ÌÈÍÈÑÒÅÐÑÒÂÎ ÎÁÐÀÇÎÂÀÍÈß È ÍÀÓÊÈ ÐÅÑÏÓÁËÈÊÈ ÊÀÇÀÕÑÒÀÍ
Íåêîììåð÷åñêîå àêöèîíåðíîå îáùåñòâî
«Àëìàòèíñêèé èíñòèòóò ýíåðãåòèêè è ñâÿçè»
Ò.Ì.Æîëøàðàåâà
Ñõåìîòåõíèêà àíàëîãîâûõ óñòðîéñòâ
Èíâåðòèðóþùèé ñóììàòîð (ñì. ðèñóíîê 1.17)
Èç ðèñóíêà 1.17 ñëåäóåò, ÷òî , òàê êàê , Åñëè , òî
.
Èíòåãðàòîð èíâåðòèðóþùèé (ñì. ðèñóíîê 1.18)
Èç óñëîâèÿ (1.1) ñëåäóåò, ÷òî . Òîê ÷åðåç êîíäåíñàòîð ðàâåí
, âõîäíîé òîê .
Òàê êàê âûïîëíÿåòñÿ óñëîâèå (1.1), è . Ñëåäîâàòåëüíî,
;
.
Îòñþäà, ïðîèíòåãðèðîâàâ, ïîëó÷èì
.
ëèíåéíî çàâèñèò îò , ò.å. ñõåìà èíòåãðàòîðà ÿâëÿåòñÿ ïðîñòåéøåé ñõåìîé ãåíåðàòîðà ëèíåéíî èçìåíÿþùåãîñÿ íàïðÿæåíèÿ.
Äèôôåðåíöèàòîð èíâåðòèðóþùèé (ñì. ðèñóíîê 1.19)
Òîê ÷åðåç Rîñ ðàâåí ,
òîê ÷åðåç åìêîñòü Ñ ðàâåí .
Òàê êàê âõîäíîé òîê ðàâåí íóëþ, òî è .
Îòñþäà .
1.3.6.4 Ëîãàðèôìèðóþùèé óñèëèòåëü (ñì. ðèñóíîê 1.20).
Çäåñü
ãäå , .
Ñëåäîâàòåëüíî, .
Ïðîëîãàðèôìèðîâàâ, ïîëó÷àåì
1.3.7 Íåëèíåéíûé ðåæèì ðàáîòû ÎÓ
Åñëè (ñì. ðèñóíîê 1.21), òî ÎÓ ðàáîòàåò â ëèíåéíîì ðåæèìå,
ïðè – â íåëèíåéíîì êëþ÷åâîì èëè èìïóëüñíîì ðåæèìå.
Ïðè ïîäà÷å íàïðÿæåíèÿ íà îäèí èç âõîäîâ ÎÓ ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïî âòîðîìó âõîäó ñìåùàåòñÿ íà ýòî æå çíà÷åíèå. Íàïðèìåð, íà íåèíâåðòèðóþùèé âõîä ÎÓ (ñì. ðèñóíîê 1.22) ïîäàíî íàïðÿæåíèå Uîï, òîãäà õàðàêòåðèñòèêà ïî èíâåðòèðóþùåìó âõîäó (êðèâàÿ 1) ñìåñòèòñÿ íà çíà÷åíèå Uîï âïðàâî (êðèâàÿ 2).
1.3.8 Êîìïàðàòîð àíàëîãîâûé
Êîìïàðàòîð àíàëîãîâûé (ñì. ðèñóíîê 1.23,à) ïðèìåíÿåòñÿ äëÿ ñðàâíåíèÿ àíàëîãîâîãî ñèãíàëà ñ îïîðíûì íàïðÿæåíèåì.
Íà ðèñóíêå 1.23,à íà íåèíâåðòèðóþùèé âõîä ïîäàíî îïîðíîå íàïðÿæåíèå Uîï, íà èíâåðòèðóþùèé âõîä ‑ àíàëîãîâûé ñèãíàë Uâõ.
Ïðè ýòîì âûïîëíÿþòñÿ óñëîâèÿ (ñì. ðèñóíîê 1.23,á – ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ÎÓ):
åñëè: Uâõ< Uîï, òî ,
åñëè:Uâõ> Uîï, òî .
Ïðè ðàâåíñòâå Uâõ = Uîï, Uâûõ= 0. Òàê êàê êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ÎÓ ñîòíè òûñÿ÷, òî âûõîä êîìïàðàòîðà ïåðåêëþ÷àåòñÿ íà ïðîòèâîïîëîæíîå çíà÷åíèå.
Íà ðèñóíêå 1.24 ïðèâåäåíû âðåìåííûå äèàãðàììû âõîäíûõ è âûõîäíîãî íàïðÿæåíèé êîìïà-ðàòîðà, êîòîðûå èëëþñòðèðóþò åãî ðàáîòó.
