Презентация откуда взят материал

http://portal.tpu.ru/SHARED/k/KOZHEMYAK/Teaching/Tab1/Electronics/l7.pdf

Обратные связи в усилителях. Виды обратных связей.

 

 

 Усилитель — элемент системы управления (или регистрации и контроля), который повышает мощность сигнала за счет внешнего источника питания.

обратная связь (ОС) – процесс передачи сигнала из выходной цепи во входную

 

Структурная схема усилителя, охваченного ОС:

 

1 – основной усилитель; 2 – устройство обратной связи; 3 – сумматор (при положительной ОС) или вычитатель (при ООС)

братные связи

 

1) Отрицательная обратная связь (ООС) - (UВХ-UВЫХ) сигнал с выхода на вход приходит в противофазе.

 

2) Положительная обратная связь (ПОС)- (UВХ+UВЫХ)сигнал с выхода на вход приходит в фазе.

 

По типу связи:

 

1) Последовательная обратная связь – сигнал обратной связи включен в разрыв входной цепи.

 

 

 

2)Параллельная обратная связь – сигнал обратной связи включен параллельно входной цепи.

 

Выходное сопротивление усилителя зависит от того, каким образом вводится ОС. Если отрицательная ОС вводится по напряжению, то выходное сопротивление уменьшается, если по току -— увеличивается. Введение ОС широко используется для целенаправленного изменения выходного сопротивления и позволяет реализовать усилители с очень малыми (сотые доли ом) и очень большими (сотни — тысячи мегом) выходными сопротивлениями. При введении ОС по напряжению усилитель приближается к идеальному источнику напряжения, выходной сигнал которого мало изменяется при различных сопротивлениях нагрузки. ОС по току стабилизирует ток нагрузки, приближая усилитель к идеальному источнику тока.

 

Входное сопротивление также зависит от способа введения во входную цепь сигнала ОС. При ее отсутствии входное сопротивление определяется входными напряжением и током усилителя. При последовательной схеме введения ОС входное сопротивление увеличивается в (1+BКо) раз при отрицательной обратной связи и уменьшается в (1-BКo) раз при положительной. Введение параллельной ОС эквивалентно включению параллельно входному сопротивлению усилителя дополнительного сопротивления, в результате чего входное сопротивление уменьшается как при отрицательной, так и при положительной ОС. При больших Кo и малом сопротивлении в цепи обратной связи входное сопротивление может составить десятые и тысячные доли Ом.

 

Очень не очень

 

16. Активный аналоговый фильтр на ОУ.

Электрическим фильтром называется устройство для передачи электрических сигналов, пропускающее токи в определенной области частот и препятствующее их прохождению вне этой области. В радиотехнике и электронике электрические фильтры подразделяют на пассивные и активные. Схемы пассивных фильтров содержат только пассивные элементы: резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.

 

В схемы активных фильтров помимо указанных элементов входят такие активные изделия, как транзисторы или интегральные микросхемы. Фильтрующие свойства устройства определяются его амплитудно-частотной характеристикой, которой называется зависимость коэффициента усиления этого устройства от частоты сигнала. В некоторой области частот, которая называется полосой пропускания или полосой прозрачности, электрические колебания передаются фильтром с входа на выход практически без ослабления. Вне полосы прозрачности расположена полоса затухания или задерживания, в пределах которой частотные составляющие сигнала ослабляются. Между полосой прозрачности и полосой задерживания находится частота, называемая граничной. В связи с тем что существует плавный переход между полосой прозрачности и полосой затухания, граничной обычно считается частота, на которой ослабление сигнала оказывается равным -3 дБ - то есть по напряжению в √2 раз меньше, чем в полосе прозрачности.

 

Всегда интересно получить крутой переход амплитудно-частотной характеристики между полосой прозрачности и полосой затухания. В пассивных фильтрах увеличения крутизны такого перехода добиваются усложнением схемы и применением многозвенных систем. Сложные фильтры требуют громоздких расчетов и точной настройки. Активные фильтры благодаря использованию обратной связи оказываются значительно проще и дешевле.

Принято подразделять фильтры на четыре категории в зависимости от расположения полосы прозрачности:
• фильтры нижних частот (0 ≤ f ≤ f₀);
• фильтры верхних частот (f ≥ f₀);
• полосовые фильтры (f₀₁ ≤ f ≤ f₀₂);
• заграждающие или режекторные фильтры (0 ≤ f ≤ f₀₁ и f ≥ f₀₂).

