Основы радиоэлектроники и связи

Основы радиоэлектроники и связи

№1 Основные сигналы в радиоэлектронике и их спектральное представление

Классификация и представление сигналов. Детерминированные, случайные; управляющие, радиосигналы. Аналоговое, дискретно-непрерывное, цифровое представление. Временное описание сигналов. Понятие, примеры: гармонический, прямоугольный, ступенчатый (единичная функция включения), короткий импульс - d -функции Дирака, ее связь с сигналом включения, фильтрующие свойства d -функции. Динамическое описание непрерывного сигнала с помощью d -функции и 1(t)-единичной ступенчатой функции. Спектральное описание сигналов. Управляющие сигналы. Периодические сигналы: математическое и физическое понятия периодического сигнала, представление суммой гармонических колебаний, ряд Фурье в действительной и комплексной форме, понятие спектра сигнала, возможность физической реализации. Периодическая последовательность прямоугольных импульсов (длительность импульса, скважность, спектр амплитуд и фаз, дискретность спектра). Распределение энергии в спектре сигнала, практическая ширина спектра. Непериодические сигналы: понятие детерминированного непериодического сигнала, интегральные преобразования Фурье, физический смысл спектральной плотности и условия абсолютной интегрируемости, непрерывность спектра; спектр сигнала включения, прямоугольного импульса, d -функции. Теоремы запаздывания, смещения, спектр произведения сигналов (свертка). Распределение энергии в спектре непериодического сигнала. Модулированные колебания, виды модулированных сигналов. Амплитудно-модулированные колебания: энергетика, спектр АМ-колебания при сложном модулирующем сигнале, ширина спектра; АМ-колебания с подавлением несущей, однополосные АМ-колебания. ЧМ и ФМ колебания, их связь, девиация и индекс модуляции, спектр при малом и большом индексе модуляции, зависимость практической ширины спектра от частоты модулирующего сигнала. Импульсно модулированные колебания, проблема выбора шага дискретизации, теорема Котельникова. Частотное и временное разделение каналов. Помехоустойчивость АМ, ЧМ, ФМ и ИМ -колебаний

Аналоговый сигнал (АС)

Аналоговый сигнал

Большинство сигналов имеют аналоговую природу, то есть изменяются непрерывно во времени и могут принимать любые значения на некотором интервале. Аналоговые сигналы описываются некоторой математической функцией времени.

Пример АС — гармонический сигнал: s(t) = A·cos(ω ·t + φ ).

Аналоговые сигналы используются в телефонии, радиовещании, телевидении. Ввести такой сигнал в цифровую систему для обработки невозможно, так как на любом интервале времени он может иметь бесконечное множество значений, и для точного (без погрешности) представления его значения требуются числа бесконечной разрядности. Поэтому очень часто необходимо преобразовывать аналоговый сигнал так, чтобы можно было представить его последовательностью чисел заданной разрядности.

Дискретный сигнал

Дискретный сигнал

Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени t_i (где i — индекс). Обычно промежутки времени между последовательными отсчётами (Δ t_i = t_i − t_{i− 1}) постоянны; в таком случае, Δ t называется интервалом дискретизации. Сами же значения сигнала x(t) в моменты измерения, то есть x_i = x(t_i), называются отсчётами.

Квантованный сигнал

Квантованный сигнал

При квантовании вся область значений сигнала разбивается на уровни, количество которых должно быть представлено в числах заданной разрядности. Расстояния между этими уровнями называется шагом квантования Δ. Число этих уровней равно N (от 0 до N− 1). Каждому уровню присваивается некоторое число. Отсчёты сигнала сравниваются с уровнями квантования и в качестве сигнала выбирается число, соответствующее некоторому уровню квантования. Каждый уровень квантования кодируется двоичным числом с n разрядами. Число уровней квантования N и число разрядов n двоичных чисел, кодирующих эти уровни, связаны соотношением n ≥ log₂(N).