1.3.9 Òðèããåð Øìèäòà
Òðèããåð Øìèäòà èìååò äâà ñîñòîÿíèÿ óñòîé÷èâîãî ðàâíîâåñèÿ è ïðåîáðàçóåò àíàëîãîâûé ñèãíàë â èìïóëüñíûé.
Íà ðèñóíêå 1.25,à ïðèâåäåíà ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà òðèããåðà, íà ðèñóíêå 1.25,á – åãî ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà.
Ðåçèñòîðû è ñîçäàþò ïîëîæèòåëüíóþ îáðàòíóþ ñâÿçü, êîòîðàÿ îáåñïå÷èâàåò ëàâèíîîáðàçíîå ïåðåêëþ÷åíèå âûõîäà òðèããåðà èç ïîëîæèòåëüíîãî â îòðèöàòåëüíîå è íàîáîðîò. Ïîðîãîâûå íàïðÿæåíèÿ (ñì. ðèñóíîê 1.25,á), ïðè êîòîðûõ ïðîèñõîäèò ïåðåêëþ÷åíèå òðèããåðà, îïðåäåëÿþòñÿ êàê:
Èç ðèñóíêà 1.26 âèäíî, ÷òî ïðè Uâõ = 0, íà âûõîäå , òàê êàê íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå Uâõ+ Uîï>0. Êîãäà Uâõ âîçðàñòåò äî , ðàâíîå ñìåùåíèþ Uâõ+ òðèããåð ïåðåêëþ÷àåòñÿ â . Çà ñ÷åò ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè , òåïåðü ñìåùåíèå íà Uâõ+ ñòàíåò ðàâíûì . Êîãäà Uâõ óìåíüøèòñÿ äî , ïðîèçîéäåò îáðàòíîå ïåðåêëþ÷åíèå òðèããåðà â è ò.ä.
Òàê êàê ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå ìåíÿåòñÿ îò îäíîãî çíà÷åíèÿ ê äðóãîìó ñêà÷êîì, òðèããåð ÿâëÿåòñÿ óïðàâëÿåìûì êîìïàðàòîðîì,
Ñõåìîòåõíèêà öèôðîâûõ óñòðîéñòâ
Îñíîâíûå ëîãè÷åñêèå îïåðàöèè è ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû
Ëîãè÷åñêèå ôóíêöèè ‑ ôóíêöèè, êîòîðûå ïðèíèìàþò äâà çíà÷åíèÿ:
F=0, åñëè ñîîáùåíèå ëîæíîå,
F=1, åñëè ñîîáùåíèå èñòèííîå.
Ëîãè÷åñêèå îïåðàöèè îïèñûâàþò ñâÿçü ìåæäó ëîãè÷åñêèìè ôóíêöèÿìè.
Ýëåêòðè÷åñêèå ñõåìû, ðåàëèçóþùèå ýëåìåíòàðíûå ëîãè÷åñêèå îïåðàöèè, íàçûâàþòñÿ ëîãè÷åñêèìè ýëåìåíòàìè (ËÝ).
Ñóùåñòâóþò 3 ïðîñòåéøèå ëîãè÷åñêèå îïåðàöèè ÍÅ, ÈËÈ, È:
à) îïåðàöèÿ ÍÅ - ëîãè÷åñêîå îòðèöàíèå, èíâåðñèÿ.
(F ðàâíî íå À)
ËÝ, âûïîëíÿþùèé îïåðàöèþ ÍÅ, íàçûâàåòñÿ èíâåðòîðîì (ñì. ðèñóíîê 2.1).
á) îïåðàöèÿ ÈËÈ ‑ ëîãè÷åñêîå ñëîæåíèå, äèçúþíêöèÿ.
F=ÀÚÂ, ëèáî F=À+Â (F åñòü À èëè Â).
ËÝ, âûïîëíÿþùèé îïåðàöèþ ÈËÈ, íàçûâàåòñÿ ñáîðêîé èëè äèçúþíêòîðîì (ñì. ðèñóíîê2.2).
â) îïåðàöèÿ “È”- ëîãè÷åñêîå óìíîæåíèå èëè êîíúþíêöèÿ.
F=A B (F åñòü À è Â);
F=AÙB.
Ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò, âûïîëíÿþùèé îïåðàöèþ È íàçûâàåòñÿ ñõåìîé ñîâïàäåíèÿ, èëè êîíúþíêòîðîì (ñì. ðèñóíîê 2.3).
