Логічні перетворення цифрових сигналів і базові логічні елементи
Логічні перетворення цифрових сигналів і базові логічні елементи - раздел Образование, Основи радіоелектроніки
Логічні Перетворювачі Електричних Сигналів Є Основою Побудови...
Логічні перетворювачі електричних сигналів є основою побудови всіх цифрових схем і пристроїв. За формальними ознаками вони підпадають під узагальнену структурну схему (див. рис. 6.1), оскільки перетворення відбувається на нелінійних елементах і передбачає одночасну дію не менше двох сигналів на вході для здобуття після перетворення одного сигналу на виході перетворювача. Інверсія як окремий випадок може розглядатися за умови, що другий сигнал дорівнює першому.
Теоретичною основою побудови логічних перетворювачів є алгебра логіки (Булева алгебра) і теорія перемикальних функцій, а технічною — електронні ключі, тобто такі нелінійні елементи, які можуть перебувати в одному з двох станів — закритому або відкритому. Перехід ключа з одного стану в інший відбувається під дією вхідних сигналів. Цим двом станам відповідають два фіксовані значення вихідної величини (наприклад, високий або низький потенціал, наявність чи відсутність імпульсу).
Відповідно до способів технічного відображення змінних величин логічні перетворювачі або логічні елементи цифрової техніки бувають потенціальні, імпульсні, імпульсно-потенціальні, динамічні, фазові.
У потенціальних елементах вхідні та вихідні сигнали характеризуються різними рівнями електричного потенціалу. Якщо в основу побудови потенціальних елементів покладено позитивну логіку, то високому рівню сигналу відповідає логічна одиниця (1), а низькому — логічний нуль (0). При негативній логіці — навпаки.
В імпульсних елементах логічна одиниця характеризується наявністю імпульсу, а логічний нуль — його відсутністю.
В імпульсно-потенціальних елементахна входи подаються як потенціали певного рівня, так й електричні імпульси, причому вхідні сигнали, що є комбінаціями логічних нулів та одиниць, мають, як правило,імпульсний характер.
У динамічних елементахлогічна одиниця характеризуєтьсясерією імпульсів, а логічний нуль — її відсутністю або навпаки.
У фазових елементах сигнали характеризуються гармонічною функцією, наприклад sinωt Логічній одиниці або нулю тут відповідають певні фази напруги відносно опорної фази.
За схемною реалізацією розрізняють діодну, транзисторну, діодно-трапзисторну, транзисторно-транзисторну логіку тощо.
Залежно від того, яку логічну функцію реалізують елементи, їх поділяють на одно-, двоступеневі тощо. В одноступеневій логіці реалізуються функції:
І — логічне множення (кон'юнкція) Y = X1X2;
АБО — логічне додавання (диз'юнкція) Y= X1Х2;
НЕ — логічне заперечення (інверсія) Y = ;
АБО — НЕ — операція Пірса (інверсія диз'юнкції) ;
І — НЕ — операція Шефера (інверсія кон'юнкції) .
На рис. 6.15 показано умовні графічні зображення на схемах логічних елементів, що реалізують ці функції, а табл. 6.1 є таблицею їх істинності.
Розрізняють функціонально повні та неповні системи логічних елементів. Функціонально повна — це система логічних елементів, використовуючи яку можна реалізувати будь-яку складну логічну функцію. Оскільки будь-які логічні функції є комбінаціями найпростіших, набір елементарних функцій І, АБО, НЕ є функціонально повним. Однак набори І — НЕ та АБО — НЕ також функціонально повні, тому що відповідним з'єднанням елементів,як показано нарис. 6.16,можна реалізувати всі три найпростіші логічні функції. Оскільки в технологічному відношенні простіше мати в основі побудови цифрових пристроїв один елемент, а не три, з елементів І — НЕ та АБО — НЕ побудовано серії мікросхем, тобто ці елементи стали базовими для побудови різних пристроїв у межах своїх серій.
