Задача 1. Решение: Входное сопротивление цепи: 𝐿 Если 𝑅2 = то соотношение принимает вид: 𝐶 Поскольку входное сопротивление равно √ 𝐿 𝐶 то оно не зависит от частоты, следовательно от частоты не зависит и ток в цепи. Задача 2. Решение: Для решения задачи 1 полезно сначала определить функцию преобразования схемы Uвых= f(Uвх) = E – R·IС = UС. Граничное значение U= U* перехода из пологой в крутую область ВАХ МДПТ можно определить, решая уравнение UСН = U = E – ( 0,5β)∙U 2 и получить в результате U* = [(1 +2βЕ)0,5 – 1]/β , (1) где β = bR (R– сопротивление в стоковой ветви). Тогда при U ≤ 0 (МДПТ закрыт) Uвых= E, при 0 < U ≤ U* (пологая обл.) а при U > U* Uвых= UС = E – ( 0,5β)∙U 2 , (2) (крутая обл.) 2 1 2E U U Uвых= UС = 1 Для данной схемы во всех вариантах U* ≈ 1,8 В, . (3) а начальное значение Uвх0 = UЗ0 = Е·R2 /(R1 + R2) = 3 В. 1. Значение статической потребляемой мощности схемы можно рассчитать как Рст = Е∙ IС + Е2/(R1 + R2) , (4) где ток стока определяется по заданным формулам: 0, при U 0, U I C b U С U С , крутая обл. ВАХ ,U С U СН , 2 b 2 U , пологая обл. ВАХ , U С U СН , 2 U СН 2I С b . для исходного (начального) значения параметра U = UЗ0 – U0 и соответствующего режима работы транзистора. 2. Пределы изменения потребляемой мощности данной схемы Рмин и Рмакс, если на вход подаётся сигнал ΔUвх = ΔUм∙ Sin(100π·t) В, можно рассчитать на основе выражения (4), в которое вместо величины IС подставить IСмин и IСмакс, соответствующие режимам работы транзистора и значениям Uмин = U – ΔUм и Uмакс = U + ΔUм . 3. Если на вход подаётся сигнал ΔUвх = ΔUм∙ Sin(100π·t) В, то пределы изменения выходного напряжения данной схемы Uвых соответствуют значениям Uмин = U – ΔUм и Uмакс = U + ΔUм , рассчитанным по формулам (2) или (3) в зависимости от режима работы МДПТ. 4. Среднее значение коэффициента усиления схемы К = ΔUвых /ΔUвх = (UВЫХмакс – UВЫХмин )/(2ΔUм). Ответ № варианта Рст , мВт Рмин / Рмакс, мВт UВЫХмакс/UВЫХмин, В К 1 21,25 19,33 / 22,25 1,38 / 0,8 0,58 Задача 3. Решение: Данная задача имеет множественные решения, которые зависят от выбранного алгоритма работы светофоров. 1. Определение алгоритма работы светофоров По условиям задачи светофоры С1 и С3 определяют движения потока П2, а С2 и С4 – потока П1. Поэтому, сигналы передаваемые С1 эквиваленты С3, а сигналы С2 эквиваленты С4. Кроме этого – по условию задачи – когда П1 движется, П2 стоит. Поэтому, при условии, что все светофоры переключаются через желтый сигнал одновременно можно положить, что когда на С1 горит красный, на С2 горит зеленый. И наоборот. Таким образом, управлять красной лампочкой С1 можно тем же сигналом, что и зеленой С2. И наоборот. Общая схема устройства управления представлена на рис.3.1. Рис.3.1. Общая схема устройства 2. Автомат состояния Светофоров Центральный элемент системы. Возможны