Метод_вк_КП

1.1.5Формування часу спаду колекторного струму

Ваналізованому випадку транзистор працює в нормальному активному режимі, як і у випадку формування фронту. Отже, тут справедлива еквівалентна схема, яка була використана раніше (рис.2). Проте, ця схема справедлива доти, доки значення струму колектора не

Після того, як струм колектора стане дорівнювати нулю, необхідно повернутися до еквівалентної схеми, яку зображено на рис.1. Процес формування часу спаду колекторного струму істотно складніший за процес формування фронту через те, що струм бази непостійний. Детально аналізувати тут процес спаду не будемо. Зазначимо тільки підсумковий вираз для наближеного розрахунку часу цього процесу:

ефект Міллера (див. підрозділ 3.2.1.) [3].

Графічна ілюстрація процесів переключення біполярного цифрового ключа наведена на рис. 3.

Стислі висновки:

1.Час вмикання і вимикання біполярного цифрового ключа за інших рівних умов (в однакових схемах) визначається значеннями і співвідношенням струмів, що вмикає (втікає в n-р-n транзистор) і, що вимикає (витікає) з n-р-n транзистора.

2.Зменшення часу вмикання пов'язано зі збільшенням (форсуванням) струму, що вмикає транзистор. Відзначимо, що форсування струму, що вмикає, веде до зростання насичення транзистора.

3.Зменшення часу вимикання визначається не тільки збільшенням струму, що вимикає, але значенням струму, що вмикає транзистор. Цей зв'язок виключає можливість підвищення швидкодії ключа простим форсуванням струму, що вмикає, і вимагає вибору оптимального співвідношення струмів керування біполярного ключа.

4.У силу того, що гранична напруга звичайно менше половини напруги живлення, значення струму, що вмикає,

1.2 Приклад розрахунку найпростішого цифрового ключа

Нехай необхідно реалізувати цифровий ключ із часом перемикання не більше 50 нс і коефіцієнтом розгалуження 10. Напруга живлення 5В. Можуть бути висунуті й інші вимоги, які розглянемо нижче.

Простої методики розрахунку біполярного цифрового ключа,

виходячи із заданої швидкодії, не існує. По суті кажучи, це класична обернена задача, розв’язування якої потребує застосування спеціальних прийомів. На практиці при наближеному ручному розрахунку використовують широко відомий метод "проб і помилок". Звичайно, у цьому випадку оптимального рішення відшукати не вдається. Ця ситуація характерна для всіх цифрових схем, якщо метою розрахунку є реалізація заданої швидкодії в схемі з дискретними компонентами. При розрахунках реальних інтегральних цифрових схем використовують точні описи нелінійних схем, що реалізовані в спеціалізованих комп'ютерних програмах.

1.2.1 Вибір транзистора

Центральний пункт у розрахунку біполярного цифрового ключа - вибір транзистора. Оскільки в цифрових елементах споживану потужність завжди прагнуть зробити мінімальною, а швидкодію максимальною, то необхідні малопотужні транзистори (максимальна потужність, що розсіюється – 30÷100 мВт) із гранично допустимою колекторною напругою 10 ÷ 15 В (чим нижча напруга живлення, тим вища, за інших рівних умов, швидкодія) і невисоким (звичайно менше

100) коефіцієнтом передачі за струмом β. У таких транзисторів повинна бути висока (до декількох гігаГерц) гранична частота підсилення і малі (0.5 - 2 пФ) розміри колекторних і емітерних ємностей. Параметри транзисторів, що використовуються для ІС фірмами-виробниками, широко не публікуються, проте уяву про типові транзистори для цифрової електроніки надає табл.1, де наведені параметри деяких малопотужних транзисторів. Нагадаємо, що цифри після букви, які позначають технологічну групу, вказують на конструктивне виконання транзистора в безкорпусному варіанті, орієнтованому на використання транзисторів у гібридних ІС. Всі транзистори виконано в інтегральній планарній технології. Для нашого прикладу візьмемо транзистор 2Т366В-1, у якого β=50÷200, максимальне значення колекторної ємності 1,8 пФ, гранична частота підсилення 1000 мГц, максимально допустима напруга колектора 15 В, максимально допустимий струм колектора 50 мА.