Рис. 6.15. Умовні графічні зображення на схемах логічних елементів І (а), АБО (б), НЕ (в),
І–НЕ (г), АБО–НЕ (д)
Розглянемо принцип дії та принципові схеми логічних елементів на прикладі транзисторно-транзисторної логіки (ТТЛ).
Принципові схеми найпростіших логічних елементів ТТЛ зображено на рис. 6.17. Для побудови елемента І (рис. 6.17, а) два транзистори з'єднують послідовно і переводять у ключовий режим, тобто за відсутності сигналу транзистори закриті. Через транзистори проходить струм і на резисторі з'являється напруга лише тоді, коли на обидві бази одночасно будуть подані сигнали високого потенціалу, тобто тільки при сигналі 1 на входах Х1 ,Х2на виході Y елемента матимемо теж сигнал 1.
Для побудови елемента АБО два транзистори (рис. 6.17, б) з'єднують паралельно. В цьому разі при появі сигналу на будь-якому із входів Х1 Х2через резистор проходитиме струм.
Елемент НЕ (рис. 6.17, в) — це звичайний аперіодичний підсилювач, що працює в ключовому режимі. Тут використовується властивість підсилювача змінювати фазу сигналу на протилежну, тобто коли транзистор закритий, що відповідає низькому (нульовому) рівню
Рис. 6.16. Приклади реалізації найпростіших функцій І (а), АБО (б), НЕ (в) з’єднанням
базових елементів І–НЕ
сигналу на вході X, на його колекторі (виході Y) буде високий потенціал і навпаки.
Рис. 6.17. Спрощені логіні елементи І (а), АБО (б), НЕ (в), побудовані на біполярних
транзисторах
Принципову схему базового логічного елемента мікросхем серії К155 показано на рис. 6.18. Це елемент І — НЕ, побудований на багатоемітерному транзисторі YТ1 із підсилювачем потужності на транзисторах YТ2, YТЗ та YТ4.
При подачі на входи елемента напруги 3,2 В (рівень логічної одиниці) емітерні переходи транзистора YТ1 (рис. 6.19, а) закриваються (потенціали емітерів вищі за потенціали бази), а
колекторний p-n - перехід зміщується в пропускному напрямку (потенціал колектора нижчий за потенціал бази). Внаслідок цього базовий струм 1 мА транзистора YТ1 проходить через колекторний p-n - перехід у базу транзистора YТ2, колекторний струм якого досягає насичення, а напруга на виході елемента (0,4 В) стає нижчою за рівень логічного нуля.
Рис. 6.19. Спрощені схеми, що ілюструють роботу базового логічног елемента І–НЕ
Якщо хоч на одному з входів елемента діє напруга 0,4 В (рівень логічного нуля), то відповідний емітерний р-n - перехід транзистора YТ1 (рис. 6.19, б) відкривається і струм бази проходить через нього. Струми в колі колектора транзистора YТ1 й у колі бази транзистора YТ2 практично відсутні, а тому транзистор YТ2 закритий і напруга на виході елемента (3,2 В) відповідає рівню логічної одиниці.
Промисловість випускає мікросхеми з базовими логічними елементами (перетворювачами цифрових сигналів) на два, три, чотири та вісім входів.
СПИСОК СКОРОЧЕНЬ
АЛП – арифметико-логічний пристрій
АМ – амплітудна модуляція
АРП – автоматичне регулювання
АХ – амплітудна характеристика
АЦП – а
ПЕРЕДМОВА
Політехнічна і практична спрямованість підготовки майбутніх учителів фізики значною мірою залежить від опанування ними необхідного обсягу знань та практичних умінь стосовно загальнотехнічних дисцип
Сигнали та їхні параметри.
