Схемы выпрямителей.

Первый вариант, с одиночным диодом, (а) применяется редко из-за низкого КПД и высоких пульсаций выходного напряжения. Наиболее популярен двухполупериодный мостовой выпрямитель, содержащий четыре диода (б).

Многие трансформаторы имеют две вторичные обмотки, которые можно соединить последовательно, чтобы получить схему со средней точкой и двумя диодами (в). Она выполняет ту же функцию, что и мостовой выпрямитель, но дешевле и занимает меньше места. На рисунке (г) показана форма сигналов в различных точках: до выпрямителя (А), на выходе однополупериодного (В) и двухполупериодного (С) выпрямителя.

 

(2-17-3/6)

Логическим элементом называется электрическая схема, выполняющая какую-либо логическую операцию (операции) над входными данными, заданными в виде уровней напряжения, и возвращающая результат операции в виде выходного уровня напряжения. Так как операнды логических операций задаются в двоичной системе счисления, то логический элемент воспринимает входные данные в виде высокого и низкого уровней напряжения на своих входах. Соответственно, высокий уровень напряжения (напряжение логической 1) символизирует истинное значение операнда, а низкий (напряжение логического 0) - ложное. Значения высокого и низкого уровней напряжения определяются электрическими параметрами схемы логического элемента и одинаковы как для входных, так и для выходных сигналов. Обычно, логические элементы собираются как отдельная интегральная микросхема. К числу логических операций, выполняемых логическими элементами относятся конъюнкция (логическое умножение, И), дизъюнкция (логическое сложение, ИЛИ), отрицание (НЕ) и сложение по модулю 2 (исключающее ИЛИ). Рассмотрим основные типы логических элементов.

Логический элемент И выполняет операцию логического умножения (конъюнкция) над своими входными данными и имеет от 2 до 8 входов и один выход (как правило, выпускаются элементы с двумя, тремя, четырьмя и восемью входами). На рис. 1. изображены условные графические обозначения (УГО) логических элементов И с двумя, тремя и четырьмя входами соответственно. Элементы И обозначаются как NИ, где N - количество входов логического элемента (например, 2И, 3И, 8И и т.д.).

Логический элемент ИЛИ выполняет операцию логического сложения (дизъюнкция) над своими входными данными и, также как и логический элемент И, имеет от 2 до 8 входов и один выход. На рис. 2. изображены УГО логических элементов ИЛИ с двумя, тремя и четырьмя входами соответственно. Элементы ИЛИ обозначаются также, как и элементы И (2ИЛИ, 4ИЛИ и т.д.).

Логический элемент НЕ выполняет операцию логического отрицания над своими входными данными и имеет один вход и один выход. Иногда его называют инвертор, так как он инвертирует входной сигнал. На рис. 3 изображено УГО элемента НЕ.

(2-17-4/6)

Логический элемент И-НЕ выполняет операцию логического умножения над своими входными данными, а затем инвертирует (отрицает) полученный результат и выдаёт его на выход. Таким образом, можно сказать, что логический элемент И-НЕ - это элемент И с инвертором на выходе. УГО элемента 3И-НЕ приведено на рис. 4.

Логический элемент ИЛИ-НЕ выполняет операцию логического сложения над своими входными данными, а затем инвертирует (отрицает) полученный результат и выдаёт его на выход. Таким образом, можно сказать, что логический элемент ИЛИ-НЕ - это элемент ИЛИ с инвертором на выходе. УГО элемента 3ИЛИ-НЕ приведено на рис. 5.

Этот логический элемент выполняет логическую операцию сложения по модулю 2 и, как правило, имеет 2 входа и один выход. Такой элемент, в основном, используется в схемах аппаратного контроля. УГО элемента приведено на рис. 6.

Существуют и более сложные логические элементы, выполняющие несколько логических операций над своими входными данными. Например, элемент 2И-ИЛИ, УГО и схема которого приведено на рис. 7, сначала выполняет операцию логического умножения над парами операндов x1, x2 и x3, x4, а затем выполняет операцию логического сложения над полученными результатами, т.е. y = x1x2 + x3x4. Можно придумать и более сложные комбинационные логические элементы, например 3-2И-ИЛИ-НЕ (рис. 8).

