Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Оказывается, для этого входной сигнал должен превышать так называемый порог чувствительности; в противном случае сигналы в цепочке «затухают» и ключи, удаленные от первого, не меняют своего состояния. Напротив, сигнал помехи должен быть меньше порога чувствительности. Для того, чтобы оценить порог чувствительности, рассмотрим предварительно общую методику определения рабочих точек в последовательной цепочке ключей. Задача ставится таким образом: известна рабочая точка и-го ключа; необходимо с помощью передаточной характеристики найти рабочую точку и+1-го ключа. Используются три способа решения этой за- 8.7.
Помехоустойчивость ключей 323 дачи, показанные на рис. 8.22, причем последующие рассуж- дения основаны на очевидном соотношении (8. 59) к)вых и (к зх <л+1)в где п — номер ключа в цепочке. « „ На рис. 8.22, а показан непосредственный способ решения указанной задачи. Пусть задана рабочая точка п. Проектируя ее на ось ординат (стрелка 1), получаем значение 1),„„„. Откладывая это значение по оси абсцисс (стрелка 2), получаем согласно (8.89) значение 1),„<ввп. Наконец, проводя вертикаль из этой абсциссы (стрелка 3), находим рабочую точку (и+1).
Далее процедуРа повторяется. На рис. 8.22, б показан второй, более удобный и наглядный способ решения, основанный на использовании биссектрисы, проведенной из начала координат. Биссектриса является геометрическим местом точек, характеризуемых равенством (),„„()м. Значит, проектируя тачку и на биссектрису (стрелка 1), получаем точку и', абсцисса которой есть (1 <„ „г Проводя из точки и' вертикаль до пересечения с передаточной характеристикой (стрелка 2), получаем точку (и+1). Именно этот способ будет использоваться в дальнейшем.
На рис. 8.22, в показан третий способ решения, аналогичный методу линий нагрузки. Здесь передаточная характеристика последующего ключа (2) отложена в зеркальном отображении и повернута иа 90' относительно характеристики предыдущего ключа (1). Точка и на кривой 1 проектируется по горизонтали на кривую 2 (стрелка 1), и это дает рабочую точку (л+1). Затем точка (и+1) проектируется по вертикали снова на кривую 1 (стрелка 2), и это дает точку (и+2). Далее процесс повторяется. вык Пвх вх (вв() <<вмх б) о «вк („И вх Пвмх( <(,„в в) Пвых Пвк< <)в кз Рнс. 8.22.
Методы определе- ния рабочих точек в последо- вательной цепочке ключей: а — непосредственный метод; б — метод биссектрисы; з — метод линии нагрузки Глава 8. Основы цифровой схемотехники б) Рнс. 8.23. Выходные напра жения ключей в последова тельной цепочке; а — в исходном состояниИ б — при сигнале выше порогового; в — прн сигнале ниже порогового т) Гз ГЗ т4 ГЗ Ге тт предположим, что в последонательной цепочке (см. рис.
8.6) ключ Т1 заперт, т. е, на его выходе напряжео) ние близко к напряжению питания (точка А на рис. 8.1). Тогда ключ Т2 открыт и на его выходе остаточное напряжение близко к нулю (точка В на рис. 8.1). Соответственно ключ ТЗ заперт, ключ Т4 открыт и т.д. Выходные напряжения ключей в исходном состоянии показаны на рис. 8.23, а.
Подадим теперь на вход ключа Т1 управляющий сигнал Уаы (рис. 8.24, а). При этом рабочая точка ключа переместится из положения А в положение 1. Проектируя точку 1 на биссектрису и проводя вертикаль из точки 1' до передаточной характеристики„ получаем рабочую точку ключа Т2 (точка 2).
