Методическое пособие Электронные ключи (842027)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТимени Н.Э. БАУМАНАМетодическое пособие«ЭЛЕКТРОННЫЕКЛЮЧИ»МГТУ имени Н.Э. БауманаМОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТимени Н.Э. БАУМАНАМетодическое пособие«ЭЛЕКТРОННЫЕМоскваКЛЮЧИ»2006УДК 681.3.06(075.8)ББК 32.973-018И201Курс лекций «Электроника и микроэлектроника» / Коллектив авторов – К. Т. ГевондянC . Р . Иванов В.
В. Радюкевич.М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. – 91 с.: ил.В курсе лекций рассмотрены основные этапы курса «Электроника имикроэлектроника».Ил. 39. Табл. 5. Библиогр. 7 назв.УДК 681.3.06(075.8)© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012ВВЕДЕНИЕПри построении современных систем логических элементов видное место занимают ТТЛ(транзисторно-транзисторная логика) и ЭСЛ (эмиттерно-связанная логика) ключи. Дляправильного применения ключей и изучения их свойств необходимо познакомиться ссовокупностью их электрических параметров и характеристик. Обычно ключи типа ТТЛ иЭСЛ имеют несколько входов, что позволяет реализовать за счет этого различныелогические функции. В частности, для положительной логики ( когда логической единицесоответствует высокий уровень напряжения, а логическому нулю - низкий), которуюбудем рассматривать в дальнейшем, на ТТЛ-ключах можно реализовать логическуюфункцию m И-НЕ, а на ЭСЛ-ключах с парафазным выходом – логические функцииm ИЛИ-НЕ / m ИЛИ, где m – количество входов ключа.К числу основных характеристик ключей относятся:передаточная – зависимостьнапряжения на выходе схемы от напряжения на входе Uвых=f1(Uвх);входная – зависимость входного тока ключа от входного напряжения Iвх=f2(Uвх);выходная – зависимость выходного напряжения от нагрузочного тока Uвых=f3(Iвых)(обычно снимают две выходные характеристики, соответствующие единичному инулевому состояниям ключа);переходная (амплитудно-временная) – зависимость выходного напряжения ключа отвремени при подаче на вход(ы) заданных сигналов Uвых=f4(t).Определенная обработка перечисленных характеристик позволяет найти ряд основныхпараметров ключей.Ниже рассматриваются методики получения основных характеристик ключей и ихпоследующая обработка для отыскания основных параметров исследуемых ключей.Рис.1 Схема снятия передаточной характеристики ключадинамическим способомНа рис.
1 показано получение передаточной характеристики динамическим способом. Дляэтого на один из входов исследуемого ключа подается пилообразное напряжение, а всеостальные входы объединяются и присоединяются к источнику питания напряжения суровнем, соответствующим логической единице (логическому нулю).
Выход ключанагружается на один или несколько входов аналогичных ключей. Далее на экранеосциллографа (при внешней синхронизации) наблюдаютсявходное пилообразное напряжение и изменениевыходного напряжения (рис. 2).Рис.2 Осциллограммы сигналов на входе и выходе ключапри снятии передаточной характеристики динамическимспособомПоскольку Uвх линейно зависти от времени t, а Uвых также является функцией времени, толегко установить связь между выходным и входным напряжением, т.е. получитпередаточную характеристику ключа. Для этого по наклону пологого участка “пилы”прогнозируется точка пересечения этой ветви с осью времени, и в эту точку переноситсяначало координат графиков: Uвх = 1(t) иUвых = 2(t).
Так как Uвх=kt, то на второй осциллограмме Uвых = 2(t) переменная tоднозначно отображает переменную Uвх, что и требуется.В зависимости от типа ключа его передаточная характеристика может иметь вид,Рис.3 Передаточная характеристика ключаинвертирующего типаРис.3 Передаточная характеристика ключанеинвертирующего типаизображенный на рис. 3 (инвертирующий ключ) и на рис. 4 (не инвертирующий ключ).Последовательность обработки передаточных характеристик обоих типов одинакова исводится к следующим действиям.На передаточной характеристике намечаются точки А и В, в которых касательные кграфику идут под углом 45, т.е.
