Базовый логический элемент ИЛИ/ИЛИ-НЕ

Цифровая схемотехника

Наименование дисциплины

Преподаватель Давыдов В. М

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

Подоров Василий

Фамилия, имя,

Алексеевич

Отчество студента

Шифр: А-2-15-П-979_________________________

Адрес студента г.Инта пст.Абезь ул. Вокзальная 5-3.

 

Задача №4

Начертите схему укорачивающей RC-цепи, укажите ее назна­чение. Начертите форму выходного импульса при действии на входе прямоугольного импульса длительностью t_{и вх}. Рассчитайте параметры RC-цепи и длительность выходного импульса, исполь­зуя исходные данные табл. 2.

Таблица 2

№ задачи	tи вх., мкс	Теоретический вопрос
		Дайте определение длительности фрон­та, среза, длительности импульса.

 

Для формирования укорачивающей RC-цепи необходимо выполнение следующего неравенства:

τ << t_{и вх},

где постоянна времени τ =R·C

примем τ=0,05 t_{и вх}=7,5 мкс

Выберем С=1000 пФ, тогда R= τ/C=7500 Ом

 

Длительность выходного импульса определить по формуле:

t_{и вх} =0,7 τ=5,52 мкс

д) проверили выполнение условия:

7,5 мкс << 250 мкс

 

 

Длительность фронта (t_ф) - время нарастания напряжения от 0,1U_m до 0,9U_m (может быть полной и активной)

 

Длительность среза (t_c) - время возвращения напряжения к исходному уровню от 0,9U_m до 0,1U_m.

 

Задача №14

Определите, в каком режиме находится транзистор в схеме рис.1, если на входе схемы действует низкий уровень U°=0,4 В, пороговое напряжение U_пop=0,6 В. Определите необходимое зна­чение верхнего уровня входного напряжения U¹ для обеспечения состояния ключа "включено".

 

Исходные данные указаны в табл. 4.

 

Таблица 4

№ задачи	Rб, кОм	Rк, кОм	Iкб0, мкА	Ек, В	I21э	Теоретический вопрос
		1,0				Назовите условие, при котором транзистор находится в закрытом состоянии (режим отсечки).

а) определить напряжение Uбэ транзистора по формуле:

 

Uбэ= U₀+ Iкбо•R=0,4+10•10^-6•10000=0,5 В.

 

Uбэ< Uпор транзистор надежно заперт (режим отсечки).

 

Определите необходимое значение верхнего уровня входного напряжения U¹ для обеспечения состояния ключа «включено»

 

определить значение коллекторного тока I_к в режиме насыщения:

I_{к нас}=Е_к/R_к;

I_{к нас}=10/1100=0,009 А.

в) определять соответствующие значение I_бнас:

I_бнас=I_кнас/h_21э;

I_бнас=0,009/25=0,4 мА

г) определять значение входного напряжения U1, обеспечивающее включенное состояние транзистора(режим насыщения):

U1= I_бнас•R_б+U_пор

U1=0,4•10^-3•10000+0,6=4,6 В.

Режим отсечки. В данном режиме оба p-n перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты). Режим отсечки транзистора получается тогда, когда эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключены к внешним источникам в обратном направлении. В этом случае через оба р-n-перехода протекают очень малые обратные токи эмиттера (IЭБО) И коллектора (IКБО). Ток базы равен сумме этих токов и в зависимости от типа транзистора находится в пределах от единиц микроампер — мкА (у кремниевых транзисторо) до единиц миллиампер — мА (у германиевых транзисторов).

 

Задача №24

 

Проверьте, выполняются ли условия работоспособности триг­гера (рис. 2). Исходные данные указаны в табл. 6. Для всех задач принять значения: U_пор=0,6 В, U⁰=0,2 В.

Если какое-либо условие не выполняется - укажите пути вы­полнения условий насыщения и запирания транзисторов.

Таблица 6

 

№ задачи	Eк, В	Rк1=Rк2, кОм	Rб1 = Rб2 , кОм	h21э	Iкб0, мкА
		2,0

 

 

 

Транзистор надежно заперт(режим отсечки), если выполняется условие:

U⁰+I_кб0•R_б<U_пор.