Ýòîò íàáîð ýëåìåíòîâ È, ÍÅ, ÈËÈ íàçûâàåòñÿ îñíîâíûì áàçèñîì èëè îñíîâíîé ôóíêöèîíàëüíî ïîëíîé ñèñòåìîé ýëåìåíòîâ. Ò.å. ñ ïîìîùüþ òîëüêî ýòèõ ýëåìåíòîâ ìîæíî ñîçäàòü ëþáóþ ëîãè÷åñêóþ ñõåìó.
Áîëåå øèðîêî â ñõåìîòåõíèêå èñïîëüçóþòñÿ ýëåìåíòû äðóãèõ áàçèñîâ ‑ äâóõñòóïåí÷àòûå ÈËÈ-ÍÅ, È-ÍÅ:
à) ñòðåëêà Ïèðñà, èëè îòðèöàíèå äèçúþíêöèè, èëè îïåðàöèÿ ÈËÈ-ÍÅ
À¯Â = .
Óñëîâíîå îáîçíà÷åíèå ïðèâåäåíî íà ðèñóíêå 2.4. Ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò íàçûâàåòñÿ ýëåìåíòîì Ïèðñà.
á) øòðèõ Øåôôåðà, èëè îòðèöàíèå êîíúþíêöèè, èëè îïåðàöèÿ È-ÍÅ
À½Â = .
Óñëîâíîå îáîçíà÷åíèå ïðèâåäåíî íà ðèñóíêå 2.5. Ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò íàçûâàåòñÿ ýëåìåíòîì Øåôôåðà.
Ñ ïîìîùüþ òîëüêî îäíîãî òèïà ìèêðîñõåì ÈËÈ-ÍÅ, ëèáî È-ÍÅ ìîæíî ïîñòðîèòü ëþáóþ ëîãè÷åñêóþ ñõåìó, ò.å. êàæäàÿ èç íèõ ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì áàçèñîì.
Ñàìûì ðàñïðîñòðàíåííûì ÿâëÿåòñÿ ýëåìåíò Øåôôåðà È-ÍÅ.
Òàêæå øèðîêîå ïðèìåíåíèå íàøëè ìíîãîñòóïåí÷àòûå ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû:
à) 2È-ÈËÈ-ÍÅ, âûïîëíÿþùåå îïåðàöèþ . Óñëîâíîå îáîçíà÷åíèå ïðèâåäåíî íà ðèñóíêå 2.6;
á) èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ, èëè ñóììà ïî ìîäóëþ äâà, èëè ôóíêöèÿ íåðàâíîçíà÷íîñòè èìååò âèä
F = Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî F ðàâíî ëèáî A, ëèáî B. Ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ èíîãäà íàçûâàþò ýëåìåíòîì òèïà «÷òî-íèáóäü, íî íå âñå». Ñèìâîë (ïñåâäîïëþñ) îçíà÷àåò, ÷òî âõîäû À è  ñâÿçàíû ëîãè÷åñêîé ôóíêöèåé èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ.
Èç àëãåáðû ëîãèêè èçâåñòíî:
; ; .
Ò à á ë è ö à 2.1
À | Â | À Â |
Òàáëèöà èñòèííîñòè äëÿ ýëåìåíòà èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ ïðèâåäåíà â òàáëèöå 2.1.
Èç òàáëèöû âèäíî, ÷òî, åñëè íà êàêîé-ëèáî èç âõîäîâ (íî íå íà âñå) ïîäàíà ëîãè÷åñêàÿ åäèíèöà, òî íà âûõîäå òàêæå ïîÿâëÿåòñÿ åäèíèöà. Óñëîâíîå îáîçíà÷åíèå ýëåìåíòà íåðàâíîçíà÷íîñòè ïðèâåäåíî íà ðèñóíêå 2.7,à. Ïîñêîëüêó ýòîò ýëåìåíò âûïîëíÿåò îïåðàöèþ ñëîæåíèÿ ïî ìîäóëþ 2, òî åãî îáîçíà÷àþò òàê æå, êàê íà ðèñóíêå 2.7,á;
â) èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ-ÍÅ, èëè ôóíêöèÿ ðàâíîçíà÷íîñòè èìååò âèä
. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî F ðàâíî èíâåðñèè ëèáî A, ëèáî B.
Òàáëèöà èñòèííîñòè äëÿ ýëåìåíòà èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ-ÍÅ ïðèâåäåíà â òàáëèöå 2.2. Óñëîâíîå îáîçíà÷åíèå ýëåìåíòà ïðèâåäåíî íà ðèñóíêå 2.8.
Ò à á ë è ö à 2.2
À | Â | |
Àëãåáðà ëîãèêè ÿâëÿåòñÿ àëãåáðîé ñîñòîÿíèé è ïîçâîëÿåò:
à) îïèñûâàòü ðàáîòó ýëåêòðîííîãî óñòðîéñòâà â âèäå ëîãè÷åñêèõ ôóíêöèé;
á) îò óðàâíåíèé ïåðåõîäèòü ê ýëåêòðîííûì ñõåìàì;
â) ñèíòåçèðîâàòü îïòèìàëüíûå ñõåìû.
