Студопедия КАТЕГОРИИ: АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Транзистор как элемент цифровой схемы
Величина уровней UL и UH целиком определяется используемой схемотехникой. Однозначная интерпретация уровня возможна только в том случае, если он не попадает в интервал между UL и UH. Поясним схемотехнические последствия этого условия на примере инвертора уровня (рис. 4.1). Схема должна обладать следующими свойствами: при Ue ≤ UL соблюдается Ua ≥ UH и при Ue ≥ UH соблюдается Ua ≤ UL. Эта зависимость должна действовать и в самом неблагоприятном случае, то есть при Ue = UL значение Ua не меньше UH, а при Ue = UH значение Ua – не больше UL.
Рис. 4.1. Транзистор в качестве Инвертора.
Такое условие выполнимо только при правильном выборе UH, UL и сопротивлений резисторов RC и RB Передаточная характеристика при выбранных номиналах показана на рис. 4.2. Рис. 4.2. Передаточная характеристика при RV = RC. SL – запас устойчивости по уровню L; SH – запас устойчивости по уровню H
При Ue = UL = 0,4 В и полной нагрузке (RV = RC) выходное напряжение Ua = 2,5 В. Таким образом, оно на 1 В выше требуемого минимального значения UH = 1,5 В. Теперь дадим определение запасу устойчивости по уровню H: SH = Ua – UH при Ue = UL.В этом примере он составляет 1 В. Аналогично определяется запас устойчивости по уровню L: SL= UL – Ua при Ue = UH. На рис. 4.2 он равен разности напряжений между UL и напряжением насыщения на промежутке коллектор–эмиттер UCE sat ≈ 0,2 В, так что SL = 0,4 – 0,2 = 0,2 В. Запас устойчивости служит мерой надежности функционирования схемы. Для улучшения этого отношения по уровню L необходимо повышать UL, поскольку напряжение Ua (Ue = UH) ≈ UCE sat не поддается существенному уменьшению. С этой целью перед базой включают один или несколько диодов, а параллельно переходу эмиттер-база резистор R2, который служит для отвода обратного тока на переходе коллектор–база и обеспечивает надежное запирание транзистора. Еще одна возможность состоит в использовании входных делителей напряжения.
Релаксационные схемы на логических элементах Релаксационные схемы на дискретных транзисторах в настоящее время почти вышли из употребления. Теперь они реализуются на интегральных логических схемах, о которых и говорится в этом разделе. 4.2.1 Одновибратор Нетрудно получить короткие импульсы длительностью, равной нескольким временам срабатывания логического элемента, с помощью схемы, представленной на рис. 4.3. Пока входная переменная x = 0, на выходе логического элемента И имеет место 0. При x = 1 на выходе элемента И сохраняется единица, пока сигнал проходит цепочку инверторов. При обращении сигнала в 0 условие справедливости «И» перестает выполняться. Рис. 4.3. Одновибратор с коротким Временем срабатывания. Длительность включения te равна суммарному времени прохождения сигнала в инверторах.
Рис. 4.4 иллюстрирует прохождение сигнала. Длительность выходного импульса равна задержке в цепочке инверторов и задается соответствующим нечетным числом логических элементов. Как видно из рис. 4.4, в этом одновибраторе пусковой сигнал должен сохраняться, пока длится выходной импульс.
Рис. 4.4. Временная диаграмма сигнала; t1 = время прохождения сигнала для логического элемента И.
Задерживающая цепочка становится слишком громоздкой, когда требуются большие длительности включения. В таком случае выгоднее применять интегральные одновибраторы, длительность включения которых задается внешней RC-цепочкой. Если на рис. 4.3 элемент И заменить элементом Исключающее ИЛИ–НЕ, получим одновибратор, который выдает импульсы при прохождении фронта каждого входного сигнала. В стационарной ситуации входы элемента Исключающее ИЛИ–НЕ комплементарны и выходной сигнал равен нулю. При изменении состояния входной переменной x на этом элементе благодаря задержке за счет инверторов возникают одинаковые входные сигналы. В указанный период выходной сигнал равен единице.
4.2.2. Мультивибратор Простой мультивибратор из двух инверторов представлен на рис. 4.5. Пусть сигнал x пребывает в состоянии 1, а y – в состоянии 0. Тогда конденсатор C будет заряжаться через резистор R, пока потенциал V не превысит уровень порога переключения VS логического элемента G1. Тогда x перейдет в состояние 0, а y – в состояние 1. При этом потенциал V скачком возрастет на амплитуду выходного сигнала. Наконец, конденсатор станет разряжаться через резистор R, пока вновь не достигнет порога переключения.
Рис. 4.5. Мультивибратор с двумя инверторами; период колебаний T = 2…3 RC.
Временная диаграмма напряжения приведена на рис. 4.6. Если порог переключения лежит посредине между выходными уровнями, период колебаний составляет T = 2RC ln 3 ≈ 2,2RC.
Рис. 4.6. Временная диаграмма сигнала; порог переключения VS
В практических схемах это условие обычно выполняется лишь приближенно. Отклонение от указанного выражения связано с тем, что вход логического элемента G1 нагружает RC-цепочку. У маломощных ТТЛ схем с барьером Шоттки диапазон допустимых значений сопротивления R невелик: R = 1…3,9 кОм. Применение КМОП элементов позволяет использовать высокоомные резисторы R, что обеспечивает сравнительно длительные периоды колебаний. Однако в этом случае на входе логического элемента G1 приходится включать гасящий резистор с тем, чтобы нагрузка RC-цепочки оставалась высокоомной. Проблема состоит в том, что защитная цепь на входе G1 начинает проводить ток, как только V окажется выше напряжения питания или ниже потенциала земли. На рис. 4.7 представлена схема, свободная от указанной проблемы. Конденсатор C через сопротивление резистора R заряжается до уровня выключения триггера Шмитта, а затем вновь разряжается до уровня его включения. По диаграмме на рис. 4.7 видно, что напряжение на конденсаторе колеблется между указанными уровнями. В случае маломощных ТТЛ схем с барьером Шоттки сопротивление R должно быть достаточно малым, чтобы не препятствовать протеканию входного тока ниже уровня включения. Подходящие номиналы лежат в интервале от 220 до 680 Ом. У КМОП триггеров Шмитта данное ограничение отсутствует.
Рис. 4.7. Мультивибратор с триггером Шмита и временная диаграмма его работы; период колебаний: T = 1,4…1,8 RC (ТТЛ); T = 0,5…1 RC (КМОП с питанием 5 В).
|
||
Последнее изменение этой страницы: 2018-04-12; просмотров: 596. stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда... |