Сигнал — це будь-який фізичний носій інформації, кількісні характеристики змінюються з часом. Це фізичний процес, здатний діяти на органи чуття людини або технічні пристрої (
Сигнали повідомлення
Реальні сигнали повідомлення (наприклад, електричні сигнали мови, музики, зображення) є випадковими неперіодичними функціями часу. Для спрощення аналізу вважаємо їx складними періодичними детерміно
Багатоканальна передача інформації
Розглянуті аналогові і цифрові сигнали повідомлення можуть бути використані для передачі по лінії зв'язку одночасно тільки одного повідомлення. Такий зв'язок називається однокана
Деталі й елементи радіоелектронних кіл
Будь-який складний радіоелектронний пристрій складається з обмеженого набору відносно простих деталей, які при з'єднанні утворюють електричні кола. Електричне коло — це сукупність з'єднаних
Схеми радіоелектронних пристроїв
Для побудови, аналізу й унаочнення радіоелектронних пристроїв користуються різноманітними схемами, найпоширенішими з яких є структурні, функціональні, принципові (повні), монтажні (
Аналіз властивостей радіоелектронних кіл
Існує кілька способів аналізу властивостей радіоелектронних кіл: аналітичні, графічні, графоаналітичні. Залежно від схеми, режиму її роботи, виду сигналу, цілей аналізу вибир
Чотириполюсника
Розглянемо навантажений чотириполюсник (див. рис. 2.6, б), в якому значення струму на виході замінимо за законом Ома . Тоді система рівнянь
Вимірювання основних параметрів чотириполюсників
Усі розглянуті вище характеристики та параметри чотириполюсника можна одержати експериментально прямим вимірюванням й обчисленням.
Для визначення малосигнальних параметрів
Вимірювання основних параметрів чотириполюсників
Усі розглянуті вище характеристики та параметри чотириполюсника можна одержати експериментально прямим вимірюванням й обчисленням.
Для визначення малосигнальних параметрів
Вимірювання основних параметрів чотириполюсників
Усі розглянуті вище характеристики та параметри чотириполюсника можна одержати експериментально прямим вимірюванням й обчисленням.
Для визначення малосигнальних параметрів
Діелектричних матеріалів
Найпоширенішими радіодеталями як у дискретному, так і в інтегральному виконанні є резистори та конденсатори, які виготовляють з різноманітних провідникових матеріалів з використанн
Резистори
За зонною теорією провідності до напівпровідників належать речовини, в яких ширина забороненої зони не перевищує 3 еВ, або такі, питома електропровідність яких лежить у межах від 10
Транзистори
Транзистором називають напівпровідниковий прилад, що має три виводи (електроди) і здатний підсилювати потужність сигналу.
Назва приладу походить як словосполучення від двох англі
Електровакуумні прилади
Найпростіший електровакуумний прилад — діод (рис. 3.22, а) має вигляд балона, тиск повітря в якому не перевищує 10–7…10–8 мм. рт. ст., де знаходя
Чотириполюсники
Розглянуті в п. 3.5 та 3.6 активні елементи радіоелектронних кіл мають різну фізичну природу, будову і принцип дії, але в радіоелектронних пристроях вони виконують одну й ту саму фу
Транзисторів та електронних ламп
Режим роботи транзисторів й електронних ламп забезпечується початковим положенням РТ на їхніх ВАХ, яке визначається значеннями постійних напруг на електродах за відсутності сигналу.
