Глотов А.Н., Жаркова Н.А. Учебное пособие Типовые узлы цифровых устройств (2013) (Глотов А.Н., Жаркова Н.А. Типовые узлы цифровых устройств (2013))

Московский государственный технический университетим. Н.Э. БауманаФакультет Радиоэлектроники и лазерной техникиКафедра Радиоэлектронные системы и устройстваА.Н. Глотов, Н.А. ЖарковаТИПОВЫЕ УЗЛЫ ЦИФРОВЫХУСТРОЙСТВЭлектронное учебное пособиеУчебное пособие по дисциплине«Цифровые устройства и микропроцессоры»Под редакцией Г.Н.

СоловьеваМосква(С) 2013 МГТУ им. Н.Э. БАУМАНА2УДК 621.374Рецензент: д.т.н., профессор, зав. кафедрой Электроники НИЯУ МИФИ Стенин В.Я.Рецензент: к.т.н., доцент, Масленникова С.И.Н.А. Жаркова, А.Н. ГлотовТиповые узлы цифровых узлов. Электронное учебное пособие. – М.: МГТУимени Н.Э. Баумана, 2013. 68 с.Учебное пособие «Типовые узлы цифровых устройств» предназначено дляизучения материалов курса «Цифровые устройства и микропроцессоры».

Рассмотреныметоды построения и характеристики типовых функциональных устройств цифровой имикропроцессорной техники: ключей, мультивибраторов, триггеров, регистров,счетчиков, шифраторов, дешифраторов, аналого-цифровых и цифро-аналоговыхпреобразователей.Пособие предназначено длясамостоятельногоуглубленногоизучения студентами схемотехники цифровых устройств при подготовке к выполнениюи защите лабораторных работ и сдаче экзамена.Рекомендованоучебно-методическойкомиссиейфакультета«Радиоэлектроники и лазерной техники» МГТУ им. Н.Э. БауманаЭлектронное учебное изданиеЖаркова Надежда АлексеевнаГлотов Александр НиколаевичТИПОВЫЕ УЗЛЫ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ©2013 МГТУ имени Н.Э.

БауманаОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»3ОглавлениеВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................................. 41. ТРАНЗИСТОРНЫЕ КЛЮЧИ ...................................................................................... 51.1. Ключевые схемы на биполярных транзисторах.

.................................................. 51.2. Ключи на полевых транзисторах ............................................................................. 81.3. Методы повышения быстродействия ...................................................................... 92 ТРИГГЕРЫ .........................................................................................................................

142.1. Симметричные триггеры на биполярных транзисторах .................................. 152.2 Несимметричный триггер с эмиттерной связью (триггер Шмитта)................ 192.3. Триггеры на интегральных схемах. ....................................................................... 213 МУЛЬТИВИБРАТОРЫ ................................................................................................... 273.1 Ждущий мультивибратор на биполярных транзисторах ................................... 273.2 Симметричный автоколебательный мультивибратор на биполярныхтранзисторах ......................................................................................................................

323.3 Мультивибратор на логических элементах........................................................... 353.4 Мультивибратор на операционном усилителе ..................................................... 353.5 Мультивибратор на интегральном таймере .........................................................

364. ШИФРАТОРЫ .................................................................................................................. 405. ДЕШИФРАТОРЫ ............................................................................................................. 436. МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ И ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРЫ ................................................ 447. РЕГИСТРЫ ........................................................................................................................ 467.1.

Регистры хранения .................................................................................................... 467.2. Сдвиговые регистры ................................................................................................. 467.3. Реверсивные сдвиговые регистры. ........................................................................ 488.

СЧЕТЧИКИ ....................................................................................................................... 498.1.Двоичные асинхронные счетчики ........................................................................... 518.2. Синхронные двоичные счетчики ........................................................................... 538.3. Декадные счетчики ................................................................................................... 558.4. Реверсивные счетчики .............................................................................................. 569. ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ .....................................................

5810 АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ .................................................... 6010.1 АЦП последовательного действия ........................................................................ 6110.2. АЦП последовательного приближения ............................................................... 6310.3. АЦП параллельного действия...............................................................................

65ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................................... 67СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................................... 69ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»4ВВЕДЕНИЕВданноммикропроцессоры"учебномописаныпособииметодыпокурсупостроения"Цифровыеиустройствахарактеристикииширокоиспользуемых функциональных устройств цифровой и микропроцессорной техники:счетчиков, регистров, шифраторов, дешифраторов, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и др. Учебное пособия способствует лучшему усвоениюматериала курса ЦУ и МП и необходимо для подготовки к выполнению и защителабораторных работ по исследованию типовых цифровых устройств и подготовки кэкзамену. Лабораторные работы выполнены на основе пакета программ моделированияустройств электронной техники Micro-Cap фирмы Spectrum Software и на основефизических лабораторных макетов, разработанных и изготовленных на кафедре РЛ1МГТУ им.

Н.Э. Баумана.Учебное пособие содержит теоретические сведения и методические указаниядля исследования характеристик указанных устройств.ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»51. ТРАНЗИСТОРНЫЕ КЛЮЧИНазначение транзисторных ключей: коммутация тока в цепи нагрузки подвоздействием внешних управляющих сигналов.1.1.

Ключевые схемы на биполярных транзисторах.Транзисторнаяключеваясхемаподобнасхемерезистивного транзисторного усилителя (рисунок 1.1).Однако по выполняемым функциям и режимам работысуществуютотличия.Усилительныйкаскадпредназначен для усиления сигнала с минимальнымиискажениями их формы, и находиться в активномрежиме,которомусоответствуютлинейныехарактеристики транзистора.Рис.1.1При работе в качестве ключа транзистор находится в одном из статических режимов:отсечки (закрыт) или насыщения (открыт и насыщен).

Активный режим имеет местолишь при переходе из одного статического режима в другой. Особенности работыбиполярных транзисторов изложены в [1]. При отсутствии внешнего сигнала ключевойтранзистор находиться в режиме отсечки, при воздействии внешнего управляющегонапряжения на базе транзистора, транзистор переходит в режим насыщения.Рассмотрим обобщеннве характеристики транзистор n-p-n типа рисунок 1.2.IбUкэ=0IкUкэ>0Iб33112Iб=0Iб<0UбэUкэ2 Входные характеристикиВыходные характеристикиРис.1.2.На характеристиках отмечены все три режима работы транзистора: 1- активный,2-отсечки, 3-насыщения.ОглавлениеН.А.

Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»6а) Активный режимАктивному режиму соответствует смещение эмиттерного перехода в прямом, аколлекторного перехода - в обратном направлении. При этом справедливы следующиесоотношения:Uб>0, Uкэ=Eк-IкRк, Iк=Iб+Iк0(1+), Iэ =Iк+Iб, Iк=Iэ+Iк0Iэ, Iб<Iбн, Iк<Iкн,где Iбн, и Iкн - базовый и коллекторный токи насыщения, Iб и Iк – в режиме линейныххарактеристик, Iк0 - тепловой ток коллектора, =/(+1), =/(1-).  и коэффициенты передачи тока эмиттера и базы соответственно в цепь коллекторатранзистора, характеризуют усилительные свойства транзистора.б) Режим отсечки.Оба перехода смещены в обратном направлении.

На входных характеристикахэтому режиму соответствуют обратные ветви (Uбэ<0), на выходных только одна кривая,где Iб<0 .Режим описывается соотношениями: Uбэ<0,Iб=-Iк0,Iк=Iк0,Iэ=0,Uкэ=Eк-Iк0Rк  Eк.Для схемы рис.1 нужно рассчитать напряжение на базе Uбз и проверитьвыполнение первого неравенства Uбз<=0. К базе подключены три источника: ЭДС Uвх,ЭДС Eсм и тока Iк0. При определении соотношения для расчета Uбз пользуютсяправилом: в схемах содержащих несколько генераторов тока и ЭДС, воздействия отних рассматриваются отдельно, при этом не участвующие в расчете источники ЭДСсчитаются короткозамкнутыми, а все источники токов разомкнутыми.Uбз = Iк0(R1 R2)/(R1+R2)+R1 Eсм/(R1+R2)+ E0R2/(R1 + R2)Из этого соотношения видно, что в режиме отсечки создается положительноенапряжение за счет входного источника и тока Iк0, поэтому возникает необходимостьвведения отрицательного смещения –Eсм для надежного запирания ключевой схемы.При Uвх=0 для выполнения условия Uбз <0 должно быть:EсмR1/(R1+R2)+Iк0R1R2/(R1+R2)<0, или R2Iк0<Eсм, т.е.