Смекни!
smekni.com

Электротехника и основы электроники (стр. 2 из 7)

           Серия – это комплект из несколькихтипов интегральных схем, имею- щих единое конструктивно-технологическоеисполнение и предназначен- ных для совместного применения в аппаратуре.Интегральные схемы, входя- щие в серию, имеют единые эксплутационные показателии используются как совместимые наборы деталей, пригодные для созданияэлектронной ап- паратуры любой  степени сложности.

            Серии интегральных схем, совместимые другс другом по логическим

уровням, условиям эксплуатации и конструктивнымпоказателям, могут    образовывать семейства серий интегральных схем.            

2. ЛОГИЧЕСКИЕЭЛЕМЕНТЫ

           Логические изапоминающие элементы составляют основу устройств цифровой обработки информации– вычислительных машин, цифровых     измерительных приборов и устройствавтоматики. Логические элементы   выполняют простейшие логические операции над цифровой информацией: преобразуют по определеннымправилам входную информацию в выход-ную. Операции, используемые при обработкецифровой информации, осно-ваны на двоичной системе счисления, представляющейинформацию в виде слов – комбинаций символов 1 и 0.

           Обработка цифровойинформации логическими элементами произво-дится по законам и правилам алгебрылогики, разработанной в XIX веке   английским ученымДж. Булем.

           Логическиепреобразования двоичных сигналов включают три       элементарные операции:

1.  логическое сложение (дизъюнкцию) или операциюИЛИ

F=x1+x2+…+xn

2. логическое умножение (конъюкцию) или операцию И

F= x1 · x2·…·xn

2.  логическое отрицание (инверсию) или операцию НЕ  

   F= x

          

          Определение этих операций дается с помощью таблиц истинности,  содержащихперечисление всех возможных сочетаний (наборов) входных переменных (входныхслов).

          Каждая простая логическая функция может быть технически реализо- вана простымиэлементами, к которым относятся элементы И, ИЛИ, НЕ и их комбинации.

           Нарис. 3 приведены условные обозначения логических элементов и таблицыистинности.

           Из простых элементов можно составить сколь угодно сложныелоги-ческие устройства, например, счетчики импульсов, регистры, сумматоры,блоки памяти и т.п.

           На практике применяют комбинированные элементы,реализующие две логические операции, например, элементы И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Ониназы-ваются функционально полными, т.к. позволяют реализовать любую логи-ческуюфункцию. Например, имея набор элементов И-НЕ можно построить схему ИЛИ.

  Наименование        функции  Условное графи-  ческое обозначение  Выражение     функции Таблицы истинности
 x1 0 0 1 1
 x2 0 1 0 1
             ИЛИ     y= x1+x2  y 0 1 1 1
И       y= x1 ·x2  y 0 0 0 1
НЕ          _     y= x1  y 1 1 1 0
ИЛИ-НЕ          ___     y= x1+x2    y 1 0 0 0
И-НЕ          ____      y= x1 ·x2        y 1 1 1 0

Рис. 3

           Элемент И-НЕ (штрих Щеффера)выполняет операцию

                                                         ___________

F= x1 · x2 · x3 ·…· xn

           Элемент ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса) выполняетоперацию

                                                       _____________  

F=x1+x2+ x3+…+xn

          Примеры использования функционально полных элементов сведены в таблице 2, гдепоказано, как набором элементов И/-НЕ можно реализовы- вать функции И, ИЛИ, НЕ.

                                                                                                     

                                                                                                             Таблица 2

Элемент Логические операции
НЕ И ИЛИ
  И-НЕ             y1=x=x ·x                        т. к.  x ·x ·x ·…=x    y2=x1  ·x2= x1  ·x2                                       т. к.  x= x   y3= x1  +x2= x1  ·  x2                                        т. к.  x1  ·x2= x1  +x -  теорема де Моргана

        

          Реализация логическихустройств на базе комбинированных элементов упрощает компановку и ремонтустройств.

3.  СХЕМНЫЕ РЕАЛИЗАЦИИ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

           Основой дляпостроения узлов импульсной и цифровой техники    служат полупроводниковыеключевые схемы. Ключевая схема (ключ) позволяет подключать нагрузку к источникуили отключать ее и таким образом коммутировать ток в нагрузке. В качествеэлектронных ключей применяют диоды, транзисторы, тиристоры и некоторые другиеэлектронные приборы.

3.1. Ключевой режимработы биполярного транзистора

           Простейшийтранзисторный ключ – каскад на биполярном транзисто-ре, включенный по схеме собщим эмиттером, представлен на рис. 4. Выход-

ное сопротивление транзисторапо постоянному току со стороны электродов коллектор-эмиттер может изменяться вшироких пределах в зависимости от положения рабочей точки на вольт-ампернойхарактеристике (рис. 5).

         

Рис. 4

Рис. 5

          Точка 1 на рис. 5 соответствует режиму отсечки (состояние''выключе-но''), в котором падение напряжения на транзисторе V'КЭ  близко к напряже-нию источника питания EК. Точки IК и IБ при этомминимальны и равны      обратному току коллекторного перехода IКО.

          Точка 2 (состояние''включено'') соответствует режиму насыщения. При этом через транзисторпротекает максимально возможный при данных EК и RК ток, практически равный ЕК/RК, т.е. определяемый величинойнагрузочного сопротивления. Падение напряжения на транзисторе VКЭ'' в этом случаеминимально.

           Для переключениятранзистора из режима отсечки в режим насыще-ния необходимо обеспечитьопределенный ток базы IБ'', для чего на эмит-терный переходтребуется подать соответствующее этому току напряжение VБЭ.

           Важнейшимпоказателем работы электронных ключей является их быстродействие, котороеопределяется скоростью протекания переходных процессов при переключении.Мгновенное переключение транзисторного ключа невозможно из-за инерционностисвойств транзисторов, а также      наличия паразитных реактивных элементовсхемы и проводников.  

          

Рис. 6

                                               

           Переход транзистораиз одного стационарного состояния в другое происходит с задержками времени tВКЛ и tВЫКЛ (рис.6). Длительность фронта включения tВКЛ  зависит от времени распространенияносителей от эмиттера через базу к коллектору и значения коллекторной емкости.Это время уменьшается при увеличении тока базы.

           Задержка выключения tВЫКЛ связанас тем, что под действием выклю-чающего  сигнала  происходит  рассасывание заряда,  накопившегося  в базе                   

при насыщении транзистора.

           Таким образом,быстродействие транзисторного ключа зависит от частотных свойств используемоготранзистора и параметров импульса    базового тока. Порядок величин задержексоставляет от долей единицы до микросекунд.

           Ключевые схемышироко используются в устройствах, оперирующих с информацией, представленной вцифровой форме. В частности, их        применяют в элементах, выполняющихпростейшие логические операции. Переключение основной схемы из одного состоянияв другое производится с помощью управляющих сигналов, подаваемых на ее вход.Эти сигналы могут быть представлены в виде ступенчатого или импульсногонапряже-ния.