0,2+12•10^-6•10000=0,32 < 0,6

Транзистор открыт и насыщен, если выполняется условие:

.

 

Триггер работоспособен.

 

Задача№34

Перечислите, в каких режимах могут работать релаксацион­ные генераторы. Приведите схему и кратко поясните принцип действия ждущего мультивибратора. Назовите методы регу­лирования длительности импульса.

Релаксационный генератор — генератор колебаний, в которых активный элемент работает в ключевом (релейном) режиме — включён/выключен.

 

Характерные особенности релаксационных генераторов:

1. Не могут работать при отключенном источнике энергии.

2. Являются только автогенераторами.

3. Являются нелинейными системами, для описания требуют применения нелинейной теории колебаний.

Релаксационные генераторы электрических колебаний бывают следующих видов:

1. Различные модификации мультивибраторов.

2. Генератор пилообразного напряжения.

3. Генератор треугольного напряжения.

 

Мультивибратор — релаксационный генератор сигналов электрических прямоугольных колебаний с короткими фронтами. Мультивибраторы могут быть настроены для работы в одном из трех режи­мов: автоколебательном, ждущем и режиме синхрони­зации.

 

В ждущем режиме мультивибратор вырабатывает импульсы только тогда, когда на его вход поступают синхронизирующие сигналы.

Регулировать tИ можно изменением постоянной времени R2 * C2. Для этого надо изменять емкость С2 или сопротивление R2. Объясним это. С увеличением постоянной времени уменьшается скорость, с которой изменяется напряжение на базе VT2 в течение рабочего состояния. Напряжение UБ 2 позже достигает порогового значения Un, и длительность импульса возрастает. Этот метод можно применять при небольших пределах изменения tu, так как при увеличении R2 транзистор VT2 может выйти из насыщения, а при сильном уменьшении R2, наоборот, может войти в глубокое насыщение, и режим работы одновибратора нарушится. Кроме этого, увеличение R2 ведет к росту температурной нестабильности, а увеличение емкости конденсатора С2 приводит к возрастанию времени восстановления. Другой способ регулировки состоит в изменении начального напряжения на конденсаторе времязадающей цепи. Регулирующее напряжение Up на конденсаторе С2 подают через диод VD, причем Up < Eк. В исходном состоянии диод VD открыт напряжением Ек и потенциал на коллекторе закрытого транзистора фиксируется на уровне Up. Разность Ек-Up падает на резисторе RК2 из-за протекания через него тока открытого диода. Конденсатор С2 оказывается заряженным до напряжения Uc2= Up - UБЭ НАС 2. Таким образом, после запуска мультивибратора напряжение на базе закрытого транзистора VT2 будет изменяться от значения Up - UБЭ НАС 2, стремясь к Ек. Чем меньше Up, тем раньше напряжение UБ 2 достигнет порогового значения Un и тем меньше длительность выходного импульса.

 

 

Задача№49

Поясните принцип построения интегрального логического элемента эмгатерно-связанной логики (ЭСЛ). Приведите схе­му, укажите особенности работы.

В основе схемы ЭСЛ лежит переключатель тока, в одно из плеч которого включено параллельно несколько транзисторов. Эти транзисторы равноправны – отпирание любого из них (или всех вместе) приводит к изменению логического состояния переключателя. Поэтому ЭСЛ-элементы выполняют логическую функцию ИЛИ-НЕ.

Вследствие ненасыщенного режима работы транзисторов логический перепад в схеме не превышает 0,65В.