Напівпровідникові інтегральні мікросхеми
Розглянуті радіодеталі – резистори, конденсатори, діоди, транзистори, електровакуумні прилади тощо – складають дискретну елементну 6азу радіоелектроніки. Кожна з цих деталей виготов
Мікроелектроніку
Підвищення рівня інтеграції мікросхем І пов'язане з ним зменшення розмірів елементів мають свої межі. Наприклад, Інтеграція більш як 10е елементів в 1 см3 кристала стає вже ек
Електронно-променеві прилади
Електронно-променевими називають електровакуумні прилади, в яких для перетворення сигналів інформації використовують потік електронів у вигляді гостро сфокусованого променя або пучка пром
Типи електричних фільтрів
Однією з поширених операцій, що виконуються в радіоелектронних колах, є виділення певного сигналу або частини його спектра з сукупності інших сигналів та завад. Для цього використо
Властивості найпростіших RС-елементів
Для виділення сигналів у найпростіших RС-фільтрах використовується залежність реактивного опору конденсатора, а разом із ним і коефіцієнта передачі чотириполюсника, від частоти. Для поліпшен
Вибірні властивості коливального контуру
Резонансні фільтри, або -фільтри, складають з коливальних контурів, тобто з каскадно з’єднаних реактивних елементів різного виду. В них заб
Загальна структура і типи підсилювачів
Підсилення — це найпростіший і базовий вид будь-яких перетворень електричних сигналів. Навіть у тих випадках, коли для виконання основної функції (наприклад, перетворення спектрів сигналів) досить
Каскаду
Для підсилення широкосмугових сигналів найчастіше застосовуються аперіодичні підсилювачі. Вони ж є основою для створення підсилювальних мікросхем і вибірних підсилювачів, побудованих на
Каскаду
Для підсилення широкосмугових сигналів найчастіше застосовуються аперіодичні підсилювачі. Вони ж є основою для створення підсилювальних мікросхем і вибірних підсилювачів, побудованих на
Резонансні підсилювачі
Ці підсилювачі найчастіше використовуються для виділення та підсилення радіочастотних сигналів. Це — суто вузькосмугові вибірні підсилювачі, основними параметрами яких є максимальний коефіцієнт під
Підсилювачі потужності
Ці підсилювачі призначені для забезпечення потрібної потужності сигналу на опорі навантаження при мінімальному значенні коефіцієнта нелінійних спотворень і максимальному ККД. Підсил
Підсилювачі постійного струму й операційні підсилювачі
Якщо миттєві значення сигналу змінюються дуже повільно, то нижня гранична частота смуги пропускання підсилювача має прямувати до нуля. З цією метою каскади підсилювачів з'єднують мі
Загальна структура і типи перетворювачів сигналів
Перетворення електричних сигналів поряд з їх виділенням та підсиленням є однією з основних функцій радіоелектроніки. Існує два виду перетворення сигналів: логічне перетворенн
Модуляція і схеми модуляторів
Модуляція — це процес, завдяки якому з використанням допоміжного коливання спектр керувального сигналу переноситься до ділянки вищих частот із метою здійснення багатоканальної передачі інфор
Демодуляція і схеми детекторів
За визначенням демодуляція (детектування) сигналу — це процес, зворотний його модуляції. Згідно з п. 6.1 детектування може відбуватися як у параметричних (синхронне детектува
Перетворення і множення частоти
Перетворення частоти — це лінійне перенесення спектра радіосигналу з однієї області частот в іншу, як правило, більш низькочастотну. При цьому форма обвідної модульованого сигналу та його
Загальна структура і типи генераторів
Генератори електричних коливань перетворюють енергію джерела живлення на енергію змінного струму, частота якого визначається параметрами коливальної системи. Існують різні способи г
Автогенератори з коливальним контуром
Автогенератор із коливальним контуром — це резонансний підсилювач з колом 33, побудований за трансформаторною, автотрансформаторною або ємнісною схемами. Підсилювач може бути
Підсилювачах
Застосування автогенераторів з коливальним контуром має обмеження як при надвисоких частотах, так і при низьких. із зростанням частоти розміри коливальної системи зменшуються настіл
Генератори релаксаційних коливань
Генераторами релаксаційних коливань називають такі джерела періодичних імпульсних сигналів, в основі роботи яких лежить періодичне накопичення енергії від джерела постійного струму в ємно
Тригери
Тригером називають пристрій, що має два стійких стани рівноваги і здатний стрибком переходити з одного стану стійкої рівноваги в інший під дією зовнішнього (керувального) сигналу запуску.