разные варианты реализации. Простой вариант: 00 – горит зеленый 01 – горит желтый 10 – горит красный Требуется 2 триггера, шина состояний имеет два разряда. Переключение состояний происходит по фронту тактового импульса. Длительность состояния эквивалентно периоду тактового сигнала. Все сигналы горят равное время. Что не совсем корректно с точки зрения ПДД. Более сложный вариант: 000 – горит зеленый 001 - горит зеленый 010 - горит зеленый 011 – горит желтый 100 - горит желтый 101 – горит красный 110 – горит красный 111 – горит красный Требуется 3 триггера, шина состояний имеет три разряда. Переключение состояний происходит по фронту тактового импульса. Красный сигнал горит три такта, Зеленый – три такта, Желтый – 2 такта. Для реализации необходимо построить циклически счетчик от 0 до 7 (рис.3.2.). Рис.3.2. Автомат состояний 3. Устройство формирования потенциалов лампочек светофоров Реализация устройства – через синтез логической функции. Обязательна минимизация по картам Карно либо методом Квайна. Сигнал на шине С1КС2З есть функция от ШС<0> ШС<1> ШС<3> Сигнал на шине C1ЖС2Ж есть функция от ШС<0> ШС<1> ШС<3> Сигнал на шине C1ЗС2К есть функция от ШС<0> ШС<1> ШС<3> ШС<2> 0 0 0 0 1 1 1 1 ШС<1> 0 0 1 1 0 0 1 1 ШС<0> 0 1 0 1 0 1 0 1 С1КС2З 1 1 1 0 0 0 0 0 С1КС2З = (~ШС<2>)(~ШС<1>)(~ШС<0>) (~ШС<2>)(ШС<1>)(~ ШС<0>) C1ЖС2Ж 0 0 0 1 1 0 0 0 + C1ЗС2К 0 0 0 0 0 1 1 1 (~ШС<2>)(~ШС<1>)(ШС<0>) + C1ЖС2Ж = (~ШС<2>)(ШС<1>)(ШС<0>) +(ШС<2>)(~ШС<1>)(~ШС<0>) C1ЗС2К = (ШС<2>)(~ШС<1>)(ШС<0>) (ШС<2>)(ШС<1>)(ШС<0>) + (ШС<2>)(ШС<1>)(~ШС<0>)+ Минимизация c помощью карт Карно: С1КС2З ~ШС<2 > ШС<2> (~ШС<1>)(~ШС<0> (~ШС<1>)(ШС<0> (ШС<1>)(ШС<0> ) ) ) 1 1 0 0 МДНФ С1КС2З = (~ШС<2>)(~ШС<1>+~ШС<0>) 0 (~ШС<2>)(~ШС<1>) (ШС<1>)(~ШС<0> ) 1 0 + 0 (~ШС<2>)(~ШС<0>) = И так для каждой функции. Далее схемотехническая реализация МДНФ в логическом базисе: Рис.3.3. Устройство формирования потенциала на зеленой лампочке С2 и красной С1 4. Генератор Классический мультивибратор (рис.3.4.). Рис. 3.4. Генератор тактовых импульсов автомата состояний Тти = 2*N*tз , где – Тти – период тактового сигнала (определяющий длительность одного состояния автомата), N – число элементов мультивибратора, Tз – время задержки элемента мультивибратора. (N нечетное). Задача 4. Структуры полупроводник-диэлектрик-полупроводник (SIS) имеют ВАХ, представленный на рис.4.1. На принципиальной схеме, приведенной на рис.4.2 эти переходы обозначены как J1, J2 и J3. Покажите и докажите возможные применения данной схемы на основе SIS структур. Рис.4.1 Рис.4.2 Решение: При подаче на вход DC постоянного тока схема превращается в генератор SFQ (Single Flux Quantum) импульсов и может использоваться и как одновибратор и и как генератор тока. Задача 5. Решение: Рис. 5.1 0,6 В T/2 T Меандр с амплитудой 𝑈вых = 6 Рис. 5.2 𝐿 𝑑𝑈вх 𝑅 𝑑𝑡 .