Проектирование автоматизированнь2х станков и комплексов (830798), страница 30

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 30)

Идентичности каналов операционного усилителя можно добиться,13.2.Электронные компоненты систем автоматического управления149выполняя их на ОДНОМ кристалле. Далее сшналы Ивыхl + и и выхl - поступаютна входы рассмотренного нами ранее дифференциального усилителя, так чтовыходной сигнал схемыИвых =(1 +2 Rz) R (И+ -И_).4R1RзПри этом также должны быть согласованы сопротивленияВсовременных интегральныхR 3 и R4.инструментальных усилителях имеетсявозможность изменять сопротивление резистораRl,присоединяя параллель­но ему внешний резистор и увеличивая коэффициент усиления до необходи­мого уровня.

Такие схемы недороги и там, где требуется усилить разностныйсшнал, практически полностью вытеснили усилители на отдельных каскадах.В настоящее время разработаны и используются специализированныеблоки аналоговой обработки информации различных датчиков. Они выдаютстандартные выходные сшналы, метрологически проверены и часто аттесто­ваны в Российской Федерации и за рубежом. Все большее распространениеполучают и универсальные FРАА-схемы обработки аналоговой информации.Это массивы операционных и инструментальных усилителей, резисторов идругих цепей коррекции сигналов, которые могут программно коммутиро­ваться и настраиваться в процессе работы.

Коммутация осуществляется поле­выми МОП-транзисторами.13.2.3. Типовые элементы для обработки дискретнойинформации.Комбинационные логические схемыЭлементы для обработки дискретной информации образуют две боль­шие группы: комбинационные логические схемы и последовательностныесхемы. У первых выходной сигнал определяется только входным, у вто­рых-входным сигналом и состоянием схемы. Входов и выходов у схемыможет быть несколько.Комбинационные логические схемы-это группа логических вентилей,выполняющих основные логические операции НЕ, И, ИЛИ, исключающееИЛИ и их сочетания над входными сигналами и передающих результат навыход.

Если в них добавить обратные связи от выхода к входу, образуетсяпоследовательностная схема.Интегральная схемотехника получила широкое распространение с появ­лением транзuсторно-транзuсторной логики (ТТЛ) и соответствующей ейтехнологии.Основу(рис.13.14,схемыТТЛсоставляетмногоэмиттерныйтранзисторVTlа). Рассмотрим работу схемы, представив его в виде диодногоэквивалента, т. е. заменив два эмиттерных и коллекторный переходы диодами(рис.13.14, б, в). Если на обоих входах Xl и Х2 сигналы высокого уровня (см.рис.

13.14, 6), эмиттерные переходы закрыты и через коллекторный переход вбазу транзистора VT2 протекает ток 162 . Транзистор VT2 откроется и войдет13. Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексах150+ 5ВRIаРис.а-13.14.XIХ2уооо11111о11овгЭлемент И-НЕ ТТЛ:упрощенная принципиальная схема; бком уровне сигналовXl , Х2-диодный эквивалентна обоих эмиттерах; в -низком уровне сигнала Х1; г -VTIпри высо­диодный эквивалентVT 1 притаблица истинности элементав состояние насыщения. На выходе элемента У появится сигнал низкогоуровня (менее0,6 В, уровень логического «О»).Если хотя бы на одном из входов Х (например,Xlна рис.13.14,в) по­явится сигнал низкого уровня, то через соответствующий эмиттерный пере­ход начнет протекать токIx, (см. рис. 13.14, в).

В связи с падением напряже­Rl потенциал базы понизится, коллекторный переход за­кроется и ток базы / 62 прекратится. В результате транзистор VT2 закроется ина выходе У появится сигнал высокого уровня (уровень логической «1»).В таблице истинности (рис. 13.14, г) приведены значения сигналов на входахXl, Х2 и выходе У. Как видим, получился элемент И-НЕ.ния на резистореРеальная схема элемента ТТЛ сложнее. Если выход ячейки находится всостоянии «О», коллектор транзисторабольшой ток(10VT2способен принять достаточномА и более), тогда как в состоянииздает заметное падение напряжения на резистореR2«1»выходящий ток со­и напряжение на выходеуменьшается.

Для повышения нагрузочной способности в состоянии«1»до­бавляют еще один каскад из двух синфазно работающих транзисторов (одиноткрыт, второй закрыт).Несмотря на упрощения, представленная схема элемента ТТЛ отражаетосновные свойства этой логики:входы не потребляют, а выдают ток;выход в состоянии «О» потребляет ток, нагрузочная способность элементадостаточно высока и выходной каскад находится в состоянии глубокогонасыщения;в состоянии«1»выход выдает ток, причем, нагрузочная способность ни­же, чем в состоянии «О».Схема ТТЛ и технология ее реализации достаточно просты, однако ее то­пология не может быть компактной. Суть в вьщеляемой на элементе мощно­сти, которая слишком велика. Для обеспечения высокого быстродействиятребуются большие токи, чтобы быстро вывести транзисторы из состоянияглубокого насыщения.

Транзисторно-транзисторная логика с диодом Шоттки(ТТЛШ) не позволяет транзисторам входить в состояние глубокого насыще­ния, поскольку их коллекторный переход шунтирован диодом Шоттки. Этот13.2.Электронные компоненты систем автоматического управлениядиод на переходе металл-151низколегированный полупроводник имеет малоепадение напряжения в прямом направлении. При открытии выходных тран­зисторов он не позволяет, чтобы на коллекторе напряжение было ниже базо­вого более чем на0,3В, т. е. ограничивает состояние насыщения. Типовоевремя переключения элементов ТТЛ и ТТЛШ около10 ...

15 нс.МОЛ-логика построена на полевых МОП-транзисторах. Благодаря томучто при работе полевого транзистора используются носители одного типа ирекомбинация зарядов не происходит, быстродействие элементов МОП-логи­ки выше, чем у рассмотренных ранее элементов ТТЛ и ТТЛШ на биполярныхтранзисторах, а рассеивание энергии при переключениях меньше.В зависимости от используемых носителей зарядов различают элементыр-МОП-, п-МОП- и k-МОП-логики. В первых основу составляют МОП­транзисторысканалами р-проводимости,а вовторых-п-проводимости.Элементы k-МОП-логики построены на комплементарных (сходных по пара­метрам, но использующих разные типы носителей) парах транзисторов с р- ип-каналами.Элементы п-МОП-логики используют в производстве больших и сверх­больших интегральных схем (микропроцессоры и микроконтроллеры, схе­мы памяти и т.

п.). Для изготовления комбинационных логических схем внастоящее время применяют k-МОП-логику.Характернойособенностьюэтих+ Иприборовявляется практически нулевое потребление,уесли схема находится в состоянии покоя и непереключается. На рис.13.15показана упро­щенная схема элемента И-НЕфункцио­-нальный аналог приведенной на рис.13.14,аXlХ2схемы. Чтобы перевести выход У в состояниелогического «О» следует открыть оба транзи-Рис. 13.15. Элемент И-НЕстора VТЗ и VT4, для чего необходимо податьk-МОП-логикилогические « 1» ( напряжение более + V/2) наоба входа XI и Х2. При этом оба транзистора VTl и VT2 закроются. Приснятии высокого уровня хотя бы с одного из входов закроется соответству­ющийп-канальныйтранзисториоткроетсякомплементарныйканальный.

Выход перейдет в состояние логическойнем будет близко к напряжению питания«1»,ему р­и напряжение на+ И.Выход k-МОП-логики симметричен относительно питания и представляетсобой комплементарную пару МОП-транзисторов. В состоянии «О» открыт п-,а в состоянии«1» -р-канальный транзистор, поэтому нагрузочная способ­ность этой логики в отличие от ТТЛ и ТТЛШ одинакова в обоих состояниях ивесьма велика.Существуют и другие технологические серии интегральных схем, напри­мер эмиттерно-связаннаялогика,интегрально-инжекционная логика и дру­гие, но для САУ станков и станочных систем используют обычно комбина-15213.Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексахционные логические схемы серий ТТЛШ и k-МОП. Типовые сведения овходных и выходных токах этих серий приведены ниже:Состояние .

...... .. ...................«О»«1»-200 мкА+ 10 . .. 15 мА-(0,4 .. .0,5) мА± 0,1 мкА+20 ... 30 мА± 0,1 мкА-(20 ... 30) мАТТЛШ:вход.................................выход .......... . ................. . ..+20мкАk-МОП:вход.... .. ...... . . .. ...... . ....... ...выход...............................Пр им е чан и е. Знак«+» соответствует втекающему току, «-» -На рис.вьпекающему.l 3. l 6 приведены примеры типовых логических элементов.

Инвер­сию на выводе логического элемента обозначают маленьким кружком. Наячейках И, обозначаемых прямоугольником, символставлять, а символ-0-=В--[>-=С>-~У=Хtttfi=D-=[>-....::h..3--.-Y= X l · Х2уX I Х2Y= X l · Х2уX l Х2XIХ2111ооо11о1l1о13.16.не про­t}-~У= Х \ +Х2уDУ = Х \ (±)Х2XIХ2уоо1оо1оо1о1о1оо111оооооlо1о11ооlобРис.u--ё::rоа«&» допускается«l» на ячейках ИЛИ обязателен.вгlдОтечественные и зарубежные схемотехнические обозначения, ихконтактно-релейные эквиваленты, логические формулы и таблицы истинно­сти типовых комбинационных логических схем (сверху вниз соответствен­но):а-инвертор;6-элемент 2И-НЕ; в -элемент 2НЕ-И; г -элемент 2ИЛИ-НЕ; д-элемент исключающее ИЛИ-НЕЧасто выходы отдельных элементов или вентилей подключают парал­лельно один другому (рис.13.17).При этом, если хотя бы на одном выходеустановлен «О» (выход вентиля открыт), то «О» устанавливается и на общемвыходе.

Такое соединение называют монтажным ИЛИ. Соединив подобнымобразом выходы обычных элементов, получим параллельно включенныеверхние транзисторы выходных каскадов ячеек. Но если на выходе какого­либо элемента будет«1», топри открытом верхнем транзисторе и появлении13.2.Электронные компоненты систем автоматического управления153нуля на выходе другого элемента через два открытых последовательно вклю­ченных транзистора различных элементов начнет протекать чрезмерно боль­шой ток, который выведет открытые выходные транзисторы из строя.

Дляпараллельного подключения выходов существуют вентили с открытым кол­лектором, в которых на выходе существует лишь один транзистор с подклю­ченным к вьmоду элемента коллектором. Вентили с открытым коллекторомобладают в1,5- 2раза меньшим быстродействием, поэтому необоснованно ихприменять не следует.Элементы с трuстабильным выходом (тристабильные элементы) приспо­соблены для подключения к общей шине.

Характеристики

Список файлов книги