Здесь f - частота сигналов, проходящих через фильтр; f₀ -граничная частота; f₀₁ - нижняя граничная частота; f₀₂ - верхняя граничная частота. Таким образом, фильтр нижних частот nponycкает составляющие сигнала, частота которых меньше граничной частоты; фильтр верхних частот пропускает составляющие сигнала, частота которых больше граничной частоты; полосовой фильтр пропускает составляющие сигнала, частота которых находится между нижней граничной частотой f₀₁ и верхней граничной частотой f₀₂; наконец режекторный фильтр ослабляет сигналы, частота которых находится между нижней граничной f₀₁ и верхней граничной f₀₂ частотами. Существуют и более сложные фильтры специального назначения, например гребенчатый фильтр, применяемый в цветном телевидении, пропускающий много узких полос и ослабляющий промежутки между ними.

Электрические фильтры находят широкое применение в электротехнике, радиотехнике и электронике. Так на выходе выпрямителей используется фильтр нижних частот, пропускающий только постоянную составляющую выпрямленного тока и ослабляющий прохождение пульсаций. В радиоприемниках широко используются полосовые фильтры, которые позволяют выделить из принятых антенной сигналов множества радиостанций только один, полоса частот которого оказывается в полосе прозрачности фильтра.

 

Принято еще одно деление всех фильтров на две категории: фильтры, схема которых содержит катушки индуктивности, и фильтры без индуктивностей, RC-фильтры или резисторно-конденсаторные фильтры.

Активные резисторно-конденсаторные фильтры имеют огромное преимущество перед их пассивными аналогами, особенно на частотах ниже 10 кГц. Пассивные фильтры для низких частот должны содержать катушки большой индуктивности и конденсаторы большой емкости. Поэтому они получаются громоздкими, дорогостоящими, а их характеристики оказываются далеко не идеальными.

Большая индуктивность достигается за счет большого числа витков катушки и применения ферромагнитного сердечника. Это лишает ее свойств чистой индуктивности, так как длинный провод многовитковой катушки обладает заметным сопротивлением, а ферромагнитный сердечник подвержен влиянию температуры на его магнитные свойства. Необходимость же использования большой емкости вынуждает применять конденсаторы, обладающие плохой стабильностью, например электролитические. Активные фильтры в значительной мере лишены указанных недостатков.

 

Схемы дифференциатора и интегратора, построенные с применением операционных усилителей, представляют собой простейшие активные фильтры. При выборе элементов схемы в определенной зависимости от частоты дифференциатор становится фильтром верхних частот, а интегратор - фильтром нижних частот. Далее будут рассмотрены примеры других более сложных и наиболее универсальных фильтров. Большое количество других возможных схем активных фильтров вместе с их детальным математическим анализом можно найти в разных учебниках и пособиях.

 

 

Активные фильтры реализуются на основе усилителей (обычно ОУ) и пассивных RC- фильтров. Среди преимуществ активных фильтров по сравнению с пассивными следует выделить:

· отсутствие катушек индуктивности;

· лучшая избирательность;

· компенсация затухания полезных сигналов или даже их усиление;

· пригодность к реализации в виде ИМС.

Активные фильтры имеют и недостатки:

¨ потребление энергии от источника питания;

¨ ограниченный динамический диапазон;

¨ дополнительные нелинейные искажения сигнала.

Отметим так же, что использование активных фильтров с ОУ на частотах свыше десятков мегагерц затруднено из-за малой частоты единичного усиления большинства ОУ широкого применения. Особенно преимущество активных фильтров на ОУ проявляется на самых низких частотах, вплоть до долей герц.

В общем случае можно считать, что ОУ в активном фильтре корректирует АЧХ пассивного фильтра за счет обеспечения разных условий для прохождения различных частот спектра сигнала, компенсирует потери на заданных частотах, что приводит к получению крутых спадов выходного напряжения на склонах АЧХ. Для этих целей используются разнообразные частотно-избирательные ОС в ОУ. В активных фильтрах обеспечивается получение АЧХ всех разновидностей фильтров: нижних частот (ФНЧ), верхних частот (ФВЧ) и полосовых (ПФ).

Основными параметрами фильтров нижних и верхних частот являются коэффициент передачи в полосе пропускания К₀, частота срезаf_c, соответствующая уровню 0,707К₀, а также наклон АЧХ в полосе ограничения и неравномерность в полосе пропускания. Для полосовых фильтров параметрами являются коэффициент передачиК₀на частоте резонансаf₀и добротность , где ∆f- полоса пропускания на уровне 0,707К₀(рис.6.5,б).

