Главная  Линейные элементы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [ 18 ] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162]

(например, на вход Xi, называемый в этом случае сигнальным) в-, зависимости от того, подан или нет разрешающий сигнал на другой, управляющий вход (например, на Хг).

Схема с т входами Xi, лгг, ..., лгщ и одним выходом у (рис. 2.2в) называется дизъюнктором, иначе схемой сборки (или логической схемой ИЛИ), если она реализует следующую логическую функцию (операцию): сигнал 1 на выходе имеет место, если хотя бы на одном из входов действует сигнал 1; сигнала на выходе нет (т. е. на выходе сигнал 0) только в том случае, если не поданы сигналы ни на один вход.

Работа схемы ИЛИ на два входа Х\, лгг описывается табл. 2.4 информационных значений. Эта таблица определяет функцию y = f{xuXi), которая называется логической функцией ИЛИ или дизъюнкцией (логическим сложением) и записывается в форме

у - Xi + Xz или у = XiV Х2. Анало-Таблица 2.4 гично функция ИЛИ Для т переменных у = XiV XzV ... VXm-

Заметим, что логические схемы И и ИЛИ обладают свойством двойственности, которое заключается в том, что одна и та же схема в зависимости от способа кодирования уровней сигналов через О и 1 может выполнять функции либо схемы И, либо схемы ИЛИ; для доказательства этого положения достаточно сравнить информационные табл. 2.3 и 2.4. Следовательно, если данная схема является схемой И для высоких уровней (т. е. положительных сигналов - положительная логика), то она одновременно может выполнять функции схемы ИЛИ для низких уровней (т. е. отрицательных сигналов - отрицательная логика). Наоборог, схема ИЛИ для положительных сигналов может выполнять роль схемы И для отрицательных сигналов.

Схемы, реализующие функции И, ИЛИ, НЕ, являются основными в том смысле, что при помощи их можно создать ключевую схему, реализующую сколь угодно сложную логическую функцию типа (2.1). Более того, можно показать, что для построения сколь угодно сложных логических цепей достаточно использовать только две схемы из трех основных, а именно: схемы И и НЕ или схемы ИЛИ и НЕ. Каждую пару указанных схем можно объединить и получить универсальный цифровой (логический) элемент, при помощи которого можно построить любую переключательную схему. Эле-. мент И-НЕ на два входа работает в соответствии с переключательной табл. 2.5; как видно, здесь информационное значение выходного сигнала является отрицанием (инверсией) логического

"2



с табл. 2.6; здесь у - ХхУ х. Естественно, что элементы И - НЕ и ИЛИ -НЕ могут иметь не два, а т2 входов (рис. 2.2г,д).

Таблица 2.5

Таблица 2.6

"2

"2

Важными требованиями к ключевым схемам являются:

- малое внутреннее сопротивление во включенном состоянии и возможно большее в выключенном (в идеальном ключе внутреннее сопротивление предполагается равным нулю в замкнутом состоянии и бесконечности - в разомкнутом);

- высокое быстродействие, т. е. высокая скорость перехода ключа из одного состояния в другое; такой переход не может быть мгновенным из-за переходных процессов, обусловленных, в частности, различными паразитными параметрами (емкостями, индуктивностью рассеяния и т. п.);

- высокая стабильность пороговых уровней ключа, т. е. тех уровней управляющего напряжения (или тока), при которых происходит переключение; эти уровни могут изменяться с изменением температуры, в результате старения элементов схемы, из-за нестабильности напряжения источников питания и т. п.;

- высокая помехоустойчивость, определяемая минимальным уровнем входной помехи, при котором происходит переключение

ключа в противоположное состояние.

Наряду с указанными требованиями в различных случаях могут быть выдвинуты дополнительные (например, минимальная потребляемая мощность) и ряд специфических требований. Естественно, что при проектировании ключевых схем сформулированные требования должны быть соответствующим образом удовлетворены.

Заметим, что все упомянутые выше ключевые схемы реализуют логические функции типа 2.1 и их называют логическими схемами; в этих схемах выходной сигнал в фиксированный момент времени (без учета переходных процессов) зависит только от комбинации информационных значений входных сигналов в этот же момент времени (эти схемы еще называют комбинационными).

Другой класс переключательных схем составляют цифровые о.втоматы, которые содержат элементы памяти (линии задержки, триггеры и т. п.); информационное значение выходных сигналов автомата в момент времени t определяется информационными



значениями сигналов, поступивших на его вход в этот момент времени, и внутренним состоянием автомата, т. е. его состоянием в предшествующий момент времени. Для построения упомянутых цифровых (логических) элементов могут быть применены различные приборы: диоды, транзисторы, ферриты, туннельные диоды и т. д.

В настоящей главе рассматриваются лишь принципы построения и расчета простейших ключей и логических схем на полупроводниковых и электровакуумных приборах.

2.2. ДИОДНЫЕ КЛЮЧИ 2.2.1. ДИОДНО-РЕЗИСТОРНЫЕ КЛЮЧИ

Статическая характеристика диода

Для построения диодных ключей используются в основном импульсные полупроводниковые (германиевые или кремниевые)

диоды; примерный вид их статической характеристики приведен на рис. 2.3.

Эта характеристика (для теоретической модели диода, т. е. р-п-пере-хода) приближенно описывается уравнением

где /д, Ыд - соответственно ток через диод и напряжение на диоде (точнее, напряжение на р-«-перехоД£); /до -тепловой ток перехода, зависящий от температуры и свойств материалов, образующих переход; фт =/еТ/о - температурный потенциал (7" -абсолютная температура в Кельвинах, qo - заряд электрона, k - постоянная Больцмаиа); при Р = 300 К фт = 0,026 В.

Обычно прямое напряжение на кремниевом переходе составляет 0,6-0,8 В, при этом Ыд/фт 30 и, естественно, можно считать.


Рис. 2.3

что в активном режиме /„р /доС .

Заметим, что в кремниевых переходах тепловой ток /до весьма мал (теоретически в 10 раз меньше, чем в германиевых); поэтому при малых прямых напряжениях, вплоть до (20-25)фт? « 0,5 -т- 0,6 В, прямой ток диода также весьма мал и практически часто считают, что он равен нулю (в этом смысле говорят о «пятке» характеристики диода). У характеристик германиевых диодов такая «пятка» незначительна.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [ 18 ] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162]

0.0011