 

(2-17-5/6)

Универсальные логические элементы могут использоваться для выполнения разнообразных операций над своими входными данными. Конкретная операция зависит от того, какие сигналы поданы на управляющие входы. Чтобы синтезировать такой универсальный логический элемент, обычно пользуются СКНФ или СДНФ, как и в синтезе комбинационных логических схем.

Иску́сственные нейро́нные се́ти (ИНС) — математические модели, а также их программные или аппаратные реализации, построенные по принципу организации и функционирования биологических нейронных сетей — сетей нервных клеток живого организма. Это понятие возникло при изучении процессов, протекающих в мозге, и при попытке смоделировать эти процессы. Первой такой попыткой были нейронные сети У. Маккалока и У. Питтса. После разработки алгоритмов обучения, получаемые модели стали использовать в практических целях: в задачах прогнозирования, для распознавания образов, в задачахуправления и др.

ИНС представляют собой систему соединённых и взаимодействующих между собой простых процессоров (искусственных нейронов). Такие процессоры обычно довольно просты (особенно в сравнении с процессорами, используемыми в персональных компьютерах). Каждый процессор подобной сети имеет дело только с сигналами, которые он периодически получает, и сигналами, которые он периодически посылает другим процессорам. И, тем не менее, будучи соединёнными в достаточно большую сеть с управляемым взаимодействием, такие локально простые процессоры вместе способны выполнять довольно сложные задачи.

С точки зрения машинного обучения, нейронная сеть представляет собой частный случай методов распознавания образов, дискриминантного анализа, методов кластеризации и т. п. С математической точки зрения, обучение нейронных сетей — это многопараметрическая задача нелинейной оптимизации. С точки зрениякибернетики, нейронная сеть используется в задачах адаптивного управления и как алгоритмы для робототехники. С точки зрения развития вычислительной техники ипрограммирования, нейронная сеть — способ решения проблемы эффективного параллелизма. А с точки зрения искусственного интеллекта, ИНС является основойфилософского течения коннективизма и основным направлением в структурном подходе

 

(2-17-6/6)

по изучению возможности построения (моделирования) естественного интеллектас помощью компьютерных алгоритмов.

Нейронные сети не программируются в привычном смысле этого слова, они обучаются. Возможность обучения — одно из главных преимуществ нейронных сетей перед традиционными алгоритмами. Технически обучение заключается в нахождении коэффициентов связей между нейронами. В процессе обучения нейронная сеть способна выявлять сложные зависимости между входными данными и выходными, а также выполнять обобщение. Это значит, что в случае успешного обучения сеть сможет вернуть верный результат на основании данных, которые отсутствовали в обучающей выборке, а также неполных и/или «зашумленных», частично искаженных данных.

Источники напряжения и источники тока (эквивалентная схема источника напряжения, эквивалентная схема источника тока; расчет токов и мощности потребления: последовательно соединенная нагрузка, параллельно соединенная нагрузка).

Под источником понимают элемент, питающий цепь электромагнитной энергией. Эта энергия потребляется пассивными элементами цепи - запасается в индуктивностях и емкостях и расходуется в активном сопротивлении. Примерами реальных источников электромагнитной энергии могут служить генераторы постоянных, синусоидальных и импульсных сигналов разнообразной формы, сигналы, получаемые от различных датчиков, антенн радиоприемных устройств, источники питания, сигналы, поступающие с выходов электронных устройств и т.д.

Для анализа цепей удобно вводить идеализированные источники двух видов: источник напряжения и источник тока, которые учитывают главные свойства реальных источников. При соответствующем дополнении идеализированных источников пассивными элементами можно передать все свойства реальных источников по отношению к их внешним выводам.

Источник напряжения. Под источником напряжения понимают такой элемент с двумя выводами (полюсами), напряжение между которыми задано в виде некоторой функции времени независимо от тока, отдаваемого во внешнюю цепь. Такой идеализированный источник способен отдавать неограниченную мощность. Наиболее часто применяемые условные графические изображения источника напряжения показаны на том же рисунке, где принятая положительная полярность напряжения источника указывается либо стрелкой внутри кружочка, либо знаками “+”, “-”.