Цифровой сигнал

Цифровой сигнал

Для того, чтобы представить аналоговый сигнал последовательностью чисел конечной разрядности, его следует сначала превратить в дискретный сигнал, а затем подвергнуть квантованию. Квантование является частным случаем дискретизации, когда дискретизация происходит по одинаковой величине, называемой квантом. В результате сигнал будет представлен таким образом, что на каждом заданном промежутке времени известно приближённое (квантованное) значение сигнала, которое можно записатьцелым числом. Последовательность таких чисел и будет являться цифровым сигналом.

№2 Линейные электрические цепи и основные методы их анализа.

Радиотехнической или электрической цепью (системой) называют

совокупность соединенных определенным образом элементов, предназначенных для

производства, передачи, приема, преобразования и использования

электрического тока. Различают активные и пассивные цепи, участки и элементы цепей.

Активными называют электрические цепи, содержащие источники энергии,

пассивными — электрические цепи, не содержащие источников энергии.

При использовании активных элементов в электрических цепях различают

режимы малого и большого сигналов. В режиме малого сигнала, когда

амплитуда колебаний достаточно мала, активные элементы можно считать линейными, а

в режиме большого сигнала — нелинейными. В соответствии с этим различают

модели малого и большого сигнала.

Активные и пассивные элементы радиотехнической цепи могут быть

соединены в двухполюсники, четырехполюсники и многополюсники.

Двухполюсник — электрическая цепь, имеющая два вывода. Конкретизируя

это понятие, отметим, что двухполюсник (одиночный элемент или сложная

электрическая цепь; например источник питания, резистор, диод, последовательный

контур) имеет всего два внешних вывода — полюса, или зажима (рис. 4.2, а).

Двухполюсники могут быть активными и пассивными.

Каждый пассивный двухполюсник характеризуется одним параметром,

устанавливающим связь между потребляемым от источника током и падением на-

пряжения на нем.

Рис. 4.2. Радиоэлектронные цепи:

а — двухполюсник; б — четырехполюсник

Четырехполюсник содержит по паре входных и выходных выводов и имеет

четыре полюса (рис. 4.2, б). Четырехполюсники (и двухполюсники) могут быть

как активными, так и пассивными. На практике часто требуется определить

связь между сигналами на входе и выходе четырехполюсника, не описывая

внутренние процессы, протекающие в нем. В этом случае в теории цепей

четырехполюсник принято называть «черным ящиком». Четырехполюсники и цепи,

состоящие из нескольких четырехполюсников, являются основой тракта

передачи и преобразования сигналов, несущих информацию. Теория

четырехполюсников дает возможность единым методом анализировать системы, самые

различные по структуре и принципу действия.

Многополюсник, как один из узлов цепи, имеет более четырех выводов.

С точки зрения соотношения размеров цепей и рабочей длины волны

электрических колебаний, протекающих по ним или имеющих в них место,

различают цепи с сосредоточенными и распределенными параметрами.

Переходный процесс

Рассмотрение импульсных устройств и схем не возможно без представлении о переходном процессе. Он возникает в цепях при различных коммутациях, то есть при включении или выключении элементов схемы, источников напряжения, при коротких замыканиях отдельных цепей и т.д. Переходный процесс объясняется тем, что энергия электромагнитных полей, связанных с цепью, в разные промежутки времени неодинакова, а резкое изменение энергии невозможно из-за ограниченной мощности источников питания.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что напряжение наёмкости и ток в индуктивность не могут изменяться скачкообразно, так как данные параметры определяют энергию электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки индуктивности.

Таким образом, можно сделать вывод, что при рассмотрении импульсных схем наибольшее внимание необходимо обратить на цепи, представляющие собой комбинации резисторов и конденсаторов или резисторов и катушек индуктивностей (RC- и RL-цепей). Такие цепи применяются непосредственно для формирования импульсов, а также являются важнейшими элементами релаксационных генераторов, триггеров и других устройств. Поэтому ниже рассмотрим основные свойства элементарных RC- и RL-цепей, а также изменение формы импульсов при прохождении через эти цепи.

