- •«Национальный исследовательский
- •I. Основы АнАлоговой электроники
- •1. Задачи, решаемые электронной техникой, и элементы, необходимые для их решения
- •1.1. Электрические сигналы. Временное и спектральное представление
- •1.2. Усиление электрических сигналов
- •1.3. Модуляция сигналов
- •1.3.1. Амплитудная модуляция
- •1.3.2. Импульсно-кодовая модуляция
- •1.3.3. Широтно-импульсная модуляция
- •А б Рис. 1.19. Компаратор: а – схема; б – временные диаграммы при шим1.4. Фильтрация сигналов
- •1.5. Хранение и отображение информации
- •1.6. Преобразование электрической энергии
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты первой главы
- •2. Математический аппарат описания электронных элементов
- •2.1. Описание нелинейных элементов
- •2.2. Линеаризация нелинейных уравнений
- •2.3. Частотный анализ линеаризованных цепей
- •2.4. Временной анализ линеаризованных цепей
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты второй главы
- •3. Полупроводники – основа современной элементной базы электроники
- •3.1. Преимущества полупроводниковых элементов перед электровакуумными
- •3.2. Физические основы электропроводности полупроводников
- •3.3. Электропроводность беспримесного (собственного) полупроводника
- •3.4. Электропроводность примесных полупроводников
- •3.4.1. Донорная примесь
- •3.4.2. Акцепторная примесь
- •3.6. Инерционностьp-n-перехода
- •3.6.1. Зарядная емкостьp-n-перехода
- •3.6.2. Диффузионная емкость
- •3.7. Пробой p-n-перехода
- •3.7.1. Тепловой пробой
- •3.7.2. Электрический пробой
- •3.8. Математическая модельp-n-перехода
- •3.9. Переходметалл – полупроводник
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты третьей главы
- •4. Многопереходные электронные элементы
- •4.1. Полупроводниковые триоды (биполярные транзисторы)
- •4.2. Активный режим работы биполярного транзистора
- •4.3. Статические характеристики биполярного транзистора для активного режима
- •4.4. Инерционность биполярного транзистора
- •4.5. Пробой коллекторного перехода
- •4.7. Нелинейная модель биполярного транзистора
- •4.8. Линеаризованная модель биполярного транзистора
- •4.9. Ключевой режим биполярного транзистора
- •4.10. Полевые транзисторы
- •4.11. Полевые транзисторы с управляющимp-n-переходом
- •4.12. Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •4.13. Ключевой режим работы полевых транзисторов
- •4.14. Тиристоры
- •4.15. Элементы оптоэлектроники
- •4.15.1. Управляемые источники излучения
- •4.15.2. Фотоприемники
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты четвертой главы
- •5. Основы теории электронных усилителей
- •5.1. Общие положения
- •Контрольные вопросы и задания
- •5.2. Обратная связь в усилительных устройствах
- •5.2.1. Влияние обратной связи на коэффициент усиления.
- •5.2.2. Влияние обратной связи на нестабильность усилителя
- •5.2.3. Влияние обратной связи на нелинейные искажения и шумы усилителя
- •5.2.4. Влияние обратной связи на входное и выходное сопротивления усилителя
- •5.2.5. Устойчивость усилителей с обратной связью
- •5.2.6. Коррекция частотных характеристик для обеспечения устойчивости усилителя
- •Контрольные вопросы и задания
- •5.3. Принципы построения усилительных каскадов
- •5.3.1. Цепи задания и стабилизации режима покоя
- •5.3.2. Элементы связи усилительных устройств
- •К Рис. 5.34. Оптическая связь онтрольные вопросы и задания
- •5.4. Операционные усилители
- •5.4.1. Модели оу
- •5.4.2. Масштабирующий инвертирующий усилитель
- •5.4.3. Масштабирующий неинвертирующий усилитель
- •5.4.4. Суммирующий усилитель
- •5.4.5. Вычитающий усилитель
- •5.4.6. Интегрирующий усилитель
- •5.4.7. Нелинейные функциональные преобразователи сигналов
- •Контрольные вопросы и задания
- •5.5. Усилители мощности
- •5.5.1. Линейные усилители мощности
- •5.5.2. Усилители мощности ключевого типа
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты пятой главы
- •6. Автогенераторы
- •Основные результаты шестой главы
- •7. Источники вторичного электропитания электронных устройств
- •7.1. Классическая схема вторичного источника (без преобразования частоты сети)
- •7.2. Функциональные элементы вторичных источников электропитания
- •7.2.1. Преобразователи переменного напряжения
- •7.2.2. Стабилизаторы постоянного напряжения
- •7.3. Вторичные источники с преобразованием частоты сети
- •Vd Схема упр.
