Никель-кадмиевые аккумуляторы.

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Никель-кадмиевые аккумуляторы.

Никель-кадмиевые аккумуляторы являются старейшими из ныне используемых. Технология их производства хорошо изучена и

отработана.

Для NiCd аккумуляторов быстрый заряд предпочтительней медленного. Кроме того, лучше применять не заряд постоянным

током, а импульсный.

В отличие от других типов химии, NiCd отлично выдерживает большие токи. NiCd аккумуляторы лучше других подходят для

работы в экстремальных температурных диапазонах.

Постоянная подзарядка недоразряженных NiCd аккумуляторов плохо сказывается на их работоспособности. Периодический

полный разряд очень важен, так как он препятствует формированию крупных кристаллических образований на электродах ячеек

аккумулятора. Процесс формирования этих образований именуется эффектом памяти. В результате, аккумулятор постепенно

ухудшает свои параметры.

Область применения NiCd аккумуляторов достаточно широка: портативные радиостанции, медицинское, радиоэлектронное

оборудование, профессиональные видеокамеры, электроинструменты. NiCd аккумуляторы составляют около 50% от всего парка

аккумуляторов для портативной техники. Однако, развитие новых типов аккумуляторов с более высокой плотностью энергии и

использованием более экологически чистых технологий постепенно снижают удельный вес NiCd в общем парке аккумуляторов.

Достоинства и недостатки NiCd аккумуляторов.

Достоинства.

1. Большой ресурс. Будучи обслуживаемыми должным образом, NiCd аккумуляторы обеспечивают 1000 - 1500 циклов

заряд/разряд.

2. Очень хорошая нагрузочная способность. NiCd аккумуляторы обеспечивают большой ток нагрузки.

3. Долгий срок службы.*

4. Простота хранения и транспортировки. Большинство авиакомпаний разрешают перевозку NiCd аккумуляторов без

специальных мер предосторожности.

5. NiCd аккумуляторы хорошо подходят для работы при низких температурах.

6. Не критичность к режимам работы. NiCd аккумуляторы являются одними из самых нечувствительных к нарушению

режимов заряда и разряда.

7. Низкая стоимость. По отношению цена/ресурс NiCd аккумуляторы являются самыми экономичными.

Недостатки.

1. Достаточно низкая, в сравнение с новыми типами аккумуляторов, плотность энергии.

2. Эффект памяти. Необходимость периодических тренировок для его профилактики.

3. NiCd содержат токсичные материалы.

4. Достаточно большой ток саморазряда. NiCd аккумуляторы требуют дозарядки после хранения.

Никель-металлогидридные аккумуляторы.

Разработанные в качестве замены NiCd аккумуляторам, никель-металлогидридные (NiMH) имеют два существенных плюса:

высокая плотность энергии и экологическая безопасность. Современные NiMH аккумуляторы имеют на 40% большую плотность

энергии, по сравнению с NiCd. Это позволяет делать аккумуляторы более высокой емкости в тех же габаритах.

Однако, за эти достоинства пришлось заплатить повышенным током саморазряда: у NiMH аккумуляторов он в 1.5 раза выше, чем

у NiCd.

Тем не менее NiMH аккумуляторы успешно заменили NiCd в мобильных телефонах и портативных компьютерах.

Достоинства и недостатки NiMH аккумуляторов.

Достоинства.

1. Емкость, на 30-40% большая, чем у NiCd аккумуляторов, причем потенциал создания NiMH аккумуляторов еще большей

емкости не исчерпан.

2. Эффект памяти в NiMH аккумуляторах выражен гораздо слабее, чем в NiCd.

3. Простота хранения и транспортировки - никаких специальных требований.

4. Экологическая безопасность.

Недостатки.

1. Относительно небольшой ресурс. Если в течение каждого рабочего цикла аккумулятор разряжается полностью, то

заметное ухудшение параметров начинается уже после 200-300 циклов заряд/разряд. Для NiMH аккумулятора частичный

разряд более предпочтителен, чем полный.

2. Ограниченный ток разряда. Не смотря на то, что NiMH аккумуляторы способны отдавать в нагрузку большой ток, это

снижает их ресурс. Оптимальным нагрузочным током является величина 0.2С-0.5С.

3. Более сложный алгоритм заряда. Вследствие того, что NiMH аккумулятор в процессе заряда греется гораздо сильнее,

чем NiCd, время заряда увеличивается.

4. Большой саморазряд.

5. Поскольку параметры NiMH аккумуляторов ухудшаются при повышенной температуре, это накладывает дополнительные

ограничения на условия хранения. Аккумуляторы должны храниться в прохладном помещении и должны быть

заряженными примерно на 40% от номинальной емкости.

6. Необходимость регулярного обслуживания. Для профилактики эффекта памяти требуются периодические тренировки.

Литий-ионные аккумуляторы.

Несмотря на то, что работы по созданию аккумулятора на базе лития были начаты в 1912 году, первые коммерческие образцы

были выпущены в 1991 году. Это связано с существенными проблемами обеспечения безопасности эксплуатации аккумуляторов,

с которыми столкнулись разработчики. В частности, в 1991 году, пионер разработки и производства литиевых аккумуляторов -

фирма Sony, была вынуждена отозвать первую партию аккумуляторов для сотовых телефонов, в связи с их опасностью для

пользователя.

Тем не менее, достоинства этого типа химии настолько очевидны, что разработка продолжалась и был достигнут разумный

компромисс между эксплуатационными характеристиками и безопасностью. Вслед за Sony, литиевые аккумуляторы стали

производить и другие фирмы. Сейчас аккумуляторы на основе лития являются наиболее интенсивно развивающейся

технологией.

Плотность энергии Li-ion аккумулятора вдвое больше, чем у NiCd и потенциал технологии позволят в будущем значительно

повысить этот параметр. Помимо высокой емкости, Li-ion аккумуляторы имеют очень хорошие нагрузочные характеристики,

сходные с характеристиками NiCd. При разряде аккумулятора от его напряжение изменяется в очень небольших пределах, что

упрощает проектирование аппаратуры.

Li-ion аккумуляторы относятся к классу не требующих обслуживания, поскольку не имеют эффекта памяти. Кроме того,

саморазряд Li-ion вдвое меньше, чем у NiCd.

Напряжение ячейки у Li-ion аккумуляторов выше, чем у NiCd и NiMH и составляет 3.6В. Поэтому, как правило, Li-ion аккумуляторы

состоят только из одной ячейки. Это упрощает конструкцию аккумуляторов. Малое внутреннее сопротивление литиевых

аккумуляторов позволяет обеспечивать передачу в нагрузку значительной мощности.

Различия в химии Li-ion аккумуляторов.

На самом деле, под названием " литий-

ионные аккумуляторы" объединены

несколько подклассов, которые значительно

разняться между собой по своим

параметрам. По материалу отрицательного

электрода Li-ion аккумуляторы можно

разделить на графитовые и коксовые.

Причем коксовые аккумуляторы уже

практически не производятся, поскольку

значительно проигрывают графитовым по

нагрузочным характеристикам.

На рисунке изображены кривые разряда

графитового и коксового аккумуляторов. Из

графиков видно, что для того, чтобы отдать

в нагрузку одинаковую мощность,

графитовому аккумулятору надо

разрядиться до напряжения 3В, тогда, как

коксовому - до 2.5В. То есть диапазон

напряжения питания устройства,

работающего от графитового аккумулятора

может быть меньше, чем при питании от

коксового. Кроме того, внутреннее

сопротивление графитовых аккумуляторов

меньше, что позволяет отдавать им в

нагрузку больший ток.

По материалу положительного электрода,

литий-ионные аккумуляторы можно

разделить на кобальтовые и марганцевые.

Исторически первыми появились кобальтовые аккумуляторы, поэтому они лучше изучены и технология более отработана.

Однако, марганцевые более безопасны и менее чувствительны к нарушению режимов эксплуатации. В то время, как кобальтовые

аккумуляторы требуют достаточно сложных электронных схем защиты, марганцевые требуют только предохранителя и

температурного датчика. Это упрощает и удешевляет конструкцию.

Ниже приведена сравнительная таблица кобальтовых и марганцевых аккумуляторов.

Кобальтовые Марганцевые

Плотность энергии (Вт*ч/кг) 140 120

Безопасность

В случае перезаряда, существует

возможность выделения свободного

металлического лития на электроде. Это

создает опасность взрыва аккумулятора

при отсутствии специальных схем

защиты.

В случае перезаряда, на марганцевом

электроде лития не формируется, поэтому

чрезмерного нагрева ячейки не

происходит.

Температура

Широкий температурный диапазон.

Предпочтительной является работа в

нагретом состоянии.

Потеря емкости при рабочей температуре

выше 40°С.

Старение

Возможно только краткосрочное

хранение. Внутреннее сопротивление

увеличивается пропорционально времени

хранения. Новые версии кобальтовых

аккумуляторов допускают более долгое

хранение.

Эффекты старения менее выражены, чем у

кобальта. На всем протяжении времени

жизни, внутреннее сопротивление

изменяется незначительно. В связи с

непрерывными усовершенствованиями,

время хранения трудно определить.

Ресурс 300 циклов, по достижении 500 циклов

емкость снижается вдвое. Меньше, чем у кобальта.

Цена

Материалы достаточно дороги,

дополнительную стоимость создают

схемы защиты.

Стоимость материалов на 30% меньше,

чем у кобальта. Дополнительная экономия

на упрощенных цепях защиты.

Марганцевые аккумуляторы более безопасны в эксплуатации и менее критичны к соблюдению режимов заряда и разряда, однако

имеют пониженную плотность энергии по с равнению с кобальтовыми.

Выбор того или иного материала и присадок при производстве аккумулятора определяется компромиссом между высокой

плотностью энергии, длительным временем хранения, временем жизни и безопасностью. Большая плотность энергии может быть

достигнута достаточно просто. Например, добавляя большее количество никеля, вместо кобальта, можно получить очень

большую емкость и удешевить производство, однако потерять в безопасности. Начинающие производители могут поставить себе

целью достижение максимальной емкости для более эффектного появления на рынке. При таком подходе, как правило, страдают

остальные рабочие характеристики аккумулятора, в первую очередь - безопасность.

Производители, сделавшие себе имя, такие, как Sony, Panasonic, Sanyo, Moly Energy, Polystor, основное внимание уделяют

безопасности эксплуатации своей продукции.

Наряду с неоспоримыми достоинствами, литий-ионные аккумуляторы имеют свои недостатки. В связи со

взрывоопасностью, Li-ion аккумуляторы требуют обязательного наличия электронных схем защиты. Такие схемы встроены в

каждый аккумулятор и ограничивают пиковое напряжение на ячейке в процессе заряда, не дают ячейке разряжаться ниже

допустимого уровня, ограничивают ток и контролируют температуру. Использование схем защиты практически устраняет

опасность взрыва аккумулятора.

Эффект старения также является слабым местом литий-ионных аккумуляторов. Производители достаточно глухо говорят об этой

проблеме. Снижение емкости аккумулятора начинается после года хранения, причем не имеет значения, находился ли он в

эксплуатации или лежал на полке. Через два, максимум - три, года хранения, аккумулятор становится непригодным к

эксплуатации. Необходимо упомянуть, что аккумуляторы других типов химии также подвержены старению. Особенно NiMH, при

хранении в условиях повышенной температуры.

Хранение аккумуляторов в прохладном месте замедляет процесс старения Li-ion аккумуляторов (также, это справедливо и для

других типов химии). Производители рекомендуют хранить аккумуляторы при температуре 15°С. Кроме того, Li-ion аккумуляторы

не должны быть полностью разряжены.

Резюмируя сказанное, можно заключить, что для Li-ion аккумуляторов длительное хранение не рекомендуется. Аккумуляторы, в

идеале, должны находится в эксплуатации сразу же после выхода с завода-производителя. Покупатель должен знать дату

производства аккумулятора.

Достоинства.

1. Высокая плотность энергии, причем потенциал для ее увеличения еще не исчерпан.

2. Низкий ток саморазряда. Менее половины от величины саморазряда NiCd аккумуляторов.

3. Не требуется периодического обслуживания.

Недостатки.

1. Необходимость специальных схем защиты для ограничения тока и напряжения.

2. Подвержена старению вне зависимости от режима эксплуатации. Хранение в прохладном месте способно снизить

интенсивность старения на 40%.

3. Ограниченный ток нагрузки.

4. Особые требования условиям транспортировки. Это касается только партий аккумуляторов.

5. Высокая стоимость производства. На 40% выше, чем производство NiCd.

6. Поскольку не существует устоявшейся технологии производства, новые модификации появляются раз в полгода, то

изменение химического состава аккумуляторов может сказываться на точности результатов тестирования.

Достоинства.

1. Очень тонкие ячейки. Толщина аккумулятора может быть менее 1мм.

2. Пластичность. Ячейке можно придать любую форму, удобную производителю.

3. Малый вес.

4. Безопасность. Полимерные аккумуляторы устойчивы к перезаряду. Исключена утечка электролита.

Недостатки.

1. На данный момент, более низкая плотность энергии и ресурс, по сравнению с Li-ion. Однако потенциал для развития

существует.

2. Дорогое производство.

Достоинства.

1. Эти аккумуляторы дешевы и просты в производстве.

2. Хорошо отработанная технология. При соблюдении правил эксплуатации, SLA аккумуляторы очень надежны.

3. Саморазряд - самый маленький среди всех типов аккумуляторов.

4. Аккумуляторы нетребовательны к обслуживанию. Эффект памяти и необходимость доливать электролит отсутствуют.

Недостатки.

1. Невозможность хранить в разряженном состоянии - быстро выходят из строя.

2. Низкая плотность энергии, что ограничивает области применения.

чем NiCd, время заряда увеличивается.

4. Допускают очень ограниченное количество полных циклов разряда.

5. Содержат экологически вредные материалы.

6. Сильная температурная зависимость.

Емкость батареи

Количество энергии, которое может быть сохранено в батарее, называется ее емкостью. Она измеряется в ампер-часах. Одна АБ емкостью 100 Ач может питать нагрузку током 1 А в течение 100 часов, или током 4 А в течение 25 часов, и т.п., хотя емкость батареи снижается при увеличении разрядного тока. На рынке продаются батареи емкостью от 1 до 2000 Ач. Каждый процесс разряда-заряда называется зарядным циклом, причем не обязательно полностью разряжать аккумулятор. Например, если вы разрядили аккумулятор на 5 или 10% и затем снова зарядили его - это тоже считается как 1 цикл. Конечно, количество возможных циклов будет сильно отличаться при различной глубине разряда. Явление саморазряда характерно в большей или меньшей степени для всех типов аккумуляторов и заключается в потере ими своей емкости после того, как они были полностью заряжены в отсутствие внешнего потребителя тока.

Интегральная микросхема (ИС) - микроэлектронное изделие, выпол-

няющее определенную функцию по преобразованию электрических сигналов

и представляющее собой совокупность компонентов (транзисторов, резисто-

ров, диодов и т.п.), изготавливаемых в одном технологическом цикле на об-

щей диэлектрической или полупроводниковой основе.

Основными активными компонентами ИС являются биполярные или

униполярные транзисторы. Параметром, определяющим уровень сложности

ИС, является степень интеграции. Количественно она характеризуется чис-

лом активных компонентов, располагаемых на кристалле одной ИС. По это-

му критерию ИС условно подразделяются на:

· малые (ИС) - до 100 активных компонентов на кристалле;

· средние (СИС) - до 10000;

· большие (БИС) - до 100000;

· сверхбольшие (СБИС) - свыше 100000.

Дешифратор (декодер) - это комбинационное устройство с несколькими

входами и несколькими выходами, у которого каждой комбинации входных

сигналов соответствует активный уровень на одном из выходов. Классиче-

ский дешифратор преобразует n-разрядный двоичный код в унитарный код,

т.е. код, содержащий 2n разрядов, только один из которых равен 1, при этом

номер этого разряда является десятичным эквивалентом двоичной комбина-

ции, поданной на n входов дешифратора. Сказанное можно считать словес-

ным заданием функции дешифратора.

Для аналитического задания положим, что число входов дешифратора

n=3, тогда число выходов 2n = 8.

Дешифраторы как самостоятельные функциональные узлы в виде от-

дельных микросхем входят в состав многих серий ИС.

Кроме информационных или адресных входов x, большинство дешифра-

торов снабжаются одним или несколькими разрешающими или стробирую-

щими входами Е. Их наличие может быть отображено и в аналитическом

описании путем включения в каждую конъюнкцию четвертого элемента Е.

Это означает, что при разрешающем сигнале на входе Е дешифратор выпол-

няет свою функцию, а при запрещающем - дешифратор блокирован, т.е. на

всех его выходах пассивные уровни вне зависимости от комбинации на ад-

ресных входах.

Основное назначение входа стробирования состоит в обеспечении воз-

можности с его помощью синхронизировать работу дешифратора с работой

остальных функциональных узлов, входящих в какое-либо устройство. Так,

например, при асинхронном изменении значений отдельных разрядов при

переходе от одной входной кодовой комбинации к другой могут возникнуть

короткие (время переходного процесса) импульсы на тех выходах дешифра-

тора, на которых они не должны появляться ни при предыдущей, ни при по-

следующей входной комбинации. Избежать появления этих ложных импуль-

сов на выходах позволяет подача стробирующего сигнала только после за-

вершения переходного процесса на входах дешифратора.

Кроме того, вход стробирования может быть использован при наращива-

нии разрядности дешифраторов. Дешифраторы как самостоятельные ИС

имеют не более 16 выходов. При необходимости построения дешифратора с

большим числом выходов используется пирамидальный принцип наращива-

ния разрядности, когда в основании пирамиды устанавливается столько де-

шифраторов, сколько необходимо, чтобы получить требуемое число выхо-

дов. Одноименные адресные входы этих дешифраторов объединяются и об-

разуют группу младших адресных входов синтезируемого дешифратора. В

вершине пирамиды устанавливается дешифратор со столькими выходами,

сколько дешифраторов установлено в основании пирамиды. Выходы этого

дешифратора соединяются с входами стробирования соответствующих де-

шифраторов основания пирамиды, а его входы образуют группу старших ад-

ресных входов синтезируемого дешифратора.

Дешифраторы могут быть использованы для реализации логических

функций, число переменных которых равно числу адресных входов дешиф-

ратора. Поскольку система уравнений, описывающих работу дешифратора,

представляет собой все возможные конъюнкции от входных переменных в их

прямом или инверсном виде, то для реализации логической функции, пред-

ставленной в СДНФ, достаточно выполнить дизъюнкцию над соответствую-

щими выходами дешифратора.

Дешифраторы, выполненные в виде самостоятельных микросхем разли-

чаются числом информационных входов и наличием или отсутствием входа

(входов) стробирования. Выходы у большинства ИС дешифраторов выпол-

нятся инверсными. Микросхема К155ИД3 (рис.4.3) служит для преобразова-

ния четырехразрядного двоичного кода в код «1 из 16», т.е. размерность де-

шифратора 4´ 16. Микросхема имеет четыре информационных входа DI1,

DI2, DI4, DI8, два инверсных входа стробирования Е1 и Е2, объединенных по

логическому И, и 16 инверсных выходов DO0 – DO15. В зависимости от спо-

соба включения ИС может работать как дешифратор и как демультиплексор.

Микросхема К155ИД4 (рис. 4.4) содержит в одном корпусе два дешифра-

тора–демультиплексора каждый размерностью 2´ 4. Каждая секция имеет по

два объединенных по логическому И входа стробирования и по четыре ин-

версных выхода DO0 – DO3. Информационные входы DI1 и DI2 – общие для

обеих секций, т.е. объединены внутри микросхемы. Различие между секция-

ми состоит в том, что у одной из них оба стробирующих входа являются ин-

версными (G1, G2), а у второй – один прямой (Е2), а другой инверсный (Е1).

В зависимости от схемы включения ИС может быть использована в следую-

щих режимах: два дешифратора 2´ 4, один дешифратор 3´ 8, два демультип-

лексора 1: 4, один демультиплексор 1: 8. При использовании К155ИД4 следует

обращать внимание на то, что выходы у этой ИС с открытым коллектором.__

Шифратором (кодером) называется комбинационное устройство, пре-

образующее унитарный код, подаваемый на входы, в соответствующий дво-

ичный или двоично-десятичный код на выходах. Таким образом, шифратор

реализует функцию, обратную функции дешифратора. Если с выходов шиф-

ратора снимается n-разрядный двоичный код, то максимальное число входов

должно быть равно 2n. При этом выходной код представляет собой двоичный

эквивалент номера входа, на котором активный уровень сигнала. Сказанное

можно считать словесным заданием функции шифратора. На основании это-

D I

D O

E 1

E 2

DC /

DMX

И Д 3

7654 9

D I

D O

G 1

G 2

D C /

DMX

И Д 4

Рис. 4.3 Рис. 4.4

го словесного задания, положив число входов шифратора равным 8 = 23 и

обозначив их I0 - I7, составим таблицу истинности (табл. 4.1) шифратора, в

которой число выходов шифратора равно 3 и обозначены они A0 - A2.

Шифраторы, выполненные в виде самостоятельных микросхем, чаще все-

го бывают приоритетными, отличаясь числом информационных входов, вхо-

дов стробирования, наличием дополнительных служебных выходов, обеспе-

I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7

Рис. 4.5

I CD A

Рис. 4.6

чивающих возможность наращивания разрядности, а также характером сиг-

налов (прямые или инверсные) на всех названных входах и выходах.

Мультиплексором называется комбинационное устройство, предназна-

ченное для коммутации в желаемом порядке сигналов с нескольких входов

на единственный выход. В этом смысле можно уподобить мультиплексор

многопозиционному переключателю.

Входы мультиплексора по функциональному назначению делятся на

информационные, адресные (или селектирующие) и разрешающие (или стро-

бирующие). Подачей на селектирующие входы кодовой комбинации осуще-

ствляется выбор соответствующего этой комбинации информационного вхо-

да, подключаемого к выходу мультиплексора, а сигнал на стробирующем

входе разрешает это подключение. У большинства мультиплексоров реали-

зуется следующее правило выбора: к выходу подключается тот информаци-

онный вход, номер которого в двоичном коде подан на селектирующие вхо-

ды.

Сказанное можно считать словесным заданием функции мультиплексора.

Для аналитического задания положим число селектирующих входов n=3 и

обозначим их A1 - A3. Тогда число информационных входов равно 2n = 8. Мультиплексоры, будучи предельно универсальными логическими эле-

ментами, могут использоваться для реализации логических функций. С по-

мощью мультиплексора может быть реализована любая логическая функция

от n+1 переменной, где n - число селектирующих входов мультиплексора.

Для этого n переменных подается на селектирующие входы мультиплексора,

а на его информационные входы подаются или константа 0, или константа 1,

или прямое значение (n+1)-й переменной, или ее инверсное значение в соот-

ветствии с таблицей истинности реализуемой функции.

Мультиплексоры, выполненные в виде самостоятельных микросхем, раз-

личаются числом информационных и селектирующих входов, наличием или

отсутствием входа (входов) стробирования, а также характером выходных

сигналов, которые могут быть прямыми или (и) инверсными относительно

входных информационных.

Сумматоры представляют собой функциональные цифровые устройст-

ва, выполняющие сложение чисел. Суммирование осуществляется в двоич-

ном коде. По характеру действия сумматоры подразделяются на комбинаци-

онные и накапливающие, т.е. сохраняющие результат в специальном регист-

ре. Каждый из многоразрядных сумматоров может быть отнесен в зависимо-

сти от способов сложения к параллельному или последовательному типу. В

последовательных сумматорах сложение выполняется поразрядно и последо-

вательно во времени, а в сумматорах параллельного типа все разряды сумми-

руются одновременно. И те, и другие сумматоры строятся на основе одно-

разрядных полных сумматоров. Сложение выполняется в каждом разряде от-

дельно, но с учетом результата сложения в предыдущем разряде, т.е. с уче-

том переноса. Таким образом, каждый одноразрядный полный сумматор

должен иметь один вход переноса P0, два входа слагаемых A и B, выход сум-

мы S и выход переноса P1. Сумматоры, выполненные в виде самостоятельных микросхем, различа-

ются в основном разрядностью суммируемых двоичных чисел.

К триггерам относится большой класс устройств, общим свойством ко-

торых является способность сколь угодно долго оставаться в одном из двух

возможных устойчивых состояний и скачком переходить в другое под воз-

действием внешних сигналов, оставаясь в этом состоянии и после снятия

сигналов, установивших его в это состояние.

Таким образом, основное назначение триггера - запоминание значения

одной логической переменной или одного разряда двоичного слова или чис-

ла. Под запоминанием понимается указанная выше способность триггера ос-

таваться в заданном устойчивом состоянии и после снятия сигнала, устано-

вившего его в это состояние.

Состояние триггера распознается по уровню на его выходе. Триггеры

обычно имеют два выхода - прямой и инверсный. Принято говорить, что

триггер находится в единичном состоянии, если не его прямом выходе уро-

вень логической 1, а на инверсном - уровень логического 0.

Триггеры отличаются большим разнообразием типов и схемных реше-

ний, определяемых их функциональным назначением и способами записи в

них информации.

Функциональное назначение триггеров определяется зависимостью зна-

чений на их выходах от значений входных сигналов.__ Классификация триггеров по способу записи информации характеризует

ход процесса переключения триггера. По этому классификационному при-

знаку триггеры подразделяются на асинхронные и синхронные. Синхронные триггеры помимо информационных входов имеют такти-

рующий или синхронизирующий вход С, и переключение такого триггера в

состояние, определяемое сигналами, поданными на информационные входы,

происходит только при наличии соответствующего сигнала на входе синхро-

низации.

Регистром называется упорядоченная совокупность триггеров, предна-

значенная для хранения многоразрядных двоичных слов или их частей. По способу ввода и вывода информации регистры подразделяются на

параллельные, последовательные и универсальные.

Параллельным называется регистр с параллельной записью и парал-

лельным считыванием всех разрядов записываемого или считываемого слова.

Для его реализации необходимо столько триггеров, какова должна быть раз-

рядность регистра. Информационный вход каждого триггера становится од-

ним из информационных входов регистра, а для обеспечения параллельной,

т.е. одновременной, записи каждого разряда слова в соответствующий ему

триггер входы синхронизации всех триггеров следует объединить, сделав по-

лученный вход входом синхронизации параллельной записи в регистр. Схема

трехразрядного параллельного регистра, реализованного на D-триггерах с

прямым динамическим управлением, и его УГО приведены на рис. 5.14.

Последовательным регистром или регистром сдвига называется регистр,

который осуществляет запись и считывание многоразрядного двоичного сло-

ва, представленного в последовательном коде. Это означает, что слово вво-

дится в регистр последовательно по одному разряду в каждом такте синхро-

низации, причем ввод осуществляется через единственный информационный

вход регистра, в качестве которого выступает информационный вход первого

триггера регистра. Отсюда следует, что в схеме регистра сдвига выход каж-

дого триггера должен быть связан с информационным входом следующего

TM5

Рис. 5.11

TM7

Рис. 5.12

D1234

TM8

Рис. 5.13

триггера для обеспечения перезаписи из разряда в разряд (сдвига), а синхро-

низирующие входы всех триггеров должны быть объединены для обеспече-

ния одновременности перезаписи. В результате этого объединения формиру-

ется вход синхронизации сдвига регистра.__

Регистры, сочетающие в себе свойства параллельных и последователь-

ных, называются универсальными.

15-18

Стандарт АТ

Стандарт АТ первым использовался в компьютерных блоках питания. Он появился на свет одновременно с первыми IBM-совместимыми компьютерами и применялся вплоть до 1995 года.

Блок питания стандарта AT обеспечивал компьютер четырьмя постоянными напряжениями - +5, + 12, -5 и -12 В. Однако по мере развития процессоров и всевозможной периферии, во-первых, росла общая потребляемая компьютером мощность, во-вторых, все больше сказывалось отсутствие в АТ-блоках напряжения +3, 3 В, которое приходилось получать непосредственно на системной плате отдельным стабилизатором. Кроме того, формат корпусов AT был не очень удобен для сборки компьютеров и не оптимизирован с точки зрения охлаждения.

В блоках питания стандарта AT выключатель питания находится в силовой цепи и обычно выводится на переднюю панель корпуса отдельным проводом. Как следствие, автоматическое включение и выключение компьютера невозможно. Блок питания стандарта AT подключается к материнской плате двумя одинаковыми шестиконтактными разъёмами, включающимися в один 12-контактный разъём на материнской плате. К разъёмам от блока питания идут разноцветные провода, и правильным считается подключение, когда контакты разъёмов с чёрными проводами сходятся в центре разъёма материнской платы.

Все это привело к разработке компанией Intel в 1995 г. формата АТХ - нового типа корпусов и блоков питания.

Стандарт ATX

В блоке питания АТХ количество выходных напряжения увеличилось: добавились напряжения +3, 3 и +5 В SB (Stand-By). Последнее было введено для реализации таких функций, как " пробуждение" компьютера по сигналу из локальной сети, от модема, по нажатию клавиши на клавиатуре или мыши, а также для реализации " дремлющего" режима S3 Suspend-to-RAM, в котором все текущие данные хранятся в оперативной памяти даже при выключенном компьютере. Очевидно, что напряжение +5 В SB должно присутствовать вне зависимости от того, включен или выключен компьютер (если, конечно, он физически не отключен от розетки), поэтому его стабилизатор - это практически отдельный миниатюрный маломощный блок питания, функционирующий непрерывно. Если в формате AT кнопка включения компьютера снимала с блока питания напряжение 220 В, то в АТХ кнопка включения лишь дает на блок питания команду остановить ШИМ-контроллер основного стабилизатора, но сам блок при этом остается подключенным к сети, и в нем продолжает работать стабилизатор дежурного режима +5 В SB. Для того чтобы отключить блок полностью, требуется либо воспользоваться имеющейся на многих моделях клавишей на задней стенке блока, либо физически отключить его от сети 220 В.

Постепенно в стандарт АТХ вносились изменения, но до определенного момента они не оказывали существенного влияния на блок питания. Новой тенденцией, приведшей к заметному с точки зрения пользователя изменению БП, был переход на 12-В питание стабилизатора процессора.

Стандарт АТХ12V

До выпуска компанией Intel процессора Pentium 4 со значительной потребляемой мощностью обычным решением было питание стабилизатора процессора от +5-В шины. Очевидно, что для процессора с потребляемой мощностью, скажем, 50 Вт даже без учета потерь на расположенном на системной плате стабилизаторе (а это еще как минимум 10%) ток при питании от упомянутой шины составит 10 А, что весьма немало. Такие токи, во-первых, осложняют размещение компонентов на системной плате, ибо крупный разъем питания АТХ зачастую трудно расположить в удобном для разработчика печатной платы месте (как можно ближе к стабилизатору питания процессора), а во-вторых, недостаточно плотный контакт в разъеме питания системной платы вызывал перегрев контактов и разъема с дальнейшим ухудшением контакта и более чем вероятными сбоями системы. Выходом из этой ситуации стал переход на питание стабилизатора ЦП от +12-В шины. Известно, что если напряжение в 2, 4 раза больше, то ток при той же потребляемой мощности будет в 2, 4 раза меньше, а, кроме того, установленный на плате стабилизатор, как и любой преобразователь постоянного тока, увеличивает свой КПД с ростом входного напряжения. Однако возникла другая проблема: поскольку до последнего времени серьезных потребителей +12 В на системной плате не было, то в разъеме ее питания был предусмотрен всего один провод для этого напряжения, что могло привести к перегреву и обгоранию контактов из-за чрезмерно большого тока через них. Эта проблема была решена добавлением еще одного разъема питания системной платы - маленького четырех контактного ATX12V, который не только добавил два дополнительных провода +12 В, но и благодаря своим скромным размерам позволил размещать его рядом со стабилизаторами питания процессора, серьезно упростив работу разработчикам печатных плат. Таким образом, летом 2000 г. компания Intel выпустила инженерное дополнение к стандарту АТХ 2.03, названное " ATX12V". Помимо вышеупомянутого разъема, в нем были ужесточены требования к блоку питания: при той же суммарной выходной мощности, что и раньше, блок должен был обеспечивать большие токи по шинам +12 и +3, 3 В. Более того, устанавливалась нижняя граница максимального тока по шине +12 В - 10 А вне зависимости от суммарной мощности БП; блок, не обеспечивающий такого тока, не может считаться соответствующим стандарту ATX12V.

12 3 4 Следующая ⇒