Kazarinov 1 (Раздаточный материал)

6Ф2.1 Р24 УДК 621. 396т 6 (675) ПРЕДИСЛОВИЕ Реиензеигпьгг Кафедра импульсной и доц. канд. техн, наук вычислительной техники А. гМ. Бонч-Бруевич (МоЯосковского авиацион- сковский злектротехниченого института скнй институт связи) В, П. Васильева, Ю. П. Гришин, В. Д. Зюбенко, Ю. М. Казаримов, Г. В. Мармузов, Г, И.

Пухальский, В. Се Толстяков Расчет элементов импульсных и цифровых схем радиоР24 технических устройств. Под ред. Ю. М. Казарицова. Учеб. пособие для вузов. М., «Высш. школа», 1976. 350 с, с ил. В пер. Авт.с В. П. Васильева; КУ. П. Гришин, В. Д, Зюбенко [и дрй В книге налагается методика расчета схем, наггболее часто используемых в импульсных и цифровых устроаствач радиотехнических сасгем, методы логического враектнровання цифровых схем на ьснове теории дискретных автоматоа.

Даны примеры расчета импульсных и цифровых схем, выполненных на интеграл' ных алементах, 30401 †0 Р— 127 — 76 001 (О1) — 76 6Ф2.1 гй Иадательство «Высшая школа», МУВ. Настояудим учебным пособием можно пользоваться при проектировании импульсных и цифровых устройств, которые широко применяются в радиотехнических системах различного назначения. В книге излагается методика и приводятся примеры расчета схем только на транзисторах и микросхемах, так как электронные лампы редко применяются в современных импульсных и цифровых устройствах. Книга состоит из двух разделов, так как методы расчета импульсных и цифровых схем различны. В первом разделе, содержащем шесть глав, рассматривается расчет наиболее распространенных импульсных схем.

Авторы предполагают, что читатель знаком с принципом действия и теорией рассчитываемых схем, поэтому в книге не дается подробное объяснение работы схем и вывод расчетных формул. При необходимости эти сведения можно найти в книгах, указанных в списке литературы. Цифровые устройства проектируются на основе теории дискретных автоматов, которая также достаточно полно представлена в литературе. Однако для логического проектирования дискретных автоматов необходимы также инженерные методы их анализа и синтеза. Особую важность инженерные методы логического проектирования приобрели с появлением микросхем, выполняющих определенные операции.

В связи с этим в начале второй части книги приводятся классификация и основные электрические параметры микросхем. Далее рассматриваются методы синтеза комбинационных схем и дискретных устройств с памятью, относящихся к классам асинхронных потенциальных и синхронных автоматов. На основании результатов структурного синтеза автоматов рассмотрено проектирование ряда схем от этапа словесного описания их функционирования до составления принципиальной схемы и выбора микроэлектронной базы. В заключение рассматриваются примеры цифровых устройств автоматических радиосистем. Распределение материала по главам произведено в основном по функциональному принципу и общности расчетных методов.

Использованные методы обеспечивают наиболее простой и доста- точно точный расчет и обычно совпадают с применяемыми в радиотехнической практике. Однако методика расчета некоторых схем разработана заново или сушественно переработана с целью доведения расчетов до конкретных инженерных результатов.

Книга рассчитана на студентов старших курсов радио- факультетов, а также на инженеров и техников, владеющих основами импульсной и вычислительной техники. Гл. 1 написана Ю. М. Казариновым; гл. 2 и 7 — В. П. Васильевой; гл. 3 и 10 — Ю.

П. Грпшнным; гл. 4 и 5 — Г. В. Мармузовым; гл. 6 — В. С. Толстяковым; гл. 8 и 9, а также 11.6 — Г. И. Пухальским; гл. 11 — В. Д. Зюбенко. Общее редактирование книги выполнено Ю. М. Казариновым. Авторы весьма признательны проф. В. Т. Фролкину, доц. А. М. Бонч-Бруевичу и доц. Г. А. Даниловичу за все замечания, сделанные при рецензировании рукописи. Отзывы и пожелания просьба направлять по адресу: Москва, К-5!, Неглинная ул., д.

29г'14, издательство «Высшая школар. Автори РАЗДЕЛ 1 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ НА ТРАНЗИСТОРАХ ГЛАВА ПЕРВАЯ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ 4 1,1, КЛЮЧЕВЫЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ И ТРАНЗИСТОРОВ Статические и динамические параметры полупРоводниковых диодов Для рационального выбора диода, соответствующего задачам рассчитываемой схемы, необходимо знать его основные свойства в статическом и динамическом (переходном) режимах. На рис. 1.1, а и б даны вольт-амперные характеристики импульсных диодов — германиевого Д-18 и кремниевого Д219А, часто используемых в импульсных схемах.

Вольт-амперные характеристики диодов, особенно начальной части, хорошо аппроксимируются зависимостью г т,(е~)тот (1 А) где (Уг — тепловой потенциал, равный 0,26 В при температуре 300 К; 1« — ток при обратном смещении на диоде„в несколько раз превышаюнгем с)г, у — коэффициент, приблизительно равный одному для германиевых и двум — для кремниевых диодов.