Источник тока. Под идеальным источником тока понимают такой элемент цепи, через выводы которого протекает ток с заданным законом изменения во времени независимо от напряжения между выводами. Независимость тока от напряжения означает, что внутренняя проводимость источника, куда может ответвляться ток, равна 0, а внутреннее сопротивление равно бесконечности. При увеличении напряжения на нагрузке за счет увеличения сопротивления нагрузки увеличивается внутренний ток источника тока. При этом меньшая часть тока I₀ поступает в нагрузку. Выходной ток I_н будет равен

I_н = I₀ – I_вн = I₀ – U_н / R_вн.

Из формулы видно, что чем больше внутреннее сопротивление источника тока, тем меньше внутренний ток I_вн и большая часть тока I₀ отдается в нагрузку. В пределе при R_вн = ∞ весь ток I₀ отдается в нагрузку, и ток нагрузки не будет зависеть от напряжения на нагрузке. В этом случае имеем дело с идеальным источником тока. Итак, в идеальном источнике тока внутреннее сопротивление равно бесконечности. В идеальном источнике тока при бесконечной величине сопротивления нагрузки (обрыв цепи нагрузки) на его зажимах будет напряжение бесконечной величины. Это конечно идеализация – нельзя построить источник тока, у которого величина внутреннего сопротивления рана бесконечности. Однако на практике используются источники тока, построенные на транзисторах, с внутренним сопротивлением, достигающим величин многих мегом и более, работающие в ограниченном диапазоне выходных напряжений. Такие источники тока широко используются в схемах дифференциальных и операционных усилителей, при построении цифро-аналоговых преобразователей, при передаче сигналов по токовой петле и др.

Эквивалентные схемы реального источника постоянного напряжения ( а ) и тока ( б )

(2-18-2/3)

Сразу же отметим, что термин «резистивность» у нас не привился и многие предпочитают более привычный термин «сопротивление», так что R _i — внутреннее сопротивление. В тоже время «сопротивление», как деталь электронных схем, стали называть резистором.

Последовательное соединение 2-х ТЭНов по 1.25 кВт и подключение их к сети 220В, в сумме дает 625 Вт. Параллельное соединение, в сумме дает 2.5 кВт.

Мы знаем напряжение, действующее в сети, это 220В. Далее мы так же знаем мощность ТЭН, выбитую на его поверхности допустим это 1,25 кВт, значит, нам нужно узнать силу тока,

(2-18-3/3)

протекающую в этой цепи. Силу тока, зная напряжение и мощность, узнаем из следующей формулы.

Сила тока = мощность, деленная на напряжение в сети.

Записывается она так: I = P / U.

Где I - сила тока в амперах.

P - мощность в ваттах.

U - напряжение в вольтах.

Далее зная силу тока подсчитываем сопротивление ТЭНа, по следующей формуле.

R = U / I,где

R - сопротивление в Омах

U - напряжение в вольтах

I - сила тока в амперах

Далее подсчитываем общее сопротивление всех последовательно соединенных ТЭНов. Общее сопротивление равно сумме всех сопротивлений, соединенных последовательно ТЭНов

Rобщ = R1+ R2 + R3 и т.д.

Теперь нетрудно подсчитать мощность выделяемую этими двумя ТЭНами.

P = U² / R где,

P - мощность в ваттах

U² - напряжение в квадрате, в вольтах

R - общее сопротивление всех посл. соед. ТЭНов

P = 624,919 Вт, округляем до значения 625 Вт.

(2-19-1/4) Расчет комплексных сопротивлений линейных цепей (последовательные цепи: RC-цепь, RL-цепь, RLC-цепь; параллельные цепи: RC-цепь, RL-цепь, LC-цепь; последовательно-параллельные цепи: R-LC, C-RL)

Рассмотрим участок цепи, напряжение и ток которого изменяются по гармоническому закону:

Соответствующие комплексные амплитуды:

Отношение называют комплексным сопротивлением участка цепи. Представим комплексное сопротивление в показательной форме:

Модуль комплексного сопротивления равен отношению амплитуд (действующих значений) напряжения и тока:

Его называют полным сопротивлением.

Аргумент комплексного сопротивления ϕ =ψ U −ψ I равен углу сдвига фаз между напряжением и током. Он положителен при отстающем токе (индуктивная нагрузка) и отрицателен при опережающем токе (емкостная нагрузка).