Рисунок 6.4 - Фильтр нижних частот (а) и его АЧХ (б); фильтр высоких частот (в) и его АЧХ (г)

Рисунок 6.5. Активный полосовой фильтр (а) и его АЧХ (б)

Коэффициенты передачи в полосе пропускания для фильтров нижних и верхних частот

,

(6.14)

для полосового фильтра

,

(6.15)

 

17. Сумматор на ОУ

Сумматором называется устройство, выходное напряжение которого является суммой напряжений на его входе. Схема инвертирующего сумматора, приведенная на рис. 3.11, выполнена по типу инвертирующего усилителя, но ее входная цепь представляет собой n параллельных ветвей, каждая из которых содержит резисторR (i = 1, 2, …n), где n – число напряжений, подлежащих суммированию.

Соотношение, связывающее величины напряжений входных и выходного сигналов, получается на основе тех же предпосылок, что и при рассмотрении инвертирующего усилителя. Только к узлу “а” на входе ОУ подходит не один ток, а n – токов. Следовательно, поэтому аналогично соотношению (3.5) при u = 0 можно записать

Откуда

 (3.18)

Рисунок 3.11. Схема инвертирующего сумматора на ОУ

Из соотношения (3.18) следует, что схема на рис. 3.11 производит суммирование сигналов с одновременным умножением каждого из слагаемых на величину, зависящую от сопротивления резистора R в соответствующей входной ветви. Для простого суммирования сопротивления всех резисторов схемы должны быть равны

R = R = … = R = R .

Схема неинвертирующего сумматора представлена на рис. 3.12. Она отличается от схемы неинвертирующего усилителя лишь наличием параллельных ветвей на неинвертирующем входе ОУ. Каждая из этих ветвей содержит резистор R , i = 1, 2, …n, гдеn– число суммируемых сигналов.

Поскольку входное сопротивление ОУ бесконечно велико, ток на входе ОУ, являющийся в схеме рис. 3.12 суммой токов всех входных ветвей, равен нулю. Поэтому:

 (3.19)

где u - напряжение на неинвертирующем входе ОУ, которое, как отмечалось выше, совпадает с величиной напряжения на инвертирующем входе ОУ и определяется соотношением (3.8). Поэтому:

.(3.20)

Таким образом, схема рис. 3.12 в общем случае может суммировать сигналы с соответствующим умножением каждого из слагаемых. Для простого суммирования необходимо, кроме равенства сопротивлений резисторов R , выбрать сопротивления резисторов Rи R такими, чтобы

R = (n – 1) R.

Рис.3.12. Схема неинвертирующего сумматора на ОУ

Следует иметь в виду, что при суммировании напряжение на выходе схем рис. 3.11 и 3.12 не должно превышать напряжение насыщения U_{вых max}используемого ОУ.

 

18.Умножитель на ОУ

Чтобы создать логарифматор, включим в цепь обратной связи диод (или транзистор), как показана на рисунке а (слева).

а) б)

Известно, что ВАХ диода носит экспоненциальный характер. Выразим из этой формулы напряжение, отбросив за малостью единицу.
Ток I обусловлен сопротивлением и напряжением на инвертирующем входе. Как мы видим, к сожалению, напряжение V зависит от температуры, поэтому необходимо применять меры для температурной стабилизации схемы. Учитывая, что входное напряжение на логифматоре может меняться на много порядков при незначительном изменении выходного напряжения, такие схемы могут применяться не только для собственно логарифмирования, но и для компрессии сигналов
На рисунке б (справа) можно видеть схему реализующую обратную функцию - антилогарифм (экспоненту). Здесь диод включен во входную цепь, а резистор - в выходную. Имея в наличии блоки для логарифмирования и экспоненциального преобразования сигналов, мы можем сделать перемножить аналоговых сигналов.

Перемножитель

Прологарифмировав сигналы U_A и U_B, мы складываем их с помощью суммирующего усилителя на ОУ. Известно, что сумма логарифмов двух чисел равна логарифму их произведения. Тогда, выполнив экспоненциальное преобразование, на выходе получаем произведение входных сигналов.

 

 

19. Интегратор на ОУ

Схема интегратора может быть получена из схемы инвертирующего

усилителя на основе ОУ (рис. 11.2) путем замены резистора R0c в цепи

обратной связи на конденсатор С (рис. 13.1). Поскольку сопротивление

конденсатора на постоянном токе равно бесконечности, выражение (11.2)

преобразуется к виду: R2 = R1.

Известно, что заряд Q на конденсаторе, напряжение Uc на его обкладках

и ток ic , протекающий в цепи конденсатора, связаны выражениями:

С учетом этих соотношений для схемы на рис. 13.1 получим:

Для идеального ОУ: Поэтому:

или в интегральной форме:

где Ти - время интегрирования.

Из выражения (13.5) следует, что значение напряжения на выходе

интегратора пропорционально интегралу от входного напряжения, а масштабный

коэффициент равен 1/(R1'C) и имеет размерность сек"1.