Таким образом, прямой ток через диод приблизительно экспоненциально зависит от приложенного напряжения, причем как прямой у,р, так и обратный Т.бр токи увеличиваю|ся с повышением температуры. При расчете схем часто пользуются идеализированными вольтампернымн характеристиками диодов, представляющими линейнокусочную аппроксимацию реальных характеристик. На рис. 1,2, а, б и в показаны три варианта используемых аппроксимаций. Пользуясь первым вариантом, прямой и обратный токи можно записать в виде и — Сго и Тпр= Л н робр=гб+Л— .

(1.2) ор «бр рпр, 11 упр б пгвав ~~дар лгс а,) я, л) "л и) Рнс. 1.3. Эквивалентные схемы диодов лгг 1паг а) Рнс, 1.1. Вольт-амперные характсрнстнкн диодов: а — гсрмаиисвого д-18; б — кремниевого д-219Л РНС. 1кд ГЛППрОКСНМацвя ВОЛЬГ-ВМПЕрНЫХ ХараКтЕрИСтИК дИОдОВ Рнс.

1А, Переходные характеристики диодов Такое представление позволяет в статическом режиме заменить проводящий диод последовательным соединением (рис. 1.3, а) источника напряжения У„н сопротивления )спр, а запертый диод параллельным соединением (рис. 1.3, б) источника тока Уо и со- противления гс',бр. В цифровых устройствах режимы открытого и закрытого диодов, соответствующие логическим 1 и О, известны заранее. В этом случае используется простейшая аппроксимация (рис. 1.3, в и г), при которой открытый диод заменяется источ- ником напряжения У„а запертый — источником тока ! . о. Иногда приходится использовать реальную вольт-амперную характеристику диода, что будет показано на примере последо- вательного диодного ограничителя.

На динамические свойства диода влияют: емкости перехода, зависимость сопротивления от концентрации носителей заряда в области базы и т. д. Различают диффузионную и зарядную емкости перехода. Диффузионная емкость обусловлена изменением заряда неосновных носителей при изменении напряжения на про- водящем диоде. Так как эта емкость включена параллельно малому )с„р, ее влиянием можно пренебречь. На инерционные свойства диода в основном влияет емкость диода Са при обратном смещении, значение которой дано в паспортных данных.

На рис. 1.4, а дана переходная характеристика установления прямого напряжения на диоде при подаче прямоугольного им- пульса тока)а,. Начальный выброс напряжения обусловлен изме- нением сопротивления базы, которое в начале импульса тока максимально, а с увеличением концентрации носителей падает. Процесс установления напряжения характеризуют максимальным начальным значением импульсного напряжения У„р „(или сопротивлением )с„р„,„) и временем установления 1 „, за которое падение напряжения на диоде (или его прямое сопротивление) уменьшаются до 1,2 установившегося значения с/ (или )л' 3 пр.усг Л пр.усг ' начения 1„„и Й„р приводятся в справочниках.

На рис. 1.4, б и з показаны переходные характеристики при че е запирании диода, Первая из них соответствует прекращению ток а ерез диод без подачи обратного смещения. В этом случае на- пряжение сначала резко падает до величины послеинжекционно" й д. с. Вг, а затем происходит медленный спад напряжения, время которого определяется временем жизни неосновных носи- телей заряда в области базы диода и составляет обычно единицы микросекунд.

Второй вариант переходной характеристики имеет место при подаче на открытый диод обратного смещения (/ . В начальной ста обгг со адин процесса рассасывания накопленного в области базы за д ря а э. . с. противление диода сохраняется малым и ток диода определяетс я . д. с. и внутренним сопротивлением Я„источника управляющего напряжения, оставаясь некоторое время рассасывания (1р) при- мерно постоянным у';б У„, Я, С рассасыванием заряда в области базы обратный ток умень- шается до статического значения. Этот процесс характери- зуется временем восстановления обратного сопротивления /„ которое зависит от предшествовавшего прямого тока диода, величины и формы запирающего напряжения. При этом /н отсчитывают до моменга падения обратного тока до величины 1„, в три раза превышающей его статическое значение 1,б,. К характеристикам идеального ключа приближаются характеристики импульсных диодов.

Так, для диода типа Д-18 (см. рис. 11, а) параметры, хаоактеризующие его инерционность, имеют следующие величины: время установления /с,р при /кр — — 50 мА не более 0,08 мкс; время восстановления //.б при 1„, = 50 мА и (/„бр „,„,— — -10 В не более О,! мкс; емкость, диода при (/,бр — — 3 В не более 0,5 пФ. Диод Д-18 имеет достаточно хорошие параметры и часто применяется в импульсных схемах. Иногда в справочниках в качестве параметра диода дается заряд переключения <~„ равный интегралу от обратного тока по времени на интервале восстановления диода /,.

Так как зависимость б~, от прямого тока 1„р близка к линейной, отношение Я,//нр можно использовать в качестве параметра, слабо зависящего от режима диода. Примерами использования диодов в ключевом режиме являются ограничгпели амплитуды и фиксаторы уровня, диодные компараторы и временные селекторы. Прежде чем перейти к пх рассмотрению, остановимся кратко на транзисторных ключах, которые широко применяются в импульсной и цифровой технике. Ключевой режим транзистора Ключевые свойства транзисторов описаны в литературе по цифровой и импульсной технике 12, !9, 38, 44!. Поэтому здесь приводятся лишь необходимые расчетные формулы для схемы ключа с общим эмиттером.