- •Основы электроники
- •2.3 Методические указания 54
- •3.3 Методические указания 76
- •4.3 Методические указания 97
- •5.3 Методические указания 123
- •Предисловие
- •1 Выпрямление
- •1.1 Задание
- •1.2 Теоретическая часть
- •1.2.1 Принцип выпрямления. Однополупериодный выпрямитель
- •1.2.2 Двухполупериодный выпрямитель
- •1.2.3 Спектральное описание выпрямления
- •1.2.4 Сглаживание пульсаций в схемах выпрямителей
- •Контрольные вопросы
- •1.3 Методические указания
- •2 Усилитель на биполярном транзисторе
- •2.1 Задание
- •2.2 Теоретическая часть
- •2.2.1 Механизм усиления
- •2.2.2 Режимы работы и основные параметры усилителей
- •2.2.3 Простейший усилитель на биполярном транзисторе
- •2.2.3.1 Характеристики и режимы работы транзистора с оэ
- •2.2.3.2 Физический анализ простейшей схемы усилителя
- •2.2.3.3 Методы анализа нелинейных резистивных цепей
- •2.2.3.4 Графический метод анализа усилителя
- •2.2.3.5 Графоаналитический метод анализа усилителя
- •2.2.4 Схема типового усилителя на биполярном транзисторе с оэ
- •Контрольные вопросы
- •2.3 Методические указания
- •3 Мультивибратор на транзисторах
- •3.1 Задание
- •3.2 Теоретическая часть
- •3.2.1 Анализ схемы включения транзистора с общим эмиттером
- •3.2.2 Ключи на биполярных транзисторах
- •3.2.3 Мультивибратор на транзисторах
- •3.2.4 Анализ схемы мультивибратора
- •3.2.5 Расчет основных показателей мультивибратора
- •Контрольные вопросы
- •3.3 Методические указания
- •4 Схемы на операционном усилителе
- •4.1 Задание
- •4.2 Теоретическая часть
- •4.2.1 Общие сведения об операционном усилителе
- •4.2.2 Основные параметры операционного усилителя
- •4.2.3 Схемы на операционном усилителе
- •4.2.3.1 Инвертирующая схема включения операционного усилителя
- •4.2.3.2 Инвертирующий усилитель
- •4.2.3.3 Суммирующий усилитель
- •4.2.3.4 Цифроаналоговый преобразователь (цап)
- •4.2.3.5 Аналоговый интегратор
- •4.2.3.6 Аналоговый дифференциатор
- •4.2.3.7 Релаксационный автогенератор
- •Контрольные вопросы
- •4.3 Методические указания
- •5 Элементы цифровой электроники
- •5.1 Задание
- •5.2 Теоретическая часть
- •5.2.1 Аналоговые и цифровые электрические сигналы
- •5.2.2 Взаимное преобразование аналоговых и цифровых сигналов
- •5.2.3 Цифровые (логические) схемы
- •5.2.4 Основы булевой алгебры
- •5.2.4.1 Булевы переменные и основные операции булевой алгебры
- •5.2.4.2 Булевы функции. Анализ и синтез булевых функций
- •5.2.5 Базовые логические элементы
- •5.2.6 Комбинационные и последовательностные логические схемы
- •5.2.6.1 Комбинационные логические схемы
- •5.2.6.2 Синтез комбинационных схем
- •5.2.6.3 Последовательностные логические схемы. Триггеры
- •5.2.6.4 Асинхронный rs-триггер
- •Контрольные вопросы
- •5.3 Методические указания
- •Приложение 1
- •1.1 Общие сведения о полупроводниках
- •1.2 Контактные явления в полупроводниках
- •1.3 Полупроводниковые диоды
- •1.4 Полупроводниковые триоды (транзисторы)
- •Приложение 2 Спектральное представление периодических сигналов
- •Литература
5.2.5 Базовые логические элементы
Схемы, преобразующие цифровой сигнал в соответствии с одной из основных операций булевой алгебры, называются базовыми, элементарными или просто логическими элементами (БЛЭ).
БЛЭ имеют названия по имени той операции, которую они выполняют: элемент И, ИЛИ, НЕ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ. Последние два элемента называются универсальными, так как с их использованием можно выполнить любую из трех основных операций булевой алгебры.
В отечественной литературе БЛЭ изображаются прямоугольником, в верхней части которого указывается символ операции: & (амперсанд) для И, >=1 – для ИЛИ.
Входы БЛЭ показывают с левой стороны прямоугольника, выходы – с правой. Инверсия результата обозначается небольшим кружком у выходной линии.