где dUвых/dUвх = 1 и эти точки проектируются сиспользованием нанесенной на график линии равного усиления Uвых=Uвх на оси абсцисси ординат(рис.3 и 4).В результате выполнения операции будут определены:U¹ и Uº - соответственно напряжения логической единицы и логического нуля, т. е.значения высокого и низкого уровней напряжения. Эти напряжения могут быть отнесеныко входной или выходной цепям ключа и поэтому получают соответствующиедополнительные индексы в обозначении (U¹вх , Uºвх , U¹вых , Uºвых);U¹пор и Uºпор – пороговые напряжения логической единицы и логического нуля, т.е.наименьшее (наибльшее) значение высокого (низкого) напряжения на входе ключа, прикотором он начинает изменять свое состояние.
На рис. 3 и 4смена состояния ключапроисходит на участке между точками А и В.Найденные уровни напряжения позволяют оценить логический перепад∆Uвых = U¹вых-Uºвых, положительную ∆U⁺n=Uºвх.пор-Uºвх и отрицательную ∆U⁻n=U¹вх-U¹вх.порстатические помехи, а также статическую помехоустойчивость ключа Un.ст как меньшуюиз двух получаемых величин ∆U⁺n и ∆U⁻n. Здесь Un.ст определяется на входе схемы какмаксимально допустимое отклонение напряжения, при котором ещё не происходитизменения уровней выходного напряжения ключа.Легко показать, что ключи, у которых нет петли гистерезиса на передаточнойхарактеристике, могут иметь статическую помехоустойчивость не более половинылогического перепада. Поэтому по степени отклонения от единицы отношениястатической помехоустойчивости к половине логического перепада можно судить окачестве спроектированной схемы.При снятии входной характеристики на один из входов подают изменяющеесянапряжение в пределах 0…Еn и наблюдают в его цепи ток.
При этом все остальные входыобъединяют и присоединяют к источнику с уровнем напряжения, соответствующимлогической единице(нулю). Выходная цепь исследуемого элемента при этом остается ненагруженной (рис. 5 и6)Пользуясь входной характеристикой схемы, можно отыскать такие параметры ключа, какI¹вх и Iºвх - входные токи логической единицы и нуля, т. е. токи во входной цепи ключа приподаче на его вход напряжения логической единицы U¹вх и нуля Uºвх.
Примерный видвходных характеристик ТТЛ- и ЭСЛ-ключей и способ оценки параметров I¹вх и Iºвхприводятся на рис. 7 и 8.При снятии выходной характеристики ключа (рис. 9-12) в его входной цепи создаюткомбинацию входных сигналов, переводящую исследуемый ключ в состояниелогического нуля или логической единицы.
Выходную цепь ключа присоединяют кисточнику тока и, изменяя нагрузочный ток, регистрируют изменения выходногонапряжения. Схемы получения выходных характеристик ключей показаны на рис. 9 и 10для ТТЛ-ключей и рис.11 и 12 для ЭСЛ-ключей.Рис.5 Схема снятия входнойхарактеристики ТТЛключаРис.6 Схема снятия входнойхарактеристики ЭСЛключаРис.7 Типичный вид входнойхарактеристики ТТЛ-ключаРис.8 Типичный вид входнойхарактеристики ЭСЛ-ключаРис.9 Схема снятия выходнойхарактеристики ТТЛ-ключав состоянии логического нуляРис.11 Схема снятия выходнойхарактеристики ЭСЛ-ключа всостоянии логической единицыРис.10 Схема снятия выходнойхарактеристики ТТЛ-ключав состоянии логической единицыРис.12 Схема снятия выходнойхарактеристики ЭСЛ-ключа всостоянии логического нуляПолученные характеристики используются для оценкиI¹вых и Iºвых – выходных токов логической единицы и логического нуля.
