- •10.17. Обратная связь в усилителях
- •10.18. Влияние отрицательной обратной связи на основные параметры усилителя
- •10.19. Усилители с отрицательной обратной связью
- •10.20. Усилители мощности
- •10.21. Генераторы синусоидальных колебаний
- •10.22. Классификация электронных импульсных и цифровых устройств
- •10.23. Нелинейный режим работы операционного усилителя. Компаратор
- •10.24. Ключевой режим работы транзистора
- •10.25. Логические элементы
- •10.26. Электронные импульсные устройства с временно устойчивыми состояниями
- •10.27. Электронные импульсные устройства с устойчивыми состояниями. Триггеры
- •Itanium 9300 Tukwila
10.24. Ключевой режим работы транзистора
В информационной электронике применяются транзисторные ключи малой мощности (мощность потерь до 0,1 мкВт) с частотой переключения до 500 МГц, параметры которых отличны от параметров транзисторных ключей энергетической электроники, приведенных в § 10.6 и § 10.7. Работу таких ключей рассмотрим на примере биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ (рис. 10.82, а).
При постоянном напряжении на входе ключа Uвх≤0 токи в цепях коллектора и базы практически одинаковые и равны току через обратно включенный p-п переход между базой и коллектором. Это соответствует режиму отсечки транзистора (см. § 10.5), т.е. разомкнутому положению ключа (рис. 10.82, б — точка М).
При постоянном напряжении Uвх>0 и токе базы больше тока насыщения IБ нас ток коллектора практически равен Ек/Rк (рис. 10.82, в — точка N). Этот режим соответствует замкнутому положению ключа.
Динамические свойства ключа определяются интервалами времени задержки включения Δtзад.вкл и выключения Δtзад.выкл (рис. 10.82, в). Для уменьшения интервала времени Δtзад.вкл резистор в цепи базы шунтируется конденсатором, а для уменьшения интервала времени Δtзад.выкл в цепь базы включается ЭДС ЕБ (показаны штриховой линией на рис. 10.82, а).
В дальнейшем работу всех импульсных и цифровых электронных устройств будем рассматривать, полагая, что ОУ и транзисторные ключи идеальные.
10.25. Логические элементы
Для своевременного подключения и отключения необходимого оборудования в целях поддержания режимов технологических процессов необходимо принимать те или иные решения в зависимости от конкретных условий.
Если наличие или отсутствие каждого условия отождествить с напряжением электрического сигнала различного уровня, то принятие решения можно осуществить при помощи электронных цифровых устройств на основе логических элементов. Такие устройства реализуют логическое преобразование совокупности сигналов об условиях работы в совокупность сигналов управления технологическим процессом.
В зависимости от схемотехнической реализации логических элементов сигналы на их входах и выходах имеют либо отличные от нуля напряжения (положительное — «положительная логика» или отрицательное — «отрицательная логика»), либо близкие к нулю, которые принято условно отождествлять с логической единицей и нулем. При этом работу логического элемента можно описать зависимостью логического значения выходного сигнала F от совокупности логических значений входных сигналов х. Такую зависимость принято представлять таблицей истинности.
Можно доказать, что для любых логических преобразований достаточно иметь три элементарных логических элемента, выполняющих операции: логическое отрицание (логическое НЕ), логическое сложение (логическое ИЛИ) и логическое умножение (логическое И).
Логический элемент НЕ (инвертор) реализует логическую функцию
;
элемент ИЛИ (дизъюнктор) на два входа —
элемент И (конъюнктор) на два входа —
Их условные обозначения, примеры схемной реализации, временные диаграммы работы и таблицы истинности приведены на рис. 10.83—10.85.
На практике используется расширенный набор логических элементов:
ИЛИ — НЕ (стрелка Пирса) (рис. 10.86, а) реализует логическую функцию
И - НЕ (штрих Шеффера) (рис. 10.86, б) —
;
импликация (рис. 10.86, в) —
;
запрет (рис. 10.86, г) —
;
равнозначность (рис. 10.86, д) —
Логические схемы можно построить таким образом, что логические значения сигналов на одних ее входах будут запрещать или разрешать прохождение на выход цифровых данных по другим входам. Входы и сигналы логических элементов, управляющие другими входами, называются стробирующими. Например, для логического элемента И (рис. 10.8) вход х2 может служить стробирующим для входа х2 и наоборот.
Кроме логических элементов с двумя состояниями применяются «логические элементы с тремя состояниями»: отличным или близким к нулю напряжением, или большúм сопротивлением, т.е. размыканием выходной цепи элемента. С помощью таких элементов параллельно соединяются выходы нескольких логических схем на одну двунаправленную линию передачи данных для их раздельной работы.
По схемотехнической реализации различают серии элементов ДТЛ (диодно-транзисторная логика), ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика на биполярных транзистора), МДПТЛ (то же на МДП-транзисторах), КМДПТЛ (то же на взаимодополняющих 1 или комплементарных МДП-транзисторах), ТТЛШ (то же с транзисторами Шоттки), ЭСЛ (эмиттерно-связанная логика) и И2Л (инжекционная логика).
Примеры схемотехнической реализации логических элементов ДТЛ, ТТЛ, МДПТЛ, КМДПТЛ и ЭСЛ приведены на рис. 10.87, а-д.
Рабочие свойства логических элементов определяют параметры:
быстродействие — время задержки между сменой состояний входного и выходного сигналов (см. рис. 10.82, в);
нагрузочная способность — число входов, которые можно подключить к одному выходу;
помехоустойчивость — максимально допустимый уровень напряжения помехи, не вызывающий ложного переключения;
степень генерирования помех — интенсивность колебаний тока при переключении элементов;
мощность рассеяния — мощность потерь энергии в элементах.
Таблица 10.9
Ранг параметров логических элементов
Тип логического элемента |
Быстродействие |
Мощность потерь |
Нагрузочная способность |
Помехоустойчивость |
Степень генерирования помех |
ДТЛ |
7 |
6 |
5 |
9 |
2 |
ТТЛ |
3 |
6 |
5 |
5 |
9 |
МДПТЛ |
10 |
2 |
2 |
3 |
2 |
КМДПТЛ |
9 |
1 |
1 |
1 |
2 |
ТТЛШ |
2 |
8 |
5 |
5 |
9 |
И2Л |
5 |
4 |
5 |
5 |
2 |
ЭСЛ |
1 |
10 |
2 |
4 |
1 |
-Е
К