L_14 (1075850), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Функцию логического сложения охарактеризуем таблицей истинности (табл.2). Графическое обозначение двухвходового логического элемента, выполняющего операцию дизъюнкции, показано на рис.14.7.Таблица 1Х1Х2Y = Х1+ Х 2000011101111Х1Х21YРис.14.7. (операция 2 ИЛИ)Х1Х21YРис.14.8 ((операция 2 ИЛИ-НЕ)В нашем случае (двухвходовой логический элемент) высказываниеX 1 + X 2 истинно, если будет истинно хотя бы одно из высказываний, входящих в её состав.в). Операция логического отрицания (функция инверсии «НЕ»).Эту операцию можно называть операцией инверсии, так как значениевыходной функции противоположно входной переменной. Эту операциюобозначают ( х ), а читается она как «не Х».Функцию логического отрицания охарактеризуем таблицей истинности(табл.3). Графическое обозначение одновходового логического элемента, выполняющего операцию логического отрицания, дано на рис.14.9.
Конъюнкцией, дизъюнкцией, инверсией (отрицанием) можно выразить любые другиеболее сложные операции над высказываниями (см. рис.14.6 и рис.14.8).Таблица 3ХY1001Х&Y=XРис.14.9. (операция НЕ)Операцию логического отрицания проще показать на схеме ключа натранзисторе, включенного по схеме с ОЭ: из трёх схем включения биполярного транзистора лишь схема с ОЭ изменяет фазу входного сигнала на выходе на противоположную (рис.14.10).ЕкТаблица 4RкЕбxVTUвых(U вх =±E б )Y=Х(U вых )1001Рис.14.10Если на входе ключа действует высокий уровень напряжения, то на еговыходе формируется низкий уровень. И, наоборот: на входе низкий уровеньнапряжения сопровождается высоким уровнем на выходе ключа (табл.4).Следовательно, операция «НЕ» означает, что результирующее высказываниебудет истинно, если исходное высказывание ложно (и наоборот).Диапазон напряжений высокого и низкого уровней зависит от типамикросхем.
Например, для ТТЛ элементов уровень логического нуля на входе U0 вх составляет примерно 0,6 … 0,9 В, а уровень U0 вых ≈ 0,4 В. Уровеньлогической единицы на входе U1 вх = 2 В, а на выходе U1 вых ≈ 2,4 В. Высокийуровень на выходе КМОП элемента U1 вых ≈ Е п – (10 …20) мВ, а U0 вых ≈ 0.Напряжение источника питания зависит также от типа микросхем.Электронные схемы, которые выполняют логические операции, называются логическими элементами.
С помощью перечисленных выше логическихэлементов, выполняющих логические функции И, ИЛИ, НЕ, создаются довольно сложные цифровые интегральные схемы, способные выполнить любую сложную логическую операцию. Такие схемы принято называть базовыми. На рис.14.5 … 14.9 показаны одновходовые и двухвходовые логические элементы. Количество входов у логических элементов может быть гораздо больше. В интегральной схемотехнике используются элементы «И-НЕи «ИЛИ-НЕ», причём каждый из этих элементов способен выполнить все виды логических операций.
Например, если запараллелить входы элемента «ИНЕ», схема будет выполнять операцию «НЕ». Современные технологии позволяют получить множество базовых элементов, которые различаются между собой, прежде всего схемотехнической реализацией, напряжением питания, параметрами и т.д.5. Теоретическое обобщение по теме.До настоящего времени довольно широко используется транзисторнотранзисторная логика (ТТЛ) малой и средней степени интеграции.
Однакоблагодаря новым технологиям в области изготовления МОП- и КМОПлогических схем, ТТЛ была основательно потеснена. Современные технологии позволили строить цифровые системы большой (БИС) и сверхбольшой(СБИС) степени интеграции. Лидирующее место принадлежит КМОПлогике, которая даже слегка притормозила развитие довольно переспективных технологий, сомещающих в себе биполярные и МОП-транзисторы(БиКМОП-логика). Такое стремиттельное развитие логических элементов поКМОП-технологии неслучайно, так как у них:• входные цепи не потребляют токов, и только с повышение частоты имощности с этими токами приходиться считаться;• высокая нагрузочная способность при малой потребляемой мощности;• высокое входное сопротивление позволяет использовать их в микросхемах памяти (накопленный заряд используется для хранения информации).МОП-транзисторы не нуждаются в дополнительной изоляции междуэлементами, так как у них канал отделён от затвора диэлектриком. Кроме того, современные технологии позволяют изготавливать «короткоканальные»МОП-транзисторы (с длиной канала 0,06 мк).
По этим причинам степень интеграции микросхем на МОП-транзисторах гораздо выше, чем на биполярных (СБИС на МОП-транзисторах содержат десятки миллионов МОПтранзисторов).6. Автогенераторы6.1. Общие сведенияГенератор ─ это устройство, которое преобразует энергию источникапостоянного напряжения в энергию переменного выходного сигнала заданной формы.В зависимости от формы выходного сигнала различают генераторы двухвидов ─ генераторы синусоидальных сигналов и генераторы несинусоидальных сигналов (генераторы нестандартных сигналов). Независимо от формывыходного сигнала генераторы работают в одном из двух режимов ─ режимавтоколебаний и режим запуска внешними импульсами (ждущий или заторможенный режим).Особенностью режима автоколебаний является то, что колебания в генераторе возникают не под действием внешнего сигнала, а в соответствии сосхемным решением генератора. То есть колебания возникают, как бы, самостоятельно, поэтому такие колебания названы автоколебаниями, а генератор─ автогенератором.
