажет емес. Шмидт триггерлері жиі аналогтық тербелістерді сандық техникада қолданылған тікбұрышты импульстерге түрлендіру үшін қолданылады.

2. Түзейткіш өлшеуіш механизм

Түзеткіш-айнымалы электр тогын тұрақты тоққа түрлендіретін құрал. Әдетте, токты түзету – ток тек қана бір бағытта өтетін вентильмен іске асырылады. Қолданылатын вентиль типіне байланысты вакуумдық, газразрядты, шалаөткізгіш және электртүйіспелі түзеткіш деп ажыратылады. Түзету сызбасына байланысты бір және екі жарты периодты, көпірлік және нөлдік шықпасы бар, бір фазалы және көп фазалы түзеткіш деп жіктеледі. Электрондық техникада екі жарты периодты бір фазалы көпірлік түзеткіш сызбалары қолданылады.

Түзеткіш құрылғыларда кең тарағандары жартылай өткізгішті клапандар. Олар бірнеше милиамперден бастап жүздеген амперге дейінгі токтарға есептеледі. Тура бағыттағы кедергілері аз. Бірақ бір жаман жері, бұларда кері токтың үлкен маңызы бар және ол температура жоғарылаған сайын өсе береді. Бұл жағдай құрылғының жұмыс температурасының ауқымына шек қояды. Бір ғана диод қолданылатын қарапайым түзеткіште ток жүктеме арқылы тек оң жарты периодта ғана өте алады, теріс жарты периодты диод өткізбейтін болғандықтан, ол жүктеме арқылы өте алмайды, жүктемедегі ток тек қана оң жарты периодтардан тұратындығы қарастырылады.

Емтихан билеті №22

1. Операциялық күшейткіштер жүйесінде құрылған мультивибратор

Оперциялық күшейткіштер жүйесінде құрылған мультивибратор

Мультивибратор-қысқа фронты электрлік тікбұрышты тербелістердің релаксациялық генераторы.

Мультивибратор электроника мен радиотехника саласында қолданылатын тікбұрышты түрдегі импульстік генераторлардың бірі болып табылады. Әдетте терең оң кері байланысты қамтитын екі каскадты резистивті күшейткіш.

Электрондық техникада мультивибратор схемаларының ең әр түрлі нұсқалары қолданылады, олар схемотехникамен, қолданылатын белсенді компоненттердің типімен (лампалы, транзисторлы, тиристорлы, микроэлектронды және т.б.), жұмыс режимінен (автокольборлық, күтетін, синхронизацияның сыртқы синхронизациясымен), күшейткіш элементтер арасындағы байланыс түрлерінен, генерацияланатын импульстердің ұзақтығы мен жиілігін реттеу тәсілдерінен және басқа параметрлерден ажыратылады.

Операциялық күшейткіш (Операционный усилитель; operational amplifier, opamp) — 1) әрекеттер тіркесі күшейткіштің қосалқы тізбелерін ауыстырып қосу арқылы өзгертілуі мүмкін аналогтық компьютердің элементі; кернеу өзгерісінің формасы а кірісте белгілі бір математикалық өрнекке сәйкес болғанда, шығыстық кернеу өзгерісінің формасы а өзгеріс формасына сәйкес болады. Мысалы, қосындыны орындау үшін үдеткіш а-ға программаланған болса, онда оның кірісіндегі кернеу а кернеу кірісіндегі а- ның қосындысына тең болады; 2) кері байланыс тізбегі жоқ күшейткіш. Әдетте, тұрақты ток күшейткіші. Оның күшейту еселігі үлкен, кіріс кедергісі жоғары, ал шығыс кедергісітөмен болады.

2. Электронды осцилограф

Осциллограф-электрлік немесе жарықтық сигналға айналған, уақыт сайын өзгермелі күштік және кинематикалық айқындауыштарын (параметрлерін) бақылауға және жазып отыруға арналған аспап.

Уақытқа байланысты электр тогының немесе кернеуінің өзгерісін көзбен бақылауға немесе жазуға арналған, сонымен қатар әртүрлі электрлік шамаларды: кернеуді, ток күшін, ток жиілігін, фазалар ығысуын, импульстардың ұзақтылығын және қайталау жиіліктерін және т.б. өлшеуге арналған аспап. Электрлік емес шамаларды электрлік шамаларға түрлендіре отырып, тез өзгеріп отыратын физикалық процестерді: қысымды, температураны, үдеуді, жылдамдықты, айналу жиілікті және т.б. Осциллограф көмегімен тіркеуге және бақылауға болады. Жүмыс істеу принципі бойынша Осциллограф жарық сәулелі және электронды сәулелі боп бөлінеді.

Емтихан билеті №23

1. Биполярлық транзистордың кілттік режимі

2. Цифрлық құрылғылар

24-билет

1)Аналогты-цифрлық түрлендіргіштер.

Аналогты-цифрлық түрлендіргіш аналогты кернеуді компьютерде немесе логикалық сұлбада қолдануға ыңғайлы болатындай етіп, эквивалентті цифрлық формаға түрлендіреді. Аналогты-цифрлық түрлендіргіштің көптеген түрлері бар, солардың көбісі кіріс сигналының кернеуін логикалық сұлба кірісіне жүктемеге қосылған цифрлы-аналогтық түрлендіргіштің шығыс сигналымен салыстыру принципімен жұмыс істейді.

Цифрлы-аналогтық түрлендіргішке екілік санағыш жалғанған. Санағыш нөлден бастап санай бастағанда, цифрлы-аналогты түрлендіргіш шығысында ара тәріздес (барлық разрядтарды бірліктермен тізбектей отыра толтыратын) сигнал пайда болады. Бұл сигнал кернеуі кіріс кернеуімен салыстырылады. Сонымен, санағыш көрсеткіші кіріс сигналының цифрлық бейнеленуі болып табылады. Триггердің шығысындағы ЖОҒАРЫ деңгей «Аналогты-цифрлық түрлендіргіш бос емес екенін» көрсетеді.
Аналогты-цифрлық түрлендіргіштерді көбінесе интегралды сұлбалар түрінде дайындайды. Типтік аналогты-цифрлық түрлендіргіш (1/4096 дәлдігімен) 12 битті разрядқа ие. Жетілдірілген сұлбалар түрлендіруге бірнеше микросекундты қажет етеді. Теледидарлық бейнені цифрлық формаға түрлендіру үшін ең жылдам жұмыс істейтін параллельді деп аталатын аналогты-цифрлық түрлендіргіштер қолданылады.

2) Сызықтық- өзгеруші кернеу генераторы (СӨКГ)

Сызықты - өзгермелі немесе аратәріздес кернеулік деп, бір уақыт ішінде өзгеретін сызықтан, бір бастапқы деңгейден екінші деңгейге дейін, ал кейін уақыт аралығында бастапқы мәнін оралады. Құрылғы, қалыптастырушы осындай кернеудің түрін, сызықты -өзгермелі кернеу генераторлары (СӨКГ) немесе аратәріздес генераторлар кернеуі деп аталады.