Analogie un digitālie signāli.

Pusvadītāju ierīces. Loģiskie elementi.

P. Puķītis. Fizika 12. klasei: 136.-152. lpp.

Sasniedzamie rezultāti

• Izskaidro informācijas pārveidi no analogās uz digitālo formu un otrādi.

• Apraksta pusvadītājierīču – tranzistors, diode, termistors, fotodiode, fotoelements – darbības principus.

• Izskaidro loģisko elementu – UN, VAI, NE – darbības principus.

• Modelē vienkāršākos loģisko elementu slēgumus.

Informācijas pārraide

• Informācijas pārraides un uztveres shēma:

• Ieejas pārveidotājs dažādus lielumus (skaņa, gaisma, ultraskaņa u.c.) pārvērš elektriskos signālos

Informācijas pārraide

• Informācijas pārraides un uztveres shēma:

• Modulators signālu pārnes uz pastiprinātāju• Raidītājs raida, uztvērējs uztver EMV

Informācijas pārraide

• Informācijas pārraides un uztveres shēma:

• Uztvērējs signālus pastiprina• Demodulators atdala pārraidāmo informāciju

Informācijas pārraide

• Informācijas pārraides un uztveres shēma:

• Izejas pārveidotājs signālu pārvērš uztveramā formā• Modems - ierīce, kas ļauj datoram raidīt un saņemt EMV

(modulācija un demodulācija)

Analogais signāls• Runājot mikrofonā, skaņa rada spiedienu uz tā

membrānu• Mainīgo spiedienu pārvērš tādas pašas formas

spriegumā

Analogais signāls• Analogo signālu uztveršanu traucē “trokšņi”

http://www.instructables.com/id/How-To-Save-Analog-TV/

Ciparu (digitālais) signāls

• Signāls sastāv no impulsu plūsmas, kuru izkārto mikroshēma ACP (analogais ciparu pārveidotājs)

http://physics125.weebly.com/analogais-un-digit257lais-sign257ls.html

Analogā signāla pārveidošana ciparu signālā

Laiks t, ms 0 0,5 1,0 1,5 2

U, mV (decimālā sistēma)

U, mV (binārā sistēma)

0

000

4

100

7

111

5

101

6

110

Ciparu signāla priekšrocības• Iespēja veikt apjomīgus ierakstus datu nesējā (CD,

DVD)• Neiespaido elektriskais troksnis (troksnis nevar

loģisko “0” pārvērst par “1” vai otrādi• Viegli pārveidot atpakaļ analogā signālā ar CAP (ciparu analogo pārveidotāju).

https://university.ti.com/faculty

Pusvadītāju diodes

• Uzbūves pamatā kristāls ar p-n pāreju un izvadiem no p (anods) un n (katods)

• Izmantošana: taisngrieži (maiņstrāvas taisngriešanai)

https://lv.wikipedia.org/wiki/Diode

Citas pusvadītāju ierīces• Gaismas diodes – elektrisko enerģiju pārvērš

gaismas enerģijā• Tranzistori – elektrisko signālu pastiprināšana,

elektronisks slēdzis• Termorezistori – temperatūras sensori,

termoregulatori, termometri u.c.

http://www.building.lv/2-zinas/109533-led-gaismu-izstarojosa-diode-uzbuve-un-darbibas-principi

https://en.wikipedia.org/wiki/Transistor https://electronica-electronics.com/info/PTC-Termistor.html

Citas pusvadītāju ierīces• Fotorezistori – gaismas sensori• Fotodiodes – infrasarkano staru sensori,

dūmu detektori, luksmetru sensori• Fotoelementi pārveido gaismas enerģiju

elektriskajā enerģijā (enerģijas avoti kalkulatoriem u.c., apgaismojuma sensori)

http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-733922405-2x-resistor-fotossensivel-gl5528-fotoresistor-ldr-_JM

https://www.hamamatsu.com/us/en/product/category/3100/4001/4103/S2386-45K/index.html

http://6.allegroimg.com/s400/01d09a/2c65420a4052bb0160198647ff66

Loģiskie elementi

• Loģisko elementu mikroshēmas izpilda loģiskās funkcijas:– “un” – “vai”– “nē”– “un-nē”– “vai-nē”

Loģiskā funkcija “un”

• Piemērs: automātiskā veļasmašīna ieslēdzas, ja vienlaikus pieslēgts spriegums un pienāk ūdens

X1spriegums

X2ūdens

Y Mašīnas darbība

Nav spriegums 0, nav ūdens 0 0Ir spriegums 1, nav ūdens 0 0Nav spriegums 0, ir ūdens 1 0Ir spriegums 1, ir ūdens 1 1

Loģiskā funkcija “un”

• Realizē ar virknē saslēgtiem slēdžiem:

Loģiskā funkcija “vai”• Piemērs: laboratorijā var nokļūt caur trim durvīm.

Atverot jebkuras no tām, atskan signāls

Pirmās durvisX1

Otrās durvisX2

Trešās durvisX3 Zvana signāls

0 0 0 01 0 0 10 1 0 10 0 1 1

1 1 0 1

1 0 1 10 1 1 11 1 1 1

Loģiskā funkcija “vai”

• Realizē ar paralēli saslēgtiem slēdžiem

Loģiskā funkcija “nē”

• Piemēram: ja dzīvoklī temperatūra augstāka par 18 oC, apkure atslēdzas.

Sensors x

Apkures slēdzis y

Temperatūra zemāka par 18 oC 0 1

Temperatūra augstāka par 18 oC 1 0

Loģiskā funkcija “nē”

• Realizē ar vienu slēdzi.

Sasniedzamie rezultāti

• Izskaidro informācijas pārveidi no analogās uz digitālo formu un otrādi.

• Apraksta pusvadītājierīču – tranzistors, diode, termistors, fotodiode, fotoelements – darbības principus.

• Izskaidro loģisko elementu – UN, VAI, NE – darbības principus.

• Modelē vienkāršākos loģisko elementu slēgumus.

Papildus informācijas avoti:• http://physics125.weebly.com/analogais-un-digit257lais-sign257ls.html • http://www.macibuvideo.lv/c/fizika-musdienu-tehnologiskajos-procesos • http://www.dzm.lu.lv/fiz/IT/F_12/default.aspx@tabid=3&id=520.html

JAUTĀJUMI?