Если на вход интегратора подано постоянное напряжение, то выражение

(13.5) принимает вид:

Уравнение (13.6) описывает линию с наклоном  При

U вx = -1 В, С = 1 мкФ, R1 = 1 МОм наклон равен 1 В/сек. Напряжение на

выходе схемы будет изменяться линейно с указанной скоростью до тех

пор, пока ОУ не перейдет в режим ограничения выходного сигнала.

 

20.Дифференциатор на ОУ

Дифференцирующая схема на основе ОУ напоминает схему интегратора,

у которого поменяли местами резистор входной цепи и конденсатор

цепи обратной связи. Простейшая схема дифференциатора показана на

рис. 14.1. Резистор R , также как и в других схемах на ОУ, служит для

уменьшения погрешности выходного напряжения, возникающей из-за

входных токов реального операционного усилителя. В соответствии с выражением

(11.2) R = R0c, т.к. постоянный входной ток поступает на инвертирующий

вход ОУ только через резистор Roc.

Для идеального ОУ легко получить передаточную функцию дифференцирующего

устройства. Входное напряжение схемы UBX практически

полностью приложено к конденсатору С. В результате через конденсатор

протекает ток, равный:

Так как входное сопротивление ОУ достаточно велико и входной ток

идеального ОУ можно считать равным нулю, весь ток конденсатора протекает через резистор R0c• Поэтому:

Выходной сигнал в схеме 14.1 определяется падением напряжения

на сопротивлении обратной связи Roc:

Таким образом, выходное напряжение пропорционально скорости

изменения входного сигнала.

На работу простейшего дифференциатора существенное влияние

оказывают высокочастотные входные шумы, т.к. коэффициент передачи

схемы растет пропорционально частоте входного сигнала. Кроме того,

цепь обратной связи вносит фазовый сдвиг, снижающий устойчивость

схемы. В результате высока вероятность возникновения высокочастотных

автоколебаний.

Для устранения этих недостатков типовая схема инвертирующего

дифференциатора (рис. 14.2) содержит резистор R \, который:

- уменьшает уровень высокочастотных шумов на выходе;

- предотвращает самовозбуждение схемы;

- ограничивает входной ток и напряжение инвертирующего входа

ОУ при быстрых изменениях входного напряжения, когда выходное

напряжение не успевает соответствующим образом измениться из-за ограниченного быстродействия ОУ.

Резистор R1 ограничивает диапазон рабочих частот дифференциатора.

Схема дифференцирует входные сигналы только тех частот, для которых

сопротивление конденсатора С гораздо больше сопротивления резистора

R1, т.е. при

 

21. Источники питания и электронные стабилизаторы.

Источник питания — электрическое оборудование, предназначенное для производства, аккумулирования электрической энергии или изменения ее характеристик.^[1]

В электроэнергетике:

● первичные цепи;

● вторичные цепи.

Электронное оборудование:

● К первичным относят преобразователи различных видов энергии в электрическую, примером может служить аккумулятор^[2], преобразующий химическую энергию в электрическую.

● вторичные источники сами не генерируют электроэнергию, а служат лишь для её преобразования с целью обеспечения требуемых параметров (напряжения, тока, пульсаций напряжения и т. п.)

● третичный источник питания (tertiary supply) — источник электропитания оборудования, подключаемый к вторичному источнику электропитания.^[3]

Первичные источники питания[править | править код]

Источники первичного электропитания. К данной группе ИП относятся: 1) химические источники тока (гальванические элементы, батареи и аккумуляторы); 2) термобатареи; 3) термоэлектронные преобразователи; 4) фотоэлектрические преобразователи (солнечные батареи); 5) топливные элементы; 6) биохимические источники тока; 7) атомные элементы; 8) электромашинные генераторы.

 Химические источники тока (ХИТ) широко используются для питания маломощных устройств и аппаратуры, требующей автономного питания. Батареи и аккумуляторы являются также вспомогательными и (или) резервными источниками энергии в устройствах, питающихся от сети переменного тока. Выходное напряжение таких источников практически не содержит переменной составляющей (пульсаций), но в значительной степени зависит от величины тока, отдаваемого в нагрузку, и степени разряда. Поэтому в устройствах, критичных к напряжению питания, химические источники тока используются совместно со стабилизаторами напряжения. Более подробно гальванические батареи и аккумуляторы, а также их параметры рассмотрены в разделе 4 «Химические источники тока».