Причиной возникновения таких колебаний являютсяслабые колебания, которые возникают в любой электронной схеме при подключении источника питания. Такого рода колебания называют флуктуаци-ей. Выходное переменное напряжение на выходе формируется практическисразу же после подключения источника питания.На рис.14.11 показана структурная схема автогенератора с положительной обратной связью (ПОС). ЦОС ─ цепь обратной связи.Uвх=UпосUс=0UвхUвыхUпосЦОСРис.14.11.UупрUвыхR1UпосЦОСРис.14.12.Возникшие в схеме флуктуации, усиливаются усилителем и по цепи положительной обратной связи поступают опять на вход, складываясь с сигналом флуктуации. Выходной сигнал при этом будет лавинообразно нарастатьи, таким образом, схема работает в режиме самовозбуждения.
Нарастаниеколебаний на выходе будет происходить до тех пор, пока активный элементне перейдёт в нелинейный режим. В автогенераторе устанавливается стационарный режим ─ режим устойчивых автоколебаний. Автогенераторы обычноприменяются в качестве задающих генераторов.Генераторы с внешним запуском не формируют напряжения на выходе,даже если источник питания подключен (рис.14.12).
И в таком состоянии онимогут находиться сколь угодно долго, а точнее ─ пока на вход не будет поданзапускающий импульс (управляющий импульс U упр ). Ждущие генераторыиспользуются в электронных устройствах, которые преобразуют форму импульсов к требуемому виду.Условия самовозбуждения автогенератораВ лекции № 8 подробно рассматривался вопрос обратных связей ─ отрицательных и положительных. Была выведена формула (8.3), из которойбыло ясно как ведёт себя усилитель при ПОС и ООС. Для удобства дальнейшего анализа приведём эту формулуКос=UКвых=U − (± γ U вых) 1 − (± γ К )вхУвеличение коэффициента усиления происходит, когда эта формула выглядит следующим образомКос=К1−γ К,(14.1)Где γ ─ коэффициент обратной связи, в данном случае ПОС.К ─ коэффициент прямой передачи напряжения с входа на выход (безОС)К=Uвых = K (ω ) jϕ (ω );е kUвх(ω )Uвыхω()K=гдеU (ω ) ─ модуль коэффициента усиления на частоте «ω»;вхϕ = ψ вых (ω ) − ψ вх (ω ) ─ фазовый сдвиг между напряжениями входа иkвыхода усилителя на частоте «ω».Если на входе схемы на рис.14.11 появится даже малый уровень приращения напряжения ∆U вх , то и на выходе будет наблюдаться приращение напряжения ∆U вых .
Учитывая формулу (14.1), получаем∆Uвых= ∆U вхK (ω ) exp j ϕ k (ω )1 − K (ω )γ (ω ) exp j[ϕ k (ω ) + ϕ γ (ω )]Если для какой-то частоты ω n будет выполняться условиеK (ω )γ (ω ) exp j[ϕ k (ω ) + ϕ γ (ω )] = 1,(14.2)то амплитуда выходного сигнала будет стремиться к бесконечности, и этоозначает, что в схеме автогенератора (рис.14.11) установился устойчивыйрежим колебаний с частотой ω n .Условие (14.2) выполняется, еслиϕ (ω n) + ϕ γ (ω n) = 2πk ,(14.3)kГде «k» = 0, 1, 2, … ─ целое число иK (ω )γ (ω n) = 1n(14.4)Условие (14.3) ─ это условие баланса фаз.Условие (14.4) ─ это условие баланса амплитуд.Условия (14.3) и (14.4) являются условиями самовозбуждения генератора. Если эти условия выполняются для какой-то одной частоты, то на выходе схемы устанавливается режим гармонического сигнала.
Если эти же условия выполняются для нескольких частот, то характер напряжения на выходе негармонический.6.3. Генератор на операционном усилителеНа рис.14.11 была показана структурная схема автогенератора, для получения автоколебаний в котором достаточно было выполнить два условия(14.3 и 14.4). Схема представляла собой два четырёхполюсника. Один ─ этоусилитель, второй ─ цепь обратной связи.В качестве усилителя можно использовать операционный усилитель(ОУ). Схема генератора на ОУ показана на рис.14.13.Uвых.максR1Uвых2t20Uвых2UС (+) С1(-)+R2(+) Uвых1(-) +Uпосt0t10 t0t1tt3Uвых1+Uвых.максR3t2t3 t-Uвых.максРис.14.13.Рис.14.14.В схеме генератора действуют две цепи ОС:• цепь положительной ОС, которая обеспечивается делителем напряR3;жения из резисторов R 2 и R 3 с коэффициентом передачи γ пос =R 2 + R3• цепь отрицательной ОС, которая обеспечивается элементами ─ рези1.стором R 1 и конденсатором С 1 с коэффициентом передачи γ оос =R1С1 + 1Рассмотрим процессы, происходящие в схеме автогенератора при условии U вых.макс = │─U вых.макс │.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
