****** 1

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
.