 Термобатареи состоят из последовательно соединенных термопар. Термобатареи используются в качестве ИП малой мощности, например для питания радиоприемников. В простейшем виде термоэлектрический генератор представляет собой батарею термопар, у которых одни концы спаев нагреваются, а другие имеют достаточно низкую температуру, благодаря чему создается термо-ЭДС и во внешней цепи протекает ток. Каждая термопара может состоять из двух разнородных полупроводников или из проводника и полупроводника. Большая теплопроводность металлических термопар не позволяет создавать значительную разность температур спаев, а следовательно, не дает возможность получить большую термо-ЭДС. Лучшие результаты дает использование в термогенераторах полупроводниковых термопар, или комбинированных, состоящих из проводника и полупроводника. В термопаре, состоящей из полупроводников с n- и p- проводимостями, при нагревании спая количество электронов в полупроводнике n-типа и число дырок в полупроводнике p-типа увеличивается. Электроны и дырки вследствие диффузии в полупроводниках движутся от горячего слоя термопары к холодному. Перемещение дырок приводит к тому, что горячий конец полупроводника p-типа заряжается отрицательно, а холодный конец - положительно. В полупроводнике n-типа электроны, переходя от горячего конца к холодному, так же как, и в металле, заряжают горячий конец положительно, а холодный конец – отрицательно. Термо-ЭДС полупроводниковой термопары значительно больше термо-ЭДС металлической пары.

●

Вторичные источники питания[править | править код]

Основная статья: Вторичный источник электропитания

Источники вторичного электропитания. Они представляют собой функциональные узлы радио электр аппаратура или законченные устройства, использующие энергию, получаемую от системы электроснабжения или источника первичного электропитания и предназначенные для организации вторичного электропитания радиоаппаратуры.

(также, как Блок питания)

● Трансформаторы и автотрансформаторы переменного напряжения и тока

● Вибропреобразователи

● Импульсные преобразователи

● Стабилизаторы напряжения и тока

● Инверторы

● Умформеры (электромашинный преобразователь)

 

 

Импульсные блоки питания являются инверторной системой. В импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется. Полученное постоянное напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы повышенной частоты и определённой скважности, либо подаваемые на трансформатор (в случае импульсных БП с гальванической развязкой от питающей сети) или напрямую на выходной фильтр нижних частот (в импульсных БП без гальванической развязки). В импульсных БП могут применяться малогабаритные трансформаторы — это объясняется тем, что с ростом частоты повышается эффективность работы трансформатора и уменьшаются требования к габаритам (сечению) сердечника, требуемым для передачи эквивалентной мощности. В большинстве случаев такой сердечник может быть выполнен из ферромагнитных материалов, в отличие от сердечников низкочастотных трансформаторов, для которых используется электротехническая сталь.

В импульсных блоках питания стабилизация напряжения обеспечивается посредством отрицательной обратной связи. Обратная связь позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне вне зависимости от колебаний входного напряжения и величины нагрузки. Обратную связь можно организовать разными способами. В случае импульсных источников с гальванической развязкой от питающей сети наиболее распространёнными способами являются использование связи посредством одной из выходных обмоток трансформатора или при помощи оптрона. В зависимости от величины сигнала обратной связи (зависящего от выходного напряжения), изменяется скважность импульсов на выходе ШИМ-контроллера. Если развязка не требуется, то, как правило, используется простой резистивный делитель напряжения. Таким образом, блок питания поддерживает стабильное выходное напряжение

Электронные устройства предъявляют достаточно жесткие требования к качеству электроэнергии, потребляемой от источников питания. Колебания напряжения и частоты промышленной сети переменного тока, изменение на­грузки в широких пределах, влияние температуры окружающей среды и т.д. диктуют необходимость различных стабилизирующих устройств в схемах ис­точников питания.

Стабилизаторы подразделяются на стабилизаторы напряжения и тока, па­раметрические и компенсационные, непрерывного и импульсного регулирова­ния.

● Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, где дифференциальное сопротивление прибора мало в широко диапазоне изменения токов, протекающих через прибор.

● Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.

 

Основной характеристикой работы любого стабилизатора является коэф­фициент стабилизации

 

Наиболее простым стабилизатором постоянного напряжения является па­раметрический, основанный на подключении параллельно нагрузке полупро­водникового стабилитрона .

Стабилитрон - это полупроводниковый диод, р-п-переход которого работает в режиме лавинного пробоя. Такой режим возникает при смещении р-n -перехода в обратном направлении. В режиме лавинного пробоя в широком диапазоне изменения тока через диод падение напряжения на нем остается практически неизменным.

Предельно допустимая рассеиваемая мощность для стабилитронов малой мощности может составлять от 100 мВт, а для стабилитронов большой мощности — до 8 Вт.

