2.1.15 Полупроводниковые ис памяти

Классификация и основные параметры. Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), программируемые и перепрограммируемые ЗУ. Оперативные ЗУ статического и динамического типов.

Литература [3, 6, 8].

Методические указания к темам

Для усиления слабых электрических сигналов в электронных устройст­вах различного назначения широко применяются усилители разных ти­пов, классифицировать усилители можно, например, учитывая следую­щие признаки:

а) количество каскадов (однокаскадные и многокаскадные);

б) вид связи между каскадами (резистивно-ёмкостный, трансформаторный, непосредственно гальванический и др.);

в) вид входных сигналов [апериодический (сигнал синусоидальной формы) и релаксационный (сигнал несинусоидальной формы, в том числе импульсный)];

г) диапазон частот (низкочастотный, высокочастотный, сверхвысокочастотныи, медленно изменяющихся напряжений, узкополосный и ши­рокополосный);

д) назначение (усилители напряжения, тока и мощности);

е) режим работы в соответствующих классах усиления;

ж) тип активных усилительных элементов (транзисторные, ламповые, интегральные, микроминиатюрные и др.).

Для понимания работы сложной многокаскадной схемы усилителя необходимо сначала хорошо изучить назначение и принципы работы отдельных типовых каскадов усиления напряжения и тока, а также однотактных и двухтактных каскадов усиления мощности, уяснив при этом назначение каждой детали в схемах. Следует ясно представлять себе, что усиливаемый электрический сигнал содержит постоянную и переменные гармонические составляющие.

Рекомендуется сначала изучить принцип усиления сигналов типовым усилительным каскадом на транзисторе с активной нагрузкой. Необхо­димо освоить графоаналитический метод анализа работы усилительного каскада, т.е. уметь по семейству статических выходных характеристик, взятых из справочника или каталога, задавшись напряжением источника питания Е_к, сопротивлением коллекторной нагрузки R_K и режимом рабо­ты в классе А, строить нагрузочную линию, определить положение рабо­чей точки на ней, а затем находить пределы и амплитуды переменной составляющей входного сигнала и напряжения на нагрузке. Пользуясь этим графиком, определить и рассчитать все электрические параметры и значения элементов усилительного каскада.

Следует иметь в виду, что динамический режим работы усилительного транзистора с коллекторной (стоковой) нагрузкой определяется в зави­симости от значения постоянного напряжения смещения на базе (затво­ре) транзистора в соответствующем режиме работы.

Для усиления сигнала с минимально допустимыми нелинейными иска­жениями используют режим работы в классе А, который применяется во всех каскадах предварительного усиления и в однотактных каскадах усиления мощности (выходных). При этом к.п.д. каскада не превышает 15-25%.

Режимы работы в классах В и АВ используют в двухтактных каскадах усиления мощности при к.п.д. до 30-60% , при этом двухтактный каскад усилителя мощности, собранный на биполярных транзисторах, работая в режиме класса В без напряжения смещения и при токе покоя Iбо=0, имеет наибольший к.п.д. - до70-80%. Режим работы в классе С имеет высокий к.п.д. и используется в избирательных усилителях и автогене­раторах, в которых включены колебательные контуры и другие частот­но-зависимые элементы, выделяющие лишь основную гармонику из не синусоидального напряжения.

Важно знать схемы и принципы работы однотактных и двухтактных каскадов усиления мощности, понимать, для какой цели применяют вы­ходной трансформатор и по какой формуле определяется его коэффици­ент трансформации с учётом приведённого сопротивления нагрузки к первичной обмотке трансформатора. Следует отметить особенности, достоинства и недостатки бестрансформаторных схем усиления мощно­сти.

В схемах многокаскадных усилителей необходимо знать виды между­каскадных связей, а также уметь осуществлять правильное согласование каскадов между собой, источником сигнала и нагрузкой. Следует нау­читься анализировать частотную характеристику усилителя с учётом влияния на неё элементов схемы при работе в области нижних, средних и верхних частот. При этом нужно учитывать влияние отрицательной об­ратной связи на уменьшение коэффициента усиления и другие качест­венные показатели усилителя.

Нужно разобраться в том, как снимаются частотная и амплитудная ха­рактеристики усилителей, что означает фазовая характеристика, как оп­ределяется общий коэффициент усиления многокаскадного усилителя, коэффициент допустимых частотных и нелинейных искажений, от чего зависит надёжность и экономичность работы усилителей.