Дифференцирующие цепи

Довольно часто в электронике вообще, а в импульсной в частности требуется преобразовать один вид импульсов в другой (например, прямоугольный преобразовать в треугольный). Для этой цели используют различные схемы, в основе которых простейшие RC- и RL-цепи. Такие цепи называются дифференцирующими и интернирующими цепями. Для начала рассмотрим дифференцирующие цепи, которые показаны на изображении ниже.

Своё название дифференцирующие цепи получили от того, что напряжение на выходе такой цепи пропорционально производной входного напряжения, а нахождение производной в математике называется дифференцирование. В случае RC-цепи напряжение снимается с резистора, а в случае RL-цепи – с индуктивности.

Простейшие .

В настоящее время большинство дифференцирующих цепей основаны на RC-цепях, поэтому будем рассматривать их, но все основные выкладки соответствуют также и RL-цепям.

Рассмотрим, как дифференцирующая цепь будет реагировать на прямоугольный импульс. Прямоугольный импульс представляет собой как бы два скачка напряжения. Реакцию RC-цепи на скачкообразное изменение напряжения рассматривалась выше, а в случае прямоугольного импульса выходное напряжение с дифференцирующей цепи будет в виде двух коротких импульсов различной полярности, длительность которых соответствует 3τ = 3RC и 3τ = 3L/R, в случае RL-цепи.

Реакция дифференцирующей цепи на прямоугольный импульс.

Из величины и формы выходного напряжения можно сделать вывод, что дифференциальные цепи вполне могут применяться для уменьшения длительности импульсов, что довольно часто применяется на практике и ранее такие цепи иногда называли укорачивающими.

Интегрирующие цепи

Интегрирующие цепи, так же как и дифференцирующие строят на основе RC- и RL-цепей, отличие заключается в том, откуда снимают выходное напряжение.

Простейшие RC и RL интегрирующие цепи.

Своё название интегрирующие цепи получили от того, что выходное напряжение, снимаемое с их выхода пропорционально интегралу от входного напряжения. Рассмотрим реакцию интегрирующей цепи на прямоугольный импульс напряжения. Напомню, что прямоугольный импульс, по сути, является напряжением, которое изменяется ступенчато два раза. В результате первого скачка напряжения конденсатор начинает заряжаться до тех пор, пока напряжение на входе не изменится, после этого начнётся разряд конденсатора по экспоненциальному закону.

Реакция интегрирующей цепи на прямоугольный импульс.

Не трудно заметить, что длительность импульса на выходе интегрирующей цепи несколько больше, чем длительность импульса на входе. Эту особенность нередко используют для увеличения длительности импульса, и такие цепи ранее называли расширяющими.

№5 Транзисторы, их основные типы, свойства, характеристики.

Транзи́ стор (англ. transistor) — радиоэлектронный компонент из полупроводниковогоматериала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. На принципиальных схемах обозначается " VT " или " Q ".

Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.).

В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин — BJT, bipolar junction transistor). Другой важнейшей отраслью электроники является цифровая техника (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), где, напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми.

Вся современная цифровая техника построена, в основном, на полевых МОП (металл-оксид-полупроводник)-транзисторах (МОПТ), как более экономичных, по сравнению с БТ, элементах. Иногда их называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник)- транзисторы.

Классификация транзисторов

По структуре

Транзисторы

Биполярные

Полевые

p-n-p

n-p-n

С p-n-переходом

С изолированным затвором

С каналом n-типа

С каналом p-типа

Со встроенным каналом

С индуцированным каналом

Принцип действия и способы применения транзисторов существенно зависят от их типа и внутренней структуры, поэтому подробная информация об этом отнесена в соответствующие статьи.

§ Биполярные

§ n-p-n структуры, «обратной проводимости».