Запишем комплексное сопротивление в алгебраической форме:

Вещественную часть комплексного сопротивления R = Zcosϕ называют активным сопротивлением. Мнимую часть комплексного сопротивления X = Zsinφ называют реактивным сопротивлением. Полное сопротивление

Величину, обратную комплексному сопротивлению называют комплексной проводимостью:

Модуль комплексной проводимости – полная проводимость. В алгебраической форме комплексная проводимость Y= G − jB.

Вещественную часть комплексной проводимости G =Y cosφ называют активной проводимостью. Мнимую часть комплексной проводимости

B =Ysinφ называют реактивной проводимостью.

Нетрудно установить связь между активными и реактивными составляющими комплексных сопротивления и проводимости:

 

(2-19-2/4)

Таким образом, активная и реактивная проводимости равны соответственно:

Аналогично

В заключение определим комплексные сопротивления двухполюсных элементов. Соотношения между комплексами напряжения и тока на зажимах резистивного, индуктивного и емкостного элементов следующие:

Соответственно комплексные сопротивления

Комплексные сопротивления при последовательном или параллельном соединениях элементов находят так же, как и в случае резистивных цепей постоянного тока. Если известно комплексное сопротивление участка цепи, то по заданной амплитуде тока можно найти комплексную амплитуду напряжения.

1. Резистивный элемент

Пусть .

Тогда ,

где .

Напряжение и ток в резистивном элементе совпадают по фазе.

То есть – уравнение элемента в комплексной форме.

 

(2-20-1/4) Современные периферийные устройства и сетевое оборудование вычислительной и телекоммуникационной техники, их характеристики (принтеры, сканеры, модемы, коммутаторы и концентраторы, линии связи, факсы, флешь память)

Разделяемые принтеры обеспечивают печать заданий от множества пользователей локальной сети. В общем случае для этого требуется принт-сервер – средство выборки заданий из очереди и собственно принтер, логически подключенный к принт-серверу. В роли принт-сервера может выступать обычный компьютер, подключенный к сети, и принтер подключается к его порту. Принт-сервер может встраиваться в собственно принтер или исполняться в виде отдельного сетевого устройства. Использование разделяемых принтеров, особенно лазерных в графическом режиме с высоким разрешением, значительно нагружает сеть.

Сетевые принтеры в дополнение к локальным имеют встроенный сетевой интерфейс Ethernet на 10 или 100 Мбит в секунду. В этом случае у них должно присуствовать встроенное программное обеспечение, рассчитанное на тот или иной сетевой протокол. Сетевой принтер территориально может располагаться в любом месте помещения, где есть розетка кабельной сети.

Аппаратный принт-сервер представляет собой микроконтроллер, снабженный сетевым интерфейсом и несколькими последовательными и параллельными портами. К портам подключаются обычные принтеры. Встроенное ПО обеспечивает выборку заданий из очереди на файл–сервере. Принт-сервер обычно поддерживает протокол какой-нибудь одной операционной системы, возможность перезаписи встроенного ПО в некоторых случаях позволяет сменить протокол или улучшить предоставляемый сервис.

Коммуникационное сетевое оборудование не является источником или конечным получателем данных. Приведем краткие характеристики коммуникационного оборудования локальных сетей.

Повторитель является средством объединения кабельных сегментов в единый логический сегмент. В сетях на витой паре повторитель является самым дешевым средством объединения конечных узлов и других устройств в единый разделяемый сегмент.

Мост является средством передачи кадров между двумя и более логическими сегментами. По логике работы является частным случаем коммутатора. Скорость обычно 10 Мбит в секунду.

Коммутатор является средством организации виртуальных цепей для передачи каждого кадра между двумя его портами. Скорости портов могут быть разными у разных портов одного устройства – 10, 100 или 1000 Мбит/сек. Реальная пропускная способность ниже из-за несимметричности загрузки портов коммутатора.

Хаб – устройство, к которому подключаются кабели от множества конечных узлов и коммуникационных устройств. Внутренняя структура может быть различной. Чаще всего под хабом подразумевают повторитель. Сегментирующий хаб является комбинацией нескольких повторителей, между которыми может присутствовать мост.

Концентратор считается синонимом хаба, но может трактоваться шире (может включать набор повторителей, коммутаторов и мостов, соединяющих разные технологии).