При изучении усилителей постоянного тока следует уяснить причины нестабильности уровня выходного напряжения, изменяющегося с тече­нием времени при постоянном уровне входного напряжения (дрейф ну­ля), хорошо понять принципы действия балансных схем УПТ, а также схем УПТ с преобразованием напряжения.

Следует ознакомиться с особенностями усилителей на интегральных микросхемах и, в частности, с интегральными схемами операционных усилителей.

В зависимости от назначения выпрямительные устройства изготавли­ваются на различные значения выпрямленного напряжения и тока, т.е. на различные мощности от долей и единиц ватта до десятков и тысяч кило­ватт. Чем мощнее выпрямитель - тем сложнее его устройство. В зависи­мости от назначения и расчётных параметров выпрямителя следует нау­читься подбирать по справочнику наиболее подходящий тип вентилей, чтобы предварительно рассчитанные параметры (среднее значение вы­прямленного тока, проходящего через каждый вентиль; его максималь­ное значение; максимальное обратное напряжение, приложенное к вен­тилю в непроводящий полупериод; действующее значение выпрямлен­ного тока) были несколько меньше допустимых значений, указанных в справочнике. Необходимо знать назначение и типовые схемы сглаживающих фильтров и стабилизаторов напряжения, уметь определять ко­эффициент пульсаций выпрямленного тока и напряжения на выходе вы­прямителей без фильтра, а также коэффициент сглаживания пульсаций каждым фильтром. Рассмотреть схемы стабилизаторов напряжен я па­раметрического и компенсационного типов, в том числе схему высококачественного стабилизатора напряжения, использующую в цепи отрицательной обратной связи операционный усилитель.

При изучении генераторов гармонических и негармонических колеба­ний следует научиться понимать структуру любого электронного гене­ратора как преобразователя энергии источника питания постоянного то­ка в энергию электрических колебаний необходимой формы, частоты и мощности.

Пояснить принципы действия и описать условия самовозбуждения ав­тогенераторов (баланс фаз и баланс амплитуд).

Следует уяснить области применения различных типов автогенерато­ров в электронных устройствах и различных технологических процессах. При изучении элементов импульсной техники рекомендуется сначала повторить переходные процессы в цепях 1-го и 2-го порядка, обратить особое внимание на построение графиков (графическое решение) токов и напряжений.

В качестве ключей в импульсных устройствах используют неуправ­ляемые (диодные) и управляемые (транзисторные) ключи. При изучении ключей особо следует обратить внимание на схемы с ёмкостной нагруз­кой и на способы повышения быстродействия ключей.

Для более полного понимания особенностей транзисторных ключей необходимо провести сравнительный анализ достоинств и недостатков ключей на биполярных и полевых транзисторах.

Логические элементы являются интегральными схемами для реализации логических функций и широко используются в устройствах цифровой электроники. При изучении различных типов цифровых ИС особо следует обратить внимание на их быстродействие и особенности построения выходных каскадов. Для более глубокого уяснения особен­ностей каждого из типов ИС следует провести их сравнение по основ­ным параметрам.

На простейших логических элементах строятся цифровые устройства, которые делятся на комбинационные и последовательностные (с памя­тью).

К первым относятся мультиплексоры, шифраторы, дешифраторы, преобразователи кодов и т.д. Выходные сигналы таких устройств однозначно определяются входными сигналами, имеющими место в этот мо­мент времени.

Ко вторым относятся триггеры, счётчики, регистры и т.д. Выходные сигналы таких устройств определяются не только сигналами на входах в данный момент времени, но и предысторией его работы (памятью).

Цифровые ИС делятся на асинхронные, в которых изменение выход­ного сигнала происходит одновременно с изменением входного сигнала, и синхронные (тактируемые, стробируемые), в которых изменение вы­ходного сигнала происходит при изменении входного сигнала, но в мо­мент поступления импульса синхронизации.

Работа каждого из видов цифровых ИС характеризуется таблицей со­стояний его входов и выходов и (или) временной диаграммой, отобра­жающей временное соответствие сигналов на входах и выходах.

Критерием достаточности понимания работы цифровых ИС может служить задача 2 контрольного задания 4.

По: проводниковые ИС памяти предназначены для записи, хранения и считывания информации, представленной в цифровом коде. К основ­ным параметрам запоминающих устройств (ЗУ) относятся: информаци­онная ёмкость, время хранения информации, быстродействие и др. Не­обходимо познакомиться с различными типами ЗУ, способами адреса­ции, технологическими особенностями и областью применения каждого из них.