§ p-n-p структуры, «прямой проводимости»

§ Полевые

§ с p-n переходом

§ с изолированным затвором

§ Однопереходные

§ Криогенные транзисторы (на эффекте Джозефсона)

	p-n-p		канал p-типа
	n-p-n		канал n-типа
Биполярные		Полевые

Обозначение транзисторов разных типов.
Условные обозначения:
Э — эмиттер, К — коллектор, Б — база;
З — затвор, И — исток, С — сток.

Комбинированные транзисторы

§ Транзисторы со встроенными резисторами (Resistor-equipped transistors ( RET s)) — биполярные транзисторы со встроенными в один корпус резисторами.

§ Транзистор Дарлингтона — комбинация двух биполярных транзисторов, работающая как биполярный транзистор с высоким коэффициентом усиления по току.

§ на транзисторах одной полярности

§ на транзисторах разной полярности

§ Лямбда-диод — двухполюсник, комбинация из двух полевых транзисторов, имеющая, как и туннельный диод, значительный участок с отрицательным сопротивлением.

§ Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) — силовой электронный прибор, предназначенный в основном, для управления электрическими приводами.

По мощности

По рассеиваемой в виде тепла мощности различают:

§ маломощные транзисторы до 100 мВт

§ транзисторы средней мощности от 0, 1 до 1 Вт

§ мощные транзисторы (больше 1 Вт).

По исполнению

§ дискретные транзисторы

§ корпусные

§ Для свободного монтажаДля установки на радиатор

§ Для автоматизированных систем пайки

§ бескорпусные

§ транзисторы в составе интегральных схем.

Однотактный каскад УМ.

Однотактные каскады УМ дают возможность получить полезную выходную мощность в подключенной нагрузке от долей ватта до 2 - 3 Вт.

Типовая схема такого каскада УМ с выходным трансформатором приведена на рис. 1.9.1, а. Ввиду того, что первичная обмотка выходного трансформатора имеет небольшое омическое сопротивление постоянному току I_ко, в режиме покоя при U_вх = 0 почти все напряжение источника питания Е_к приложено к коллектору транзистора и равно

Е_к = U_кэ0 + I_э0 * R_э + I_к0 * r_{1 трансф} » (1.1 - 1.25) * U_кэ0.

Поэтому нагрузочная линия по постоянному току проходит через рабочую точку под углом, значительно большим, чем нагрузочная линия для переменного тока, соответствующая динамическому режиму работы каскада (рис. 1.9.1, в). Наличие входного сигнала U_вх = U_mвх * sinwt и базового тока i_б = I_б0 + I_mб * sinwt вызывает в выходной цепи каскада пульсирующий ток коллектора i_к = I_к0 + I_mк * sinwt и пульсирующее напряжение на коллекторе u_к = U_кэ0 + U_mк * sin(wt - p), отстающее по фазе на 180° от фазы входного напряжения в схеме с ОЭ.

нагрузки i_н=I_mн*sinwt, выделяя в нагрузке необходимую полезную мощность усиленного сигнала

Р_вых = 0, 5 * I_mк * U_mк = 0, 5 * I_mк² *R_{экв к-да}= 0, 5 * I_mн²* R_н.

Коэффициент полезного действия транзисторного каскада УМ

h = (Р_вых / Р₀) * 100% < 45%, где Р₀ = I_к0 * Е_к.

Коэффициент усиления по мощности каскада УМ

К_р = Р_вых / Р_вх.

Рис 1.9.1. Схема транзисторного однотактного каскада УМ с ОЭ:

а - с выходным трансформатором; б - с обмоткой э/м реле в коллекторной цепи; в - графический анализ работы этого каскада УМ в режиме класса А

При этом индуктируемая ЭДС во вторичной обмотке трансформатора создает ток

С учетом КПД трансформатора выходная мощность каскада УМ в режиме класса А ограничивается величиной

P_вых = P_{доп трапз} * h_трасф

Р_{доп транз} = Р_вых/ h_транз

Угловая модуляция

Частотные модуляторы. Наиболее просто частотную модуляцию

несущего колебания можно осуществить путем электронной (как правило, мгновенной)

перестройки резонансной частоты колебательного контура автогенератора. В

практических радиоэлектронных схемах это выполняется с помощью

нелинейного полупроводникового элемента — варикапа (рис. 5.11). Из теории

полупроводниковых приборов известно, что барьерная емкость С/? -и-перехода варикапа

существенно зависит от приложенного напряжения (рис. 5.11, а) и определяется

волът-фарадной характеристикой С(и).