Преобразователь интерфейсов позволяет осуществлять переходы из одной среды передачи данных в другую без логического преобразования сигналов. Благодаря усилению сигналов, эти устройства могут позволять преодолевать ограничения на длину линий связи. Используются для связи оборудования с разнотипными портами.

Маршрутизатор – устройство с несколькими физическими интерфейсами, возможно, различных сетевых технологий. Выполняет передачу пакетов между интерфейсами на основании информации 3-го уровня.

Брандмауэр – устройство (программное средство), по уровню функционирования аналогичное маршрутизатору, но с более развитой системой фильтрации и малым числом портов. Для сетевых узлов присутствие брандмауэра не должно быть заметно. Используется для защиты локальных сетей от несанкционированного вмешательства извне. Обычно устанавливается между маршрутизатором и внешним интерфейсом глобальной сети. Может быть встроен в маршрутизатор или коммуникационное оборудование подключенное к глобальной сети.

Модем – устройство для передачи данных на дальние расстояния по выделенным или коммутируемым линиям.

(2-20-2/4)

Интерфейс, обращенный к источнику и приемнику данных, может быть последовательным, параллельным или даже шиной USB.

Модемный пул – сборка из нескольких модемов, которые объединены общим портом с интерфейсом ЛВС. Каждый модем пула подключается к своей внешней линии. Устройство позволяет одновременно нескольким абонентам локальной сети пользоваться индивидуальными выходами во внешний мир или обеспечивать нескольким пользователям доступ к локальной сети.

LAN-модем – комбинация модема и маршрутизатора, имеющая в качестве интерфейса порт Ethernet. Позволяет одновременно пользоваться одним выходом во внешний мир группе абонентов локальной сети.

Концентраторы могут иметь различное конструктивное исполнение, каждый тип исполнения имеет определенную сферу применения:

Типы принтеров

Матричные принтеры обязаны своим изобретением началу серьезной работы с графикой. Их еще называют игольчатыми, так как печатающее устройство состояло из 9-25 иголок, выскакивавших из головки и наносящих удар по красящей ленте, после чего не бумаге появлялась точка. При движении головки комбинацией иголок составлялась буква или цифра. Матричные модели работали гораздо быстрее некоторых современных струйных принтеров, недорогие в использовании, но страшно шумные.

Струйные принтеры появились, когда началась эпоха четких, ярких картинок и высокого качества шрифтов в ОС Windows. Печатное устройство – специальные чернила в емкости, разбрызгивающиеся на бумагу под большим давлением из маленьких сопел. В результате на бумаге появлялась точка, размером в 10 -20 раз меньше, чем точка от матричного принтера. Картинки были более четкие и реалистичные. Недостатки: скорость печати 1 страницы – до 1й минуты, высокая цена печати, при попадании воды изображение на бумаге портилось.

Сублимационные принтеры созданы для печати фотографий на специальной бумаге посредством технологии термопечати. Компактные модели могут выводить на печать только небольшие форма, однако более дорогие устройства рассчитаны на печать фотографий формата А4.

Необходимые функции сублимационных принтеров:

Прямая печать. Эта функция позволяет отправлять фотографии на печать напрямую принтеру, минуя ПК. Некоторые модели принтеров оснащены дисплеем, облегчающие процесс кадрирования и отбора фотографий. Среди стандартов прямой печати распространена технология PictBridge.

Первый лазерный принтер создан сотрудниками фирмы Xerox. Лазерным лучом переносится картинка на печатающий валик, при этом заряжает отдельные его участки, к коим притягиваются частички красящего порошка. Далее валик переносит их на бумагу, а тонер расплавляется и застывает уже на ней. Достоинства: скорость печати 1 листа до 10 секунд, высокое качество печати, минимальный шум, ориентирован на промышленную нагрузку. Недостатки: цена, размеры, вес и большая часть моделей ориентирована на черно-белую печать.

Светодиодные (LED) принтеры называемые лазерными. Отличие от лазерного принтера состоит только в передачи валику изображения светодиодной матрицей. Достоинство: меньшая стоимость по сравнению с лазерными моделями.

Многофункциональные устройства объединяют в себе функции принтера, сканера, ксерокса и даже факса. Стандарт строения отсутствует, следовательно, компоненты МУ могут быть различными. Недостатки: скорость, разрешение и качество печати гораздо хуже, нежели у отдельных устройств, при поломке одного из компонентов выходит из строя все МУ.