Проектируя точку 2 на биссектрису и проводя из точки 2' вертикаль до пересечения с передаточной характеристикой, получаем точку 3 — рабочую точку ключа ТЗ. Продолжая процедуру, убеждаемся, что рабочие точки нечетных ключей, начиная с Тб, совпадают с точкой В (открытое состояние), а рабочие точки четных ключей, начиная с Т4, — с точкой А (запертое состояние). Иначе говоря, сигнал Увы достаточен для управления цепочкой, так как под его действием все ключи (кроме нескольких первых) изменяют свое состояние (рис. 8.23, б).
Теперь рассмотрим случай, когда при том же исходном состоянии цепочки подан меньший управляющий сигнал У,„з (рис. 8.24, б). Используя прежнюю процедуру, получаем рабочие точки 1, 2, 3 и т.д. и убеждаемся, что данный сигнал недостаточен для управления цепочкой, так как изменяется состояние только нескольких первых ключей (и то не полностью), а состояние остальных остается прежним (рис. 8.23, б). Нетрудно догадаться, что критерием достаточной величины сигнала является условие У„> Ус.
Поэтому напряжение Ус, 8.7. Помехоустойчивость ключей 825 к Рис. 8.24. Расчет состояния ключей в цепочке при сигнале выше (а) и ниже (б) порога чувствительности а) Рис. 8.28. Оценка помехоустойчивости ключа енх У У Уьк с 1 Уы б) 1 Импульс отрицательной помехи целесообраано отсчитывать от устойчивой точки открытого ключа (точка В на рис. 8.1), поскольку такой импульс способствует вапиранию ранее открытого ключа. Значит, величину У, нужно сравнивать с величиной Š— Ус, а не с Ус. соответствующее точке пересечения биссектрисы с передаточной характеристикой, называют порогом чувствительности (переключения). На первый взгляд, порог чувствительности непосредственно определяет помехоустойчивость ключевой цепочки.
А именно, если импульс положительной помехи удовлетворяет уеловию Ушс Ус, а импульс отрицательной помехи — условию У,„< (Š— Ус), то состояние цепочки ( за исключением первых нескольких ключей) не будет меняться (рис. 8.2б)1. На самом деле указанные условия необходимы, но недостаточны. Достаточными условиями помехоустойчивости (по причинам, которые пояснены ниже) являются следующие: Увх 4 Ус; Увх ~~ Уь' 326 Глава 8. Осиовы цифровой схемотехкики У„' =У,; (8.60а) У.
=-(Е-У»). (8.606) Обе эти величины показаны на рнс. 8.25. 8.8, Бистабильные ячейки и триггеры Простейшие ключи, рассмотренные в предыдущих разделах, составляют основу всей цифровой схемотехники. Они широко используются как самостоятельно (в качестве прерывателей тока и разного рода коммутаторов), так и в составе некоторых стандартных функциональных узлов, прежде всего — в бистабильных ячейках. Для бистабильных ячеек характерно использование не только прямых связей между ключами (как в последовательной цепочке), но и положительных обратных связей. Схема и принцип действия. В последовательной цепочке ключей (рис. 8.6) каждый ключ «окружен» ключами, находящимися в противоположном состоянии.
Значит, в произвольной паре смежных ключей (Т„и Т„+1 на рнс. 8.26) выходное напряже- 1 ние ключа Т„, такое же, как входное напряжение ключа Т„. Поэтому, изолировав рассматриваемую пару от предыдущих и Рис. 8.26. Происхождение бистабильиой ячейки Здесь У, и Уь — абсциссы точек а и Ь, характерных тем, что для них модуль производной ЙУ,„„/ЙУ»х равен единице.
Эта производная есть не что иное, как дифференциальный коэффициент усиления ключа. Если У»'„< У,, то коэффициент усиления Х < 1, т. е. входной сигнал в цепочке не усиливается, а ослабляется, и нет опасности ложного переключения. Если же У,'„> У,, то К > 1 и «верхушка» импульса У;„— У, усиливается.