Для реализации частотной модуляции

необходимо по закону модулирующего сигнала изменять частоту несущего колебания. На

рис. 5.11, б в схеме частотного модулятора штриховой линией обозначен

автогенератор на ОУ (автогенераторы более подробно рассматриваются в гл. 6),

вырабатывающий в отсутствие модулирующего сигнала гармоническое несущее

колебание В этой схеме частотного модулятора индуктивность

Lк, емкость Ск и варикап VD образуют колебательный контур, резонансная

частота которого равна несущей частоте. Перестройка частоты генерируемых

колебаний достигается в модуляторе путем изменения емкости варикапа.

Фазовые модуляторы. Метод Армстронга. Метод Армстронга имеет здесь скорее познавательное значение.

Практическая его реализация обычно затруднена, поскольку из-за малого индекса

модуляции он работает на низкой частоте и требует большого числа умножителей.

№ 11 Детектирование модулированных колебаний в радиоэлектронике. Основные схемы детекторов.

Детектирование— процесс выделения модулирующего сигнала из модулированного колебания или сигнала.

Детектирование может осуществляться при когерентном и некогерентном приеме сигналов.

При когерентном приеме, при детектировании, используются данные о начальной фазе сигнала.

При некогерентном приеме, при детектировании, не используются данные о начальной фазе сигнала.

Детектирование осуществляется в устройствах — детекторах. Условное графическое обозначение детектора имеет вид:

Рисунок 38 - Условное графическое обозначение детектора: а) при когерентном приеме, б) при некогерентном приеме

Характеристиками детектора являются: детекторная, частотная характеристики и коэффициент передачи.

Детекторная характеристика представляет собой зависимость постоянной составляющей напряжения на выходе детектора от изменения информационного параметра несущей, подводимой к нему. При АМ информационным параметром является амплитуда, при ЧМ частота, при ФМ фаза.

Идеальная характеристика является линейной проходя через начало координат под углом a к оси абсцисс (рисунок 39). Реальная характеристика имеет отклонение, которые приводят к нелинейным искажениям модулирующего сигнала.

Рисунок 39 - Детекторная характеристика детектора

Частотная характеристикапредставляет собой зависимость амплитуды выходного напряжения Um_u детектора от частоты модулирующего гармонического сигнала. Реальная характеристика имеет линейный характер и постоянна для Um_uна всех частотах (рисунок 40). Отклонение реальной характеристики от идеальной приводит к частотным искажениям модулирующего сигнала. Также как и для модуляторов, по частотной характеристике определяют полосу пропускания детектора.

Рисунок 40 - Частотная характеристика детектора

Коэффициент передачи детектораопределяется для гармонического модулирующего сигнала и равен отношению амплитуды гармонического сигнала Um_u к амплитуде приращения информационного параметра несущей

Кд =Um_u/? Um. (27)

Коэффициент передачи детектора можно определить из детекторной характеристики:

Кд =ktg? (28)

где k — масштабный коэффициент пропорциональности.

Синхронное детектирование

Синхронное детектирование— это детектирование, при котором используется опорное колебание с частотой и фазой соответствующими частоте и фазе несущего колебания.

Структурная электрическая схема синхронного детектора представлена на рисунке 44.

Рисунок 44 - Структурная электрическая схема синхронного детектора

На входы балансного или кольцевого модулятора поступают сигнал S_АМ(t) и опорное колебание от генератора u_г(t):

S_АМ(t) = Um(1 + m_АМu(t)) cos (w₀t +? ₀);

u_г(t) = Um_гcos (w₀t +? ₀).