Сравнение выражений (1) и (2) показывает, что -разрядный цифровой сигнал на входной шине БЛЭ можно описать математически, как булевых переменных. Поэтому на входах элементов указываются булевы переменные , а на выходе – соответствующая элементу булева функция.
Названия и графическое изображение пяти БЛЭ приведены на рис.2.
|
Рис.2. Графическое изображение базовых логических элементов |
Различные БЛЭ выполняются промышленностью в виде интегральных схем.
Принципиальные схемы БЛЭ, выполняющих одну и ту же функцию, различны в зависимости от того, на каких пассивных и активных элементах (резисторах, диодах и транзисторах) они собраны. Однако эти схемы всегда содержат электронные ключи на полупроводниковых диодах и транзисторах.
В связи с используемой элементной базой можно выделить несколько серий базовых логических элементов (логик).
ДТЛ – диодно-транзисторная логика;
ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика на биполярных транзисторах;
МОП-логика, где используются ключевые свойства полевых МОП-транзисторов;
– другие логики.
Логические элементы разных логик отличаются основными параметрами, к которым относятся:
напряжение питания электрических схем;
логические уровни цифрового сигнала (значение напряжений лог.0 и лог.1) и их допустимые изменения, обеспечивающие помехозащищенность схем при передаче цифровой информации;
быстродействие – время задержки между сменой входного и выходного сигналов;
потребляемая мощность.
В
Таблица 5
|
|
(лог.0) |
(лог.1) |
(лог.1) |
(лог.0) |
качестве примера рассмотрим принципиальную схему двухвходового элемента И-НЕ ДТЛ логики, приведенную на рис.3. Схема содержит транзисторный ключ на транзисторе VT, работа которого была рассмотрена в описании «Мультивибратор на транзисторах» и описывается таблицей 5, совпадающей с таблицей истинности базового элемента НЕ (см. пятый столбец таблицы 3).
Напряжение на базе транзистора , переводящее транзисторный ключ в режим замыкания и размыкания, в схеме рис.3 определяется напряжением на параллельном соединении трех участков электрической цепи между точками А и «землей», а именно, .
Каждый из этих участков содержит диод VD1,VD2 или VD3, при этом первые два диода работают в ключевом режиме. Напомним, что при положительном напряжении на диоде ( >0) диодный ключ замкнут, а при – разомкнут (см. «Выпрямление»).
|
Рис.3. Схема двухвходового элемента И-НЕ ДТЛ-логики |
Разряды двоичного цифрового сигнала и поступают в цепи с диодами VD1 и VD2, соответственно, то есть замыкают или размыкают эти диодные ключи.
Рассмотрим работу схемы для четырех возможных комбинаций разрядов входного сигнала и результат оформим в виде таблицы 6.
Если на оба входа схемы приходит низкий уровень напряжения, близкий к нулю, ( и ), то потенциалы точек В1 и В2 схемы близки к нулю и напряжения на обоих диодах положительны. Оба диодных ключа замкнуты, то есть напряжение 0.
В этом случае напряжение на базе транзистора тоже близко к нулю и согласно табл. 5 транзисторный ключ разомкнут, то есть напряжение на выходе схемы близко к напряжению источника питания (первая строка табл. 6).
Таблица 6
|
|
Ключ на VD1 |
Ключ на VD2 |
|
|
Ключ на VT |
|
0 |
0 |
замкнут |
замкнут |
|
|
разомкнут |
|
0 |
1 |
замкнут |
разомкнут |
|
|
разомкнут |
|
1 |
0 |
разомкнут |
замкнут |
|
|
разомкнут |
|
1 |
1 |
разомкнут |
разомкнут |
|
> |
замкнут |
|
Если низкий уровень напряжения приходит только на один из входов схемы ( = 0, = 1, или наоборот), то замыкается один соответствующий диодный ключ. Однако это все равно приводит к короткому замыканию параллельного соединения трех ветвей цепи и опять , а (вторая и третья строки таблицы 6).
Только в одном случае, когда на оба входа схемы приходит высокий уровень напряжения, близкий к Е, ( =1 и =1), потенциалы точек В1 и В2 примерно равны Е, а напряжения на обоих диодах близки к нулю, то есть оба диодные ключи разомкнуты.
В этом случае напряжение на базе транзистора, равное, > , замыкает транзисторный ключ и напряжение на выходе схемы (четвертая строка табл. 6).
Сравнение первого, второго и последнего столбцов таблицы 6 с таблицей истинности двухвходового БЛЭ И-НЕ в табл.3 показывает, что схема выполняет логическую операцию И-НЕ.