Таблиця 1

Продовження табл. 1

колекторний струм насичення визначається за співвідношенням

Iкн = Рмакс(Едж −Uкен );

– якщо значення допустимої споживаної потужності не задано, то колекторний струм насичення визначається за допустимим струмом колектора Iкн ≈ 0,7Iкдоп .

В аналізованому прикладі приймемо Iкн =35 мА.

1.2.3 Розрахунок колекторного резистора

При відомому значенні колекторного струму насичення колекторний резистор визначається за уже відомим співвідношенням:

R к=(Едж −Uкен )Iкн .

1.2.5 Визначення часу вмикання і вимикання ключа

Розрахунок проводиться за формулами 1 ÷4 з урахуванням технологічних відхилень. Тут допускається, що значення колекторної та емітерної ємностей однакові, а ємність навантаження відсутня.

48 нс. Отримані результати перевіряємо шляхом моделювання за допомо-

гою програм MicroCap 7, PSpice або Microsim.

1.3 Варіанти завдань

Для засвоєння методів аналізу перехідних процесів пропонується відповідно до даних варіантів, наведених в таблиці 2, проаналізувати роботу найпростішого ключа на біполярному транзисторі, виконати розрахунок складових часу затримки і промоделювати перехідні характеристики.

Варіанти завдання студент вибирає таким чином: згідно з номером групи

і порядкового номера під яким значиться прізвище студента в журналі

2 РЕАЛІЗАЦІЯ ЛОГІЧНИХ ФУНКЦІЙ

2.1 Теоретичні відомості і розрахункові співвідношення

Математичною базою цифрової техніки є алгебра логіки, яка оперує зі змінними, які набувають тільки два значення, умовно позначеними 0 і 1,тобто з двійковими змінними. Функції двійкових змінних називаються логічними. Вони також можуть набувати тільки два значення. Логічна функція від n змінних є повністю визначеною, якщо вказані її значення для всіх двійкових наборів її аргументів. Число таких наборів залежить від

числа змінних n і дорівнює 2n. Якщо логічна функція визначена не на всіх наборах, то вона є неповністю визначеною або невизначеною. На

невизначених наборах змінних значення функції позначається символом x і може бути довільно довизначена або нулем, або одиницею.

Логічна фукція може бути задана словесно, алгебраїчним виразом або таблицею, яка називається таблицею співвідношення, або таблицею істинності. Дії над двійковими змінними виконуються за правилами логічних операцій (законами алгебри логіки).

Логічну функцію для зручності запису і подальшого синтезу виражають у вигляді суми добутків змінних або у вигляді добутків їх сум.

Перший запис називається диз’юнктивною нормальною формою (ДНФ), другий запис – кон’юнктивною нормальною формою (КНФ).

Для кожної логічної функції може існувати декілька рівносильних диз’юнктивних і кон’юнктивних форм, але існує тільки один вид ДНФ і КНФ, в якому функція може бути записана єдиним чином (досконалі нормальні форми ДДНФ і ДКНФ). У ДДНФ функція записується у вигляді логічної суми констант одиниці (мінтермів), а в ДКНФ – у вигляді логічного добутку констант нуля (макстермів).

Конституенти одиниці і нуля – це комбінації змінних, при яких функція відповідно перетворюється в одиницю чи нуль.

Для зменшення числа логічних елементів, які реалізують функцію, застосовують різні методи мінімізації. Для мінімізації нескладних функцій використовують алгебраїчні перетворення. Для функцій, які мають велике число змінних (більше трьох) і велике число складових, існують спеціальні методи. Найбільш часто застосовують методи з використанням карт Вейча і карт Карно.

Для реалізації логічних операцій застосовують відповідні логічні елементи. Система елементів, яка дозволяє будувати на їх основі логічні функції будь–якої складності, називається функціонально повною системою або базисом. Базис утворюють логічні елементи АБО, І, НІ.

Крім цього, у практиці широко застосовуються логічні елементи, які реалізують найпростіші функції двох змінних АБО – НІ, І – НІ та деякі інші. Ці функції також називають операторами, а запис більш складних функцій у вигляді суперпозиції операторів логічних елементів називається її операторною формою.