На выходе модулятора формируется сигнал u₁(t)

u₁(t) =S_АМ(t)? u_г(t) =Um(1 +m_АМu(t))cos(w₀t+j₀)?

? Um_гcos(w₀t+? ₀) = 0, 5UmUm_г(1 +m_АМu(t))?

? (1 +cos(2w₀t+ 2? ₀)) (31)

ФНЧ на выходе модулятора подавляет высокочастотные и постоянную составляющие и выделяет составляющие модулирующего сигнала:

u_вых(t) = 0, 5UmUm_гm_АМu(t) (32)

Для получения опорного колебания с частотой и фазой несущего колебания используется блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Блок ФАПЧ выделяет несущее колебание из поступившего сигнала и подстраивает под его параметры генератор.

Свойством и основным достоинством синхронного детектора является сохранение отношения сигнал-помеха на выходе детектора. Это объясняется тем, что данный детектор представляет собой преобразователь частоты, который переносит спектр сигнала в область низких частот без изменения формы сигнала и соотношений между составляющими спектра. Это свойство детектора позволяет применять последетекторную обработку сигнала.

Синхронный детектор позволяет также детектировать балансно-модулированные и однополосно-модулированные сигналы. Однако в данном случае возникают трудности с получением информации о частоте и фазе несущего колебания, т. к. составляющая несущего колебания в спектре этих сигналов отсутствует. Поэтому для детектирования этих сигналов применяют два технических решения:

§ при детектировании используют пилот-сигнал, который представляет собой остаток несущего колебания и передается вместе с сигналом, а на приеме выделяется системой ФАПЧ;

§ при детектировании на приемной стороне используется высокостабильный опорный генератор который вообще не синхронизируется. Для детектирования используется местная несущая отличающаяся от передаваемой на??. При этом возникает сдвиг частот в канале связи (рисунок 45). Если этот сдвиг не превышает 10 Гц для телефонного сигнала, то получатель его не ощущает. Отсюда следуют жесткие требования к стабильности генераторного оборудования систем связи с ОМ.

Рисунок 45 - Процесс сдвига частот в канале связи

Триггер

RS-Триггер
(R1, R2 = 1 kΩ, R3, R4 = 10 kΩ ).

Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.

Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) одинразряд числа, записанного в двоичном коде.

Триггер (бистабильный мультивибратор^[4]) — это цифровой автомат, имеющий несколько входов и 2 выхода.

Триггер — это устройство последовательностного типа с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации. Под действием входных сигналов триггер может переключаться из одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется.

Триггерами называют^[5] такие логические устройства, выходные сигналы которых определяются не только сигналами на входах, но и предысторией их работы, то есть состоянием элементов памяти.

Триггер — один из базовых (основных) элементов цифровой техники^[6]. Некоторые исследователи^[7] включают триггер в 100 великих изобретений.

Триггер не является логическим элементом первого уровня, а сам состоит из логических элементов первого уровня — инверторов илилогических вентилей. По отношению к логическим элементам первого уровня триггер является логическим устройством второго уровня.

Триггер — элементарная ячейка оперативной памяти.

Триггер — простейшее устройство, выполняющее логическую функцию с обратной связью, то есть простейшее устройствокибернетики.

N-ичный триггер — устройство (элементарная переключаемая ячейка памяти, переключатель с N устойчивыми положениями), которое имеет N устойчивых состояний и возможность переключения из любого состояния в любое другое состояние.

Триггер — это логическое устройство с двумя устойчивыми состояниями 0 и 1, имеющие несколько входов и два выхода, один прямой, а другой инверсный.

Триггеры подразделяются на две большие группы — динамические и статические. Названы они так по способу представления выходной информации.

Динамический триггер представляет собой управляемый генератор, одно из состояний которого (единичное) характеризуется наличием на выходе непрерывной последовательности импульсов определённой частоты, а другое (нулевое) — отсутствием выходных импульсов. Смена состояний производится внешними импульсами (рис. 3).

К статическим триггерам относят устройства, каждое состояние которых характеризуется неизменными уровнями выходного напряжения (выходными потенциалами): высоким — близким к напряжению питания и низким — около нуля. Статические триггеры по способу представления выходной информации часто называют потенциальными.

Статические (потенциальные) триггеры, в свою очередь, подразделяются на две неравные по практическому значению группы — симметричные и несимметричные триггеры. Оба класса реализуются на двухкаскадном двухинверторном усилителе с положительной обратной связью, а названием своим они обязаны способам организации внутренних электрических связей между элементами схемы.

Симметричные триггеры отличает симметрия схемы и по структуре, и по параметрам элементов обоих плеч. Для несимметричных триггеров характерна неидентичность параметров элементов отдельных каскадов, а также и связей между ними.

Симметричные статические триггеры составляют основную массу триггеров, используемых в современной радиоэлектронной аппаратуре. Схемы симметричных триггеров в простейшей реализации (2х2ИЛИНЕ) показаны на рис. 4.

Основной и наиболее общий классификационный признак — функциональный — позволяет систематизировать статические симметричные триггеры по способу организации логических связей между входами и выходами триггера в определённые дискретные моменты времени до и после появления входных сигналов. По этой классификации триггеры характеризуются числом логических входов и их функциональным назначением (рис. 5).

Вторая классификационная схема, независимая от функциональной, характеризует триггеры по способу ввода информации и оценивает их по времени обновления выходной информации относительно момента смены информации на входах (рис. 6).

Каждая из систем классификации характеризует триггеры по разным показателям и поэтому дополняет одна другую. К примеру, триггеры RS-типа могут быть в синхронном и асинхронном исполнении.

Асинхронный триггер изменяет своё состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала(ов), с некоторой задержкой равной сумме задержек на элементах, составляющих данный триггер.

Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации С (от англ. clock). Этот вход также обозначают термином «такт». Такие информационные сигналы называют синхронными. Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим и с динамическим управлением по входу синхронизации С.

Триггеры со статическим управлением воспринимают информационные сигналы при подаче на вход С логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход).

Триггеры с динамическим управлением воспринимают информационные сигналы при изменении (перепаде) сигнала на входе С от 0 к 1 (прямой динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход). Также встречается название «триггер управляемый фронтом».

Одноступенчатые триггеры ( latch, защёлки) состоят из одной ступени представляющей собой элемент памяти и схему управления, бывают, как правило, со статическим управлением. Одноступенчатые триггеры с динамическим управлением применяются в первой ступени двухступенчатых триггеров с динамическим управлением. Одноступенчатый триггер на УГО обозначают одной буквой - Т.

Двухступенчатые триггеры ( flip-flop, шлёпающие) делятся на триггеры со статическим управлением и триггеры с динамическим управлением. При одном уровне сигнала на входе С информация, в соответствии с логикой работы триггера, записывается в первую ступень (вторая ступень заблокирована для записи). При другом уровне этого сигнала происходит копирование состояния первой ступени во вторую (первая ступень заблокирована для записи), выходной сигнал появляется в этот момент времени с задержкой равной задержке срабатывания ступени. Обычно двухступенчатые триггеры применяются в схемах, где логические функции входов триггера зависят от его выходов, во избежание временны́ х гонок. Двухступенчатый триггер на УГО обозначают двумя буквами - ТТ.

Триггеры со сложной логикой бывают также одно- и двухступенчатые. В этих триггерах наряду с синхронными сигналами присутствуют и асинхронные. Такой триггер изображён на рис. 1, верхний (S) и нижний (R) входные сигналы являются асинхронными.

Базовые понятия[править | править вики-текст]

Триггер — это запоминающий элемент с двумя (или более) устойчивыми состояниями, изменение которых происходит под действием входных сигналов и предназначен для хранения одного бита информации, то есть лог. 0 или лог. 1.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