Это токи ввыходной цепи ключа, которым соответствует на выходе ключа напряжение логическойединицы и логического нуля. Примерный вид выходных характеристик ТТЛ- и ЭСЛключей показан на рис. 13 и 14.Рис.13 Типичный вид выходныххарактеристик ТТЛ-ключапри различных логическихсостояниях на выходеРис.14 Типичный вид выходныххарактеристик ЭСЛ-ключапри различных логическихсостояниях на выходеНайденные параметры ключа I¹вх , Iºвх, I¹вых и Iºвых используются затем для оценкикоэффициента разветвления по выходу Краз.
Этот параметр определяет число единичныхнагрузок – аналогичных ключей, которое можно одновременно подключить к выходуключа; Краз есть меньший из двух коэффициентов разветвления111 000КII,КII.развыхвхразвыхвх10Важно знать, какую мощность потребляет исследуемая схема. Различаются Pпот и Pпот соответственно потребляемые схемой мощности в состоянии логической единицы илогического нуля. Они оцениваются через измеряемые в цепях источников питания токи10(рис. 15) в соответствующих состояния ключа I пот.i и I пот.i напряжения источниковпитания Ei :ккi1i11100PIEPIEпотпот.ii,потпот.iiЗдесь К – количество источников питания в схеме ключа.Рис.15 Схема оценки потребляемого ключом токаот источника питанияВ качестве параметра ключа используется также и средняя потребляемая мощность от100.5(РР)пот.српотпотисточников питания P.
Динамические свойства ключа (егобыстродействие) оцениваются обычно по переходной (амплитудно-временной)характеристике. Для этого (рис. 16) на один вход схемы подают импульсный сигнал (приполучении переходной характеристики – это идеальный прямоугольный импульс), вседругие входы объединяют и подают на них уровень напряжения, который отключает эти(для ТТЛ-ключа высокий уровень напряжения, а для ЭСЛ-ключа - низкий). На выходсхемы присоединяется нагрузка в соответствии с найденным Краз.
На экранеосциллографа, работающего в режиме внешней синхронизации, наблюдают входной ивыходной сигналы ключа. Используемые для оценки быстродействия ключа параметры иметодика их получения отображены на рис. 17.Рис.16 Схема оценки временныхпараметров ключаОднако подчас затруднительно поставить этот эксперимент (особенно при высокомбыстродействии элемента). Тогда прибегают к упрощенной оценке быстродействияисследуемого ключа, используя при этом параметр tзд.р.ср – среднее время задержкираспространения сигнала; как интервал времени оно равно полусумме задержкираспространения сигнала при выключении tº΄¹зд.р и включении t¹´ºзд.р ключа.Для оценки tзд.р.ср. собирают цепочку из нечетного числа исследуемых инвертирующихсхем и закольцовывают её (рис. 18).В цепи начинают циркулировать перепады напряжения, период следования которыхопределяется общей задержкой цепи для положительного и отрицательного перепадовнапряжения.
Присоединяя осциллограф к выходу любого из закольцованных ключей иоценивая период колебаний в цепи Т , вычисляют среднюю задержку распространениясигнала для одного элемента tзд.р.ср.=0.5Т/n, где n – число элементов (ключей) в кольце.Рис.18 Схема оценки средней задержки распространениясигнала в ключеР а б о т а № 5. ТРАНЗИСТОРНО-ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧЦель работы – получение и исследование основных электрических характеристик ипараметров транзисторно-транзисторного ключа.Обычно во входной цепи таких ключей применяются многоэмиттерные транзисторы, чтопозволяет иметь у микросхемы несколько равноценных входов (до восьми) и реализоватьна её основе логическую функцию И-НЕ.
Закон функционирования элемента с двумявходами х1 , х2 и одним инверсным выходом y отображается уравнением y = x1 x 2 .По этой причине рассматриваемые ключи называются транзисторно-транзисторнымилогическими элементами (ТТЛ-элементами). В свою очередь, более сложные логическиеэлементы серии строятся на основе простейших ТТЛ-ключей.На рис. 19 показана принципиальная схема ТТЛ-ключа с двумя входами. Логическаяоперация И реализуется с помощью двухэмиттерного транзистора VT1 и резистора R1, аоперация НЕ – на оставшихся транзисторах VT2-VT5, диоде VD1 и резисторах R2…R5, накоторых построен сложный инвертор.Рассмотрим особенности работы такого ключа.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
