![]() 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.
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.
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.
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: 631. 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... |