Ïîðÿäîê âûïîëíåíèÿ îïåðàöèé: ÍÅ ‑ È – ÈËÈ.
Îïåðàöèè äåëåíèÿ è âû÷èòàíèÿ íå èñïîëüçóþòñÿ, ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ ñêîáêè.
Êðîìå àêñèîì àëãåáðû ëîãèêè äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ ôóíêöèé øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ ôîðìóëû äå Ìîðãàíà
;
.
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
1. Ëà÷èí Â.È., Ñàâåëîâ Í.Ñ. Ýëåêòðîíèêà: Ó÷åá. ïîñîáèå – Ðîñòîâ í/Ä: Ôåíèêñ, 2009. – 704ñ.
2. Îïàä÷èé Þ.Ô., Ãëóäêèí Î.Ï., Ãóðîâ À.È. Àíàëîãîâàÿ è öèôðîâàÿ ýëåêòðîíèêà: Ó÷åáíèê äëÿ âóçîâ. Ïîä ðåä. Î.Ï.Ãëóäêèíà. – Ì.: Ãîðÿ÷àÿ ëèíèÿ‑Òåëåêîì. 2005, – 768ñ.
3. Ñòåïàíåíêî È.Ï. Îñíîâû ìèêðîýëåêòðîíèêè: Ó÷åáíîå ïîñîáèå äëÿ âóçîâ. ‑ 2-å èçä., ïåðåðàá. è äîï. – Ì.: Ëàáîðàòîðèÿ Áàçîâûõ Çíàíèé, 2004. – 488ñ.
4. Ãóñåâ Â. Ã., Ãóñåâ Þ. Ì. Ýëåêòðîíèêà è ìèêðîïðîöåññîðíàÿ òåõíèêà: Ó÷åá.äëÿ âóçîâ – Ì.: Âûñø. øê., 2006, – 800ñ.
5. Òèòöå Ó., Øåíê Ê. Ïîëóïðîâîäíèêîâàÿ ñõåìîòåõíèêà: Ñïðàâî÷íîå ðóêîâîäñòâî – Ì.: Ìèð, 1982. – 512ñ.
6. Ãåðøóíñêèé Á.Ñ. Îñíîâû ýëåêòðîíèêè è ìèêðîýëåêòðîíèêè: Ó÷åáíèê äëÿ âóçîâ – Êèåâ: Âûñùà øêîëà, 1989. – 424ñ.
7. Ïåéòîí À.Äæ, Âîëø.Â. Àíàëîãîâàÿ ýëåêòðîíèêà íà îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëÿõ. – Ì..: Áèíîì, 1994. – 352ñ.
8. Àíàëîãîâûå è öèôðîâûå èíòåãðàëüíûå ìèêðîñõåìû. Ñïðàâî÷íîå ïîñîáèå /Ïîä ðåä. Ñ.Â.ßêóáîâñêîãî. – Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1985. – 432ñ.
9. Ïàâëîâ Â.Í., Íîãèí Â.Í. Ñõåìîòåõíèêà àíàëîãîâûõ ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ. – Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 2005. – 320ñ.
10. Ôîëêåíáåððè Ë. Ïðèìåíåíèå îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé è ëèíåéíûõ ÈÑ. – Ì.: Ìèð, 1985. – 572ñ.
11. Àëåêñåíêî À.Ã. è äð. Ïðèìåíåíèå àíàëîãîâûõ ÈÑ. – Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1985. – 256ñ.
12. Àëåêñåíêî À.Ã. Îñíîâû ìèêðîñõåìîòåõíèêè. ‑3-å èçä. – ÁÈÍÎÌ.Ëàá.çíàíèé, 2004. – 448ñ.
13. Ïðÿíèøíèêîâ Â.À. Ýëåêòðîíèêà: Ïîëíûé êóðñ ëåêöèé. – ÑÏá.: ÊÎÐÎÍÀ ïðèíò, Áèíîì Ïðåññ, 2006. – 416ñ.
14. Æîëøàðàåâà Ò.Ì. Ìèêðîýëåêòðîíèêà. Èíòåãðàëüíûå ìèêðîñõåìû: Ó÷åáíîå ïîñîáèå. Àëìàòû: ÀÈÝÑ, 2007. – 81 ñ.
15. Ò.Ì. Æîëøàðàåâà. Ñõåìîòåõíèêà 1. Êîíñïåêò ëåêöèé äëÿ ñòóäåíòîâ âñåõ ôîðì îáó÷åíèÿ ñïåöèàëüíîñòè 050704 –Âû÷èñëèòåëüíàÿ òåõíèêà è ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå. – Àëìàòû: ÀÈÝÑ, 2008. – 50 ñ.