- •Vd Схема упр. Ul
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты седьмой главы
- •II. Основы цифровой электроники
- •1. Введение
- •2. Логические функции
- •2.1. Логические функции и способы их представления
- •2.2. Основы алгебры логики
- •2.2.1. Функция не
- •2.2.2. Функция или
- •2.2.3. Функция и
- •2.3. Логические элементы и-не, или-не
- •2.3.1. Элемент и-не (штрих Шеффера)
- •2.3.2. Элемент или-не (стрелка Пирса)
- •2.4. Синтез логических устройств
- •2.5. Выбор системы логических элементов
- •2.6. Минимизация логических функций
- •Контрольные вопросы и задания
- •3. Характеристики и параметры логических элементов, основы схемотехники
- •3.1. Логические уровни, нагрузочная способность
- •3.2. Логические элементы с тремя состояниями
- •3.3. Быстродействие логических элементов
- •3.4. Помехоустойчивость логических элементов
- •3.5. Число входов логических элементов
- •3.6. Специальные типы логических элементов. Логические элементы с открытым коллектором
- •3.6.1. Расширители числа входов
- •3.6.2. Схема согласования уровней
- •3.6.3. Логический элемент с разрешением по входу
- •Контрольные вопросы и задания
- •4. Цифровые устройства комбинационного типа
- •4.1. Преобразователи кодов, шифраторы, дешифраторы
- •4.2. Мультиплексоры
- •4.3. Сумматоры
- •4.4. Цифровые компараторы
- •Контрольные вопросы и задания
- •5. Последовательностные цифровые устройства
- •5.1. Триггеры
- •5.1.5. Триггер Шмитта
- •5.2. Цифровые счетчики импульсов и делители частоты следования
- •5.2.1. Двоичные счетчики
- •5.2.2. Недвоичные счетчики
- •5.3. Регистры
- •Контрольные вопросы и задания
- •6. Генераторы импульСныхСигналов
- •6.1. Автогенераторы прямоугольных импульсов (мультивибраторы)
- •6.2. Ждущий (заторможенный) режим генераторов
- •6.3. Интегральные таймеры
- •6.4. Генераторы линейно изменяющегося напряжения (тока)
- •Контрольные вопросы и задания
- •7. УстройствасОпРяжЕнияцифровых и аналоговых систем
- •7.1. Цифроаналоговые преобразователи
- •7.2. Аналого-цифровые преобразователи
- •7.2.1. Ацп последовательного приближения
- •7.2.2. Ацп параллельного типа
- •7.2.3. Ацп интегрирующего типа
- •Контрольные вопросы и задания
- •8. Введение в микропроцессорную технику
- •8.1. Арифметическо-логические устройства
- •8.2. Полупроводниковые запоминающие устройства
- •8.3. Программируемые логические интегральные матрицы
- •8.4. Интерфейсные устройства
- •Контрольные вопросы и задания
- •Приложение справочные данные интегральных схем
- •Литература
- •Оглавление
3.6.3. Логический элемент с разрешением по входу
В
Рис.
3.16. Обозначение элемента с разрешением
по входу
Контрольные вопросы и задания
1. Какие состояния ЛЭ по выходу вы знаете?
2. Каким параметром определяется быстродействие ЛЭ?
3. Для ЛЭ, приведенных на рис. 3.10, составьте таблицу состояний.
4. Цифровые устройства комбинационного типа
Комбинационными называются логические устройства, значения выходных сигналов которых в любой момент времени определяются входными сигналами в этот же момент времени (с точностью до временной задержки).
Существует большое разнообразие комбинационных цифровых устройств: преобразователи двоичных кодов, цифровые компараторы, сумматоры и перемножители двоичных чисел, коммутаторы цифровых сигналов и т. д. Указанные устройства выпускаются в виде микросхем и сопровождаются подробным описанием работы в виде таблиц истинности и/или временных диаграмм, что позволяет разобраться с правилами их функционирования. Для примера рассмотрим несколько комбинационных устройств.
4.1. Преобразователи кодов, шифраторы, дешифраторы
В цифровых системах используется множество арифметических кодов. Выбор кода влияет на удобство взаимодействия с устройствами ввода-вывода, на простоту выполнения арифметических операций, на аппаратные затраты и надежность. Преобразователи кодов могут быть синтезированы как комбинационные схемы. В устройствах, использующих декадную форму отображения информации (цифровые измерительные приборы, калькуляторы и др.) широко используется двоично-десятичный код 8421 (код образуется путем представления каждой десятичной цифры двоичным кодом).
Рассмотрим синтез преобразователя кода 8421 в код Грея. Функционирование преобразователя представлено таблицей истинности (см. табл. 4.1), которой соответствуют карты Карно (см. рис. 4.1). На картах отмечены избыточные комбинации (Ф), соответствующие десятичным цифрам от 10 до 15. Из карт Карно после доопределения получим выражения для функций выхода преобразователя в СДНФ:
;
;
;
.
Таблица 4.1
Десятичное число |
Код 8421 |
Код Грея | ||||||
|
|
|
|
Y4 |
Y3 |
Y2 |
Y1 | |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
Рис. 4.1. Карты Карно преобразователя кодов
Схема, выполненная на основании этих структурных формул в базисе И-НЕ, приведена на рис. 4.2.
Рис. 4.2. Структурная схема преобразователя кодов
Ш
Таблица 4.2
Входы
Выходы
Y1
Y0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
0
0
1
1
;
,
т. е. для построения такого шифратора требуется два ЛЭ ИЛИ на два входа.
Аналогично строятся шифраторы на большее число разрядов.
Недостаток таких шифраторов – неоднозначность, если возбуждены сразу несколько входов. Чтобы шифратор откликался только на один возбужденный вход, строят приоритетные шифраторы. В них, в случае одновременного возбуждения нескольких входов, выходной код будет соответствовать «старшему» («младшему») номеру из возбужденных входов. На рис. 4.3 приведено обозначение такого шифратора. Приоритетный шифратор имеет дополнительные выводы: Е1– сигнал включения шифратора,Е0– сигнал об отсутствии возбужденных входов,G– сигнал на выходе, свидетельствующий о наличии хотя бы одного возбужденного входа.
Наличие выводовЕ1,Е0, Gпозволяет наращивать разрядность шифраторов.
Дешифратор– преобразователь двоичногоn-разрядного кода в унитарный 2n-разрядный код, т. е. дешифратор имеетnвходов иm = 2nвыходов. Каждому набору входных переменных соответствует возбуждение (появление логической единицы или нуля) на выходе, десятичный номер которого соответствует двоичному коду.
Р
Таблица 4.3 m
Входы
Выходы
x1
x0
Y3
Y2
Y1
Y0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
2
1
0
0
1
0
1
3
1
1
1
0
0
0
;
;
;
.
Из полученных соотношений видно, что для построения дешифратора нужно четыре логических элемента И на два входа и два инвертора. Часто дешифраторы строятся в базисе И-НЕ (см. рис. 4.4). В этом случае выходы будут инверсными, т. е. возбужденному выходу соответствует логический ноль; и чтобы получить прямой выход, надо еще четыре инвертора. Для расширения возможностей дешифратора в интегральных схемах делается еще один вход Е– разрешение. Для его организации берутся элементы И-НЕ на 3 входа – третьи входы объединятся и образуют вход разрешения. В этом случае дешифратор работает, когда на входеЕлогическая единица.
Рис. 4.4. Структура дешифратора
Графическое изображение дешифраторов приведено на рис. 4.5. Если выходы инверсные, то обозначаются кружочками.
Наличие входа разрешения позволяет наращивать разрядность дешифратора. На рис. 4.6 показано, как построить трехразрядный дешифратор, используя двухразрядные.
Рис. 4.6. Наращивание дешифраторов
Для всех наборов входных переменных, где x3 = 0, будет работатьDC2, т. к. на его входЕ2будет приходить единица. Когдаx3=1, соответственно работает дешифраторDC3. Таким образом, получается три входа и восемь выходов. Для расширения числа входов и выходов можно воспользоваться параллельным (прямоугольным) дешифратором, но для этого, кроме дешифраторов, нужны элементы 2И.
Используя дешифраторы и дополнительные логические элементы, можно реализовать практически любую логическую функцию.
Рассмотрим такой пример
.
Таблица истинности для этой функции имеет вид табл. 4.4. Для ее реализации необходим дешифратор 24 и логический элемент ИЛИ на два входа (рис. 4.7). Когдаx1 илиx2равны единице (для набораn = 1 иn = 2), на выходах дешифратора (1 или 2) появляется единица и соответственно выходная функция будет равна 1.
Таблица 4.4
n
x2
x1 F
0
0
0
0
1
0
1 1
2
1
0 1
3
1
1 0
Рис. 4.7. Структурная схема сумматора по модулю 2 на дешифраторе