Иногда для стабилизации напряжения используют тот факт, что прямое падение напряжения на диоде слабо зависит от силы протекающего через р-n-переход тока. Приборы, в которых используется этот эффект, в отличие от стабилитронов называются стабисторами. В области прямого смещения падение напряжения на ^-«-переходе составляет, как правило, 0,7 В ... 2 В, поэтому, стабисторы позволяют стабилизировать только малые напряжения (не более 2 В).

Для ограничения тока через стабилитрон последовательно с ним включают балластный резистор Rб.

Основным достоинством параметрического стабилизатора является на­дежность работы и простота схемы. Недостатки – низкий коэффициент полезного действия, а также некоторые колебания напряжения стабилизации при изменениях , обусловленные наличием большого динамического сопротивления стабилитрона. Кроме того, напряже­ние стабилизации существенно зависит от температуры окружающей среды, что особенно заметно у мощных стабилитронов.

Перечисленные недостатки обусловили создание так называемых ком­пенсационных стабилизаторов. Основу схем компенсационных стабилизаторов составляют транзисторы, работающие в режиме эмиттерного повторителя, или операционные усилители в интегральном исполнении.

 

 

 

22. Алгебра Буля. Системы счисления. Понятия нуля и единицы. Цифровой и дискретные сигналы.

 

Анализ цифровых систем, основанных на логических элементах, проводится с использованием математической логики или алгебры Буля, в основе которой лежит понятие события. Данное событие может произойти, а может и не произойти. Каждому событию, которое произошло, приписывают значение истинности, равное либо «1», и значение «0», если оно не произошло. Таким образом, в алгебре Буля переменная величина принимает только два значения: ноль или единицу, т.е. описывается двоичной системой исчисления, которая нашла широкое применение в цифровой и вычислительной технике. Так, в цифровой технике информация представляется импульсным сигналом с двумя фиксированными уровнями, обозначаемыми «0» и «1». Как правило, состояние «0» приписывается низкому уровню потенциала, а состояние «1» – высокому (положительная логика). Величину Х, которая может принимать два значения – логическая единица «1» и логический ноль «0», называют двоичной переменной или бинарной.

 

Здесь следует заметить, что если в определяющих правилах операций «И» и «ИЛИ» все значения «1» заменить на «0» и соответственно «0» на «1», при этом знак «+» заменить знаком «•», то данные правила меняются местами. В этом состоит так называемый принцип двойственности в алгебре Буля.

 

 

Бывает:

Резисторно-транзисторная логика (РТЛ) — технология построения логических электронных схем на базе простых транзисторных ключей.

Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ, TTL) — разновидность цифровых логических микросхем, построенных на основе биполярных транзисторов и резисторов.

Диодно-транзисторная логика (ДТЛ), англ. Diode–transistor logic (DTL) — технология построения цифровых схем на основе биполярных транзисторов, диодов и резисторов.

 

23. Виды логических элементов. тригерные устройства и их виды.

Логические элементы — устройства, предназначенные для обработки информации в цифровой форме

Элементы, реализующие функции «И», «ИЛИ», «НЕ», являются основными логическими устройствами. С их помощью можно создать ключевое устройство, которое может реализовать сколь угодно сложную логическую функцию. Все три указанных типа логических элементов составляют функционально полную систему логических элементов. Функционально полной системой логических элементов называется набор элементов, используя который можно реализовать сколь угодно сложную логическую функцию. Можно показать, что для построения сколь угодно сложных логических устройств достаточно использовать только два элемента из трех основных, а именно элементы «ИЛИ» и «НЕ» или «И» и «НЕ». Обычно на практике обе пары таких элементов получены последовательным соединением логических элементов «ИЛИ» и «НЕ», и соответственно «И» и «НЕ», которые выпускаются в виде универсальных логические элементов «ИЛИ-НЕ» и «И-НЕ»

В табл. 5.2 приведены электрические схемы включения логических элементов «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ», с помощью которых реализуются три основных операции. Тем самым показано, что каждая система, состоящая из этих элементов, представляет собой функционально полную систему логических элементов.

 Типовые каскады логических переключающих устройств можно разделить на два класса – комбинационные или логические элементы и последовательные логические устройства или конечные автоматы.

 Комбинационные элементы осуществляют преобразование логических сигналов, при этом выходной сигнал зависит только от значений входных сигналов в рассматриваемый момент времени, приложенных к входам данного устройства (без учета переходных процессов). Последовательные логические устройства, кроме логических элементов, содержат элементы памяти. Выходное значение сигнала в рассматриваемый момент времени зависит не только от информационных сигналов, приложенных к его входам в этот момент времени, но и к внутренним его состояниям в предшествующий этому моменту времени. Примерами таких элементов являются триггеры.

Для построения комбинационных логических элементов используются в настоящее время полупроводниковые компоненты (диоды, транзисторы) в интегральном исполнении. Принципиальные схемы построения логических элементов имеют большое число разновидностей и классифицируются по типам компонентов и схемотехническим решениям.