Використовуваних радіочастот
Першим технічним застосуванням радіоелектроніки було передавання інформації на відстань за допомогою електромагнітних хвиль, або радіохвиль. Для його здійснення треба, утворити кана
Радіопередавачів
Структурні схеми радіопередавачів, їхні конструкції та принципові схеми значною мірою визначаються основними технічними показниками: призначенням і місцем експлуатації; потужністю сигналу в антені
Радіоприймачів
Усі радіоприймачі можна поділити на дві великі групи: побутові та професійні. Перші призначені для приймання програм радіомовлення і телебачення. Ними користується нас
Особливості побудови деяких елементів радіоприймачів
Ці особливості пов'язані з широкодіапазонністю радіоприймачів як за частотою, так i за динамічністю сигналів на вході. Висока якість приймання потребує в цих умовах зберіганн
Принципи телебачення
Сукупністъ оптичних, електронних i радіотехнічних пристроїв, за допомогою яких зображення перетворюєься на електричні сигнали, після чого вони передаються на відстань, синтезуються
Структурні схеми монохромних телевізорів
За принципом дії телевізійні приймачі можуть бути прямого підсилення i супергетеродинні. Вони можуть бути побудовані за дво- або одноканальною схемою. Із збільшенням кількості телев
Принципи радіолокації
Радіолокація — це галузь радіоелектроніки, за допомогою якої при використанні електромагнітного випромінювання виявляють, визначають місцеположення у просторі, напрямок i швидкістъ руху (
Радіолокація неперервним сигналом
Найперші РЛС були саме доплерівськими станціями неперервного випромінювання. Спрощену структурну схему такої станції показано на рис. 10.2. Станція складається з генератора високоча
Радіолокація імпульсним сигналом
На рис. 10.4 зображено спрощену структурну схему імпульсної РЛС. Її роботою керує генератор синхроімпульсів ГСІ. Від його дуже коротких імпульсів у вcix блоках РЛС починається відлі
Конструктивні особливості окремих елементів РЛС
Виявлення та визначення координат i параметрів руху об'єктів у просторі за допомогою електромагнітних хвиль — досить складна суперечлива технічна проблема, однією з основних умов ус
Оброблення цифрової інформації
Електронні обчислювальні машини (комп'ютери) — це засоби перетворення інформації, які є програмованими автоматами.
Існують машини для оброблення інформації в аналоговій формі та
Апаратні засоби ЕОМ
Будь-яка ЕОМ складається з електронних операційних пристроїв, що виконують операції, задані програмою, і генерують, транспортують та перетворюють електричні імпульси, якими позначен
Комп’ютерні мережі
З'єднання кількох комп’ютерів у систему значно розширює можливості користувачів. Для організації комп’ютерної мережі в кожному комп’ютері встановлюється спеціальна плата — мережний адаптер. У мереж
Основні типи комп’ютерів
Практично всі типи ЕОМ побудовано за принципами і схемою, розглянутими вище. Проте залежно від конкретних сфер застосування вони різняться кількісними характеристиками, структурою а
Основні операційні елементи обчислювальної техніки
Як зазначено при розгляді апаратних засобів обчислювальних систем, оброблення цифрової інформації полягає у виконанні елементарних операцій з електричними імпульсами, що відтворюють
Питания радіоелектроніки в курсі фізики i спецкурсах
Вивченню питань радіоелектроніки в структурі базового курсу фізики приділяється значна увага. В шести великих розділах завершального ступеня навчання i майже десяти лабораторних роб
Радіоелектроніка у кабінеті фізики i засобах навчання
Кабінет фізики сучасної загальноосвітньої школи досить насичений радіоелектронною апаратурою та обладнанням. Його можна поділити на такі основні групи: навчальні моделі для вивчення
Радіоелектроніка в позакласній роботі
Через те, що радіоелектроніка оточує нас у повсякденному житті, завдяки багатьом своїм загадковим явищам та ефектам i різноманітності застосування вона викликае жвавий інтерес навит
Елементи радіоелектроніки в технічній творчості школярів
Однією з найбільш гнучких та ефективних форм опанування теоретичних знань радіоелектроніки i набуття практичних навичок школярами є фізико-технічний гурток або факультатив, що пєедн
ТА РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1.Алгинин Б. Е. Кружок электронной автоматики.— М.: Просвещение, 1990. —192 с.
2.Бобровников Л. 3. Радиотехника и электроника. — М.: Недра,
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
X2;
; 
;
.
Новости и инфо для студентов