При наличии обратных связей зто может стать причиной ложного переключения (ложного потому, что сам по себе входной сигнал У,'„меньше порога чувствительности). Аналогично обстоит дело и с отрицательной помехой. Учитывая все сказанное, помехоустойчивость ключа оценивают величинами 327 8.8. Бпстабпльпые ячейки и тря!терм последующих звеньев цепочки и соединив выход (и + 1)-го ключа со входом п-го (см. штриховую линию на рис. 8.26), мы не изменим состояния пары. Это устойчивое состояние может иметь два варианта: Т„заперт, Т„, открыт или, наоборот, Т„ открыт, Тэ»! заперт. Такие электронные схемы, имеющие два равноценных варианта устойчивых состояний, называют бистабильными ячейками (БЯ) или триггерами!. Если изобразить БЯ, отвлекаясь от ее К «происхождения», т.
е. в виде самостоятельной схемы (рис. 8.27), то атой схеме, как Б к К видим, свойственны симметричная конфигурация и наличие перекрестных (взаимных) обратных связей. Устойчивые состояния БЯ характерны тем, что один из ключей заперт, а второй открыт и насыщен. Иначе говоря, бнстабнльной ячейке свойственна злектРическаЯ асимметРиЯ. Пока- р 8 Б Рпс. 8,27. Бпстэбпльжем, что электрическая симметРия в БЯ пээ ячейка невозможна.
Доказательство проведем от противного. Пусть схема БЯ находится з симметричном состоянии, когда оба транзистора (рис. 8. 27) открыты к работают на границе активного режима . Напряжения на обоих э коллекторах и обеих базах одинаковы н близки к П*; коллекторный ток пропорционален току базы: 1„= В1« Пусть теперь в результате неизбежных флюктуацнй (внутренних нлв внешних) напряжение на одной нз баз, например на базе транзистора Т1, изменилось на малую величину Л()э!.
Тогда токи изменяются следующим образом: "16! '~ )б!/~ «) "1«! В')1«г Строго гаэоря, тэрмппы *трпггэр«(эпгл. )г«бзэг) и «ба«табельная ячейка» ' (апгл. 1!«р-Пор) — пе синонимы. Бпстэбпльпал ячейка «остээляэт лишь о«папу 8 всякого триггера, э триггеры различаются «пссобэмп управления бпстэбпльпой ячейкой (см. ниже). Однако па практике термин «трпггэр» часто пспольэуют и для БП. 2 Запертое состэяппэ обоих трэпэпстороэ невозможно, так ьэк дрп этом коллекторные потенциалы были бы равны + Бы т.
е, превышали бы напряжение отппрэнпя «! . Неэоэможпо и насыщенное со«тояппе обоих трэнэпстораэ, тэк как тогда коллекторпыэ потенциалы были бы меньше У . 328 Глава 6. Основы циФровой схемотехники Здесь Я вЂ” входное сопротивление открытого транзистора. Часть приращения М„, ответвится в цепь базы транзистора Т2; тогда А1м тс11са А1ях = ВЫбз где т < 1. Аналогично часть приращения Ы„з ответвнтся в цепь базы транзистора Т1 в виде дополнительного приращения базового тока: г х М и = — тЫы —— т о А1м. Прн обычных значениях т = 0,5 дополнительное приращение М'м, получившееся пря обходе цепи, будет значительно превышать исходное приращение Мм.
Следующее приращение М" окажется во столько же раз больше М'и и т. д. Значит, реакция схемы на малейшую исходную флюктуацию состоит в усилении последней. Лавинообразный процесс нарастания токов в одной половине БЯ н уменьшения токов в другой половине называют регенерацией. Регенерация заканчивается запнранием одного из ключей и насыщением второго, В нашем примере при положительной флюктуации АУвз ' запирается транзистор Т2, а при отрицательной — транзистор Т1. Поскольку знак флюктуации — величина случайная, то и результаты лавинообразного процесса (запирание транзистора Т2 или Т1) равновероятны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