Цифровые элементы эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) основаны на переключателях тока и отличаются от других типов ИМС наибольшим быстродействием и высокой потребляемой мощностью. Большое быстродействие (или малое время цикла переключения) в ЭСЛ-элементах обусловлено тем, что биполярные транзисторы в этих схемах работают без насыщения, т.е. могут находиться либо в активном режиме, либо в режиме отсечки. Вторым важным фактором, обеспечивающим увеличение быстродействия, является использование в элементах низкоомных резисторов, обеспечивающих быстрый перезаряд паразитных емкостей за счет увеличения потребляемой энергии и снижения перепада логических сигналов, а значит и помехоустойчивости ЭСЛ-элементов. Схемным средством увеличения быстродействия является использование на выходах эмиттерных повторителей, обеспечивающих перезаряд емкостей в цепях нагрузки через малые выходные сопротивления. Одновременно улучшается и статическая разрешающая способность .

Основа ЭСЛ-элемента — переключатель тока на двух транзисторах с эмиттерной связью с двумя фазоинверсными выходами и .

Структурно такая схема представляет собой мост, к одной из диагоналей которого через источник стабильного тока приложено питающее напряжение . С другой диагонали (коллекторы транзисторов VT1 и VT2) снимается выходной сигнал. На базу транзистора VT2 подается постоянный потенциал от источника опорного напряжения. Если и на базу транзистора VT1 поступает потенциал , то при совпадении параметров транзисторов мост уравновешен, т.е. и . В этом случае оба транзистора находятся в активном режиме и представляют собой транзисторный усилительный каскад с эмиттерной связью и симметричным (фазоинверсным) выходом. В цифровой схемотехнике такой каскад используется в переключательном режиме. Для этого опорное напряжение выбирается из соотношения логических уровней управляющего сигнала .
^

Базовый логический элемент ИЛИ/ИЛИ-НЕ

 

Задача№57

Приведите логическую структуру и таблицу переходов Т-триггера, Поясните работу схемы.

Таблица переходов Т-триггера

Входные сигналы	Состояние qt	Режим
Xt
l			Хранение Инверсия

По таблице переходов можно получить логическую функцию, реализуемую Т-триггером:

(3.7)

Нетрудно видеть, что зависимость (3.7) очень похожа на функцию (3.2), выведенную для одноразрядного комбинационного полусумматора. На рис. 3.11, а показано, как двухтактный RS-триггер преобразуется в Т-триггер.

Наиболее сложным типом триггера является JK-тригтер. Он, по существу, является объединением двухтактного RS- и Т-триггеров..

 

На рис. 3.11 приведена схема Т-триггера или иначе - триггера со счетным входом. При значении 7=0 триггер сохраняет свое ранее установленное состояние - режим хранения состояния, при T =1 триггер переходит в противоположное состояние. Таблица переходов и диаграмма работы (рис. 3.11, б) отражают динамику работы этого элемента.

Рис. 3.11. Схема триггера со счетным входом: а- функциональная; б - условное обозначение; в - временная диаграмма

 

 

1) Основная литература

1. Г.Г. Калиш. Основы вычислительной техники: учебное пособие для студентов СПО. – Москва: Высшая школа, 2002.

2. Б.А. Калабеков. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. - Москва, 2002.

3. Мизерная. Цифровые системы передачи. – Москва, 2003

4. В.Ю. Горелик. Схемотехника ЭВМ.- Москва, 2007.

5. С.Д. Дунаев. Цифровая схемотехника. - Москва, 2007.

6. М.В. Напрасник. Микропроцессоры и микро ЭВМ.-Москва, 2000.

7. В.Л. Горбунов. Справочное пособие по микропроцессорам.- Москва, 2001.

8. З.А. Цифровые устройства микропроцессора и их программирование.- Москва 2002.

2) Дополнительная литература

9. З. А. Мизерная. Электронная техника.: Издательство «Маршрут», 2006

10. С.Д. Дунаева. Электроника, микроэлектроника и автоматика. - Москва, 2003.

11. Г.Н. Акимова. Электронная техника. – Москва, 2003.

12. В.А. Прянишников. Электроника полная курс лекций. – Санкт- Петербург, 2004.

13. Г.Н. Акимова. Электронная техника. – Москва, 2005.

14. П.М. Грицевский «Основы автоматики, импульсивной и вычислительной техники. Москва, 2003.

15. Д.А. Коган «Аппаратура электропитания железнодорожной автоматики. – Москва, 2003.