 

Триггером называется простейшее устройство, имеющее два устойчивых состояния, переход между которыми происходит в результате процессов, обусловленных наличием в электрической цепи триггера цепей положительной обратной связи.

 

        Два устойчивых состояния триггера обозначаются: Q=1 и Q=0. В каком из этих состояний окажется триггер, зависит от состояния сигналов на входах триггера и от его предыдущего состояния, иными словами триггер имеет память. Можно сказать, что триггер является элементарной ячейкой памяти.Элемент с N стабильными состояниями хранит log2N бит информации. Таким образом, бистабильная ячейка хранит 1 бит. Состояние перекрестно включенных инверторов содержится в одной переменной состояния Q

       Тип триггера определяется алгоритмом его работы. В зависимости от алгоритма работы, триггер может иметь установочные, информационные и управляющие входы. Установочные входы устанавливают состояние триггера независимо от состояния других входов. Входы управления разрешают запись данных, подающихся на информационные входы.

  Если триггер не имеет входов синхронизации, то его называют асинхронным. В этом случае его поведение однозначно определяется в момент прихода активного сигнала на информационный вход. В зависимости от устройства входных цепей триггер будет изменять своё состояние или под действием уровня входного сигнала или под действием фронта этого сигнала.

Если триггер имеет хотя бы один вход синхронизации, то он считается синхронным. У такого триггера имеются информационные входы, причём информации по которым происходит в момент активного состояния синхросигнала. При этом триггер может иметь и другие информационные входы, которые асинхронно определяют его поведение.

 

У некоторых триггеров имеется еще один вход, называемый EN, или ENABLE (разрешить). Этот вход определяет, будут ли данные загружены по фронту или нет. Когда на EN подается логическая единица, то такой D-триггер ведет себя так же как и обычный D-триггер. Если же на EN поступает логический нуль, то триггер игнорирует тактовый сигнал и сохраняет свое состояние. Такие триггеры полезны, если мы хотим загружать значения в триггер только на протяжении какого-то времени, а не по каждому фронту тактовому импульсу.

 

В триггере с функцией сброса добавляется еще один вход, называемый RESET (сброс). Когда на RESET подан 0, сбрасываемый триггер ведет себя как обычный D-триггер. Когда на RESET подана 1, такой триггер игнорирует вход D и сбрасывает выход в 0. Триггеры с функцией сброса полезны, когда мы хотим ускорить установление определенного состояния (т.е. 0) во всех триггерах системы при первом включении.

RS-триггер используется для формирования сигнала с положительным и отрицательным фронтами, отдельно управляемыми посредством подачи импульсов на входы, которые разнесены во времени. Также RS-триггеры часто используются для исключения ложного срабатывания цифровых устройств от так называемого «дребезга контактов».

Д-защелка - Д-триггер с потенциальным управлением.

ТО ЖЕ САМОЕ НО ИЗ МЕТОДЫ + Д-триггер С ПОТЕНЦИАЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ.

D-триггер в основном используется для реализации защёлки. Так, например, для снятия 32 бит информации с параллельной шины, берут 32 D-триггера и объединяют их входы синхронизации для управления записью информации в защёлку, а 32 D входа подсоединяют к шине.

 

 

 

24. Шифраторы и дешифраторы. Мультиплексоры. Таймеры.

Комбинационные логические элементы часто группируются в «строительные блоки», используемые для создания сложных систем. Это позволяет абстрагироваться от излишней детализации уровня логических элементов и подчеркнуть функцию «строительного блока».

Стандартное применение шифраторов состоит в сокращении количества сигналов. Например, в случае шифратора К555ИВ1 информация о восьми входных сигналах сворачивается в три выходных сигнала. Это очень удобно, например, при передаче данных по информационным каналам.

Шифраторы также могут быть использованы при организации клавиатуры для формирования кода нажатой клавиши. При этом каждому входу шифратора соответствует отдельная клавиша. Если ни одна из них не нажата, об этом свидетельствует единичное значение сигнала G. При нажатии на какую-либо клавишу выход G переходит в единичное состояние, а на информационных выходах формируется код нажатой клавиши. При использовании приоритетного шифратора в случае одновременном нажатии нескольких клавиш формируется код клавиши с наибольшим приоритетом.

 

Формально устройство, называемое шифратором, ничем не отличается от дешифратора. У него имеетс n входов и m выходов, однако как правило, кодовая комбинация на выходе шифратора имеет меньшее число разрядов, чем входная кодовая комбинация.

 

Дешифратором (Decoder — DC) MxN называют комбинационное устройство с М входами и N выходами, преобразующее М-разрядный двоичный код в М-разрядный унитарный код. В дешифраторах высокого уровня унитарный код содержит единственную 1, в дешифраторах низкого уровня - единственный 0.

    

В общем случае у дешифратора имеется N входов и 2^N выходов. Он выдает единицу строго на один из выходов в зависимости от набора входных значений. Выходы образуют прямой унитарный код (one-hot code), называемый так потому, что в любое время только один из выходов может принимать высокий уровень. ( здесь пример с высоким уровнем)

 

 

 Неполные дешифраторы. Не всегда необходимо использовать все выходы дешифратора или даже декодировать все возможные входные комбинации. В том случае, когда n < 2 m дешифратор называют неполным. Примером может служить десятичный дешифратор или двоично-десятичный дешифратор 4 × 10, который декодирует только первые десять входных двоичных комбинаций 0000…1001, формируя на выходе сигналы Y0…Y9. Выходы сигналов Y10…Y15 у такого дешифратора отсутствуют, а при наличии на входах кодовых комбинаций 1010 … 1111, сигналы на имеющихся выходах могут принимать некоторые наперед заданные значения, например, нулевые.

 

( здесь пример с низким уровнем)

Дешифраторы находят широкое применение в вычислительной технике. В составе компьютеров, например, дешифраторы позволяют адресоваться к определённому устройству, с которым в данный момент осуществляется обмен информацией. Для этого достаточно подключить вход разрешения работы этого устройства к соответствующему выходу дешифратора, а входы дешифратора использовать для задания адреса устройства.

 

Мультиплексоры являются одними из наиболее часто используемых комбинационных схем. Они позволяют выбрать одно выходное значение из нескольких входных в зависимости от значения сигнала выбора. 

Во многих случаях возникает необходимость объединения двоичных данных, поступающих от m различных источников, в поток сигналов, следующих один за другим по одной шине данных. Эта задача решается с помощью схемы, называемой мультиплексором. Мультиплексор осуществляет передачу на выход данных, поступающих от одного из m источников.

Микросхемы мультиплексоров можно объединять для увеличения количества каналов. Например, два 4-канальных мультиплексора легко объединяются в 8-канальный с помощью инвертора на входах разрешения и элемента 2И-НЕ для объединения выходных сигналов .

Мультиплексоры нашли широкое применение в вычислительной технике в качестве коммутаторов цифровых сигналов. Они используются в компьютерах и микропроцессорных контроллерах для коммутации адресных входов динамических оперативных запоминающих устройств, в узлах объединения или разветвления шин и т.д. На базе мультиплексоров можно построить различные комбинационные устройства с минимальным числом дополнительных элементов логики. Такой подход используется, например, в .микросхемах с программируемой логикой - программируемых логических матрицах.

 

25. Компаратор. Триггер Шмитта.

 

Компараторы определяют, являются ли два двоичных числа равными или одно из них больше/меньше другого. Компаратор получает два N-разрядных двоичных числа А и В.

Существует 2 типа компараторов.

Компаратор равенства выдает один выходной сигнал, показывая, равны ли А и В (A==B).

 Компаратор величины выдает один и более выходных сигналов, показывая отношение величин А и В.

Компаратор равенства имеет простую аппаратную реализацию. На Рис. 5.11 показано обозначение и реализация 4-разрядного компаратора равенства. Значения будут равными, если все соответствующие разряды равны.

Как показано на Рис. 5.12, компаратор величины вычисляет А-В и анализирует знак (самый старший разряд) результата. Если результат отрицательный (самый старший разряд = 1), то А меньше В. В противном случае А больше или равно В.

Основным применением цифровых компараторов в вычислительной технике является селектирование адреса, т.е. сравнение цифрового кода на шине адреса с заданным базовым адресом. При их совпадении на выходе компаратора появляется сигнал, разрешающий работу адресуемого устройства.

 

ЕЩЕ РАЗОК ПО ЛЮБИМОЙ КНИЖКЕ МАЛАХОВА. ТУТ УКАЗАНЫ ТОНКОСТИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАР-КИ

 

 

Подобная схема применяется для преобразования медленно изменяющихся сигналов в импульсы с чётко очерченными краями. Это выполняется и на нескольких устройствах, и на одном ОУ.

 

Они весьма востребованы тогда, где на входе присутствуют шумы. Применяется для преобразования входного сигнала в прямоугольные, пренебрегая высокочастотными помехами. Такая входная цепь осуществляет гистерезис, эффективно фильтрующий различные типы шумов. Использование устройства будет гарантировать, что на входе цифрового устройства всегда будет либо «один» или «ноль» и ничего между ними.

 

 

УГО

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: