Микропроцессоры

Совокупность устройств (АЛУ, ГТИ, УУ, РОН, ДМ, М) выполненных в виде интегральных схем и размещенных в нескольких или одном корпусе, называется микропроцессором (МП). Бывают однокристальные и разрядно-модкльные МП.

В однокристальных МП, т.е. изготовленных на одном полупроводниковом кристалле, УУ дешифрует код команды рабочей программы и формирует команды для выполнения микрооперации в строго определенной последовательности на протяжений нескольких тактов работы ГТИ. При этом набор микрооперации ограничен (10-12), а их изменение требует изменения схемы МП.Однокристальные МП характеризируются высокой технологичностью и относительно простым программированием.

В разрядно-модульных МП в УУ находится запоминающее устройство с набором программ для выполнения микрооперации, размещенных в отдельном корпусе, т.е. модуле. Возможность формирования пакета микрооперации и их одновременного выполнения повышает универсальность и быстродействие разрядно-модульных МП. Однако при этом усложняется процесс программирования.Для эффективного применения МП нужны дополнительные устройства как запоминающее устройство, устройства ввода и вывода информации. Их совокупность называется микропроцессорной системой.

Среди МП-систем различают управляющие микроЭВМ и контроллеры. Контроллеры обладают меньшими функциональными и вычислительными возможностями.Устройства ввода и вывода представляют собой совокупность усилителей, программно доступных регистров и ключей для подключения дисплея, печатающего устройства и т.д. Каждый регистр устройства ввода-вывода называется портом. Различные устройства МП-системы и устройства внутри МП соединяются между собой магистралями. Магистраль адресов (МА) - для передачи адресов ячеек ЗУ, портов, и др., с которыми МП обменивается данными; магистраль данных (МД) для передачи данных внутри МП и вне его; магистраль управления (МУ) для передачи команд, определяющих последовательность действии МП и направление передачи адресов и данных по МА и МД.

Входная информация делится на данные, над которыми выполняются операции, и программы, т.е. последовательность команд, описывающих выполняемые операции.

Данные УВв поступают в порт ввода. Сигналы управления выбирают необходимый порт, обеспечивабт запись данных, временное хранение в порте, а затем их передачу в МД. При магистральной организации связей элементы МП-системы подключаются к единой магистрали через буферные усилители, которые могут находиться в одном из трех состояний: передачи данных в магистраль, приема данных из магистрали, отключения от магистрали.

Для того чтобы работа МП не зависела от быстродействия УВв, данные и программа перед ее выполнением записываются в ОЗУ.

В управляющей МП-системе, работающей в автономном режиме, программа размещается в ЗУ перед запуском ее в работу.Данные от датчиков о значениях контролируемых параметров поступают в УВыв непрерывно. После их обработки формируются сигналы управления исполнительными механизмами на выходах УВыв.

Последовательность выполнения МП команд программы обеспечивает находящийся в нем счетчик команд.

1) Считывается 1 команда из ЗУ; номер ячейки ЗУ, где хранится 1 команда, заносится в счетчик команд; после выполнения команды число в счетчике автоматически увеличивается на 1, что обеспечивает последовательность выполнения команд программы.

2) Считывается из ЗУ код операции, которая выполняется по данной команде, и числа или его адреса (порта или ячейки ЗУ), над которыми команда выполняется.

3) Выполняется команда.

Кроме последовательного выполнения команд основной программы в МП предусмотрено ее прерывание на некоторое время с последущим возвратом. При этом для временного хранения содержимое РОН, адрес команды основной программы, следующей за точкой прерывания, и некоторая другая информация перемещаются в область ОЗУ, называемую стеком. Стек позволяет организовывать вложение программ, когда основная программа вызывает одну подпрограмму, та, в свою очередь, может вызвать другую и т.д.

Биполярные транзисторы. Структура, принцип действия. Режимы работы

транзистора. Схемы включения транзистора.

БТ предст собой пп прибор, предн для увелич мощности сигнала, исп 2 вз-щих p-n перехода.

Внутренняя структура:

Iэрек – ток Э, рекомбинированный в базе.

Iкб0 – тепловой ток (обратный)

пл-дь Э < пл-ди К. Это связано с тем, что К должен собрать заряд. В Э много дырок, в К<, в Б ещё <. Толщина Б очень мала<длины своб пробега заряда.

1) Iэ=Iэn+Iэp

2) Iб=Iэn+Iэрек-Iкб0

3) Iк=Iкр+Iкб0

В БТ набл 2 проц-а: инжекция из Э в Б, экстракция из Б в К.

В режиме насыщения (когда оба p-n перех вкл в пр напр-и) и из Э, и из К набл только инжекция в Б => этот режим наз «режим двойной инжекции» и Iб>Iэ; а для усилит режима с учётом ур-й 1-3 и с учётом хар-ра распр-я концентраций в обл-ях Э-Б-К Iэ>Iб>Iк и, более того, Iэ=Iб+Iк (*). По этому з можно рассм Т в виде эквивал точки (узла как в Кирхгофе)

Ур-е, связ вых ток с вх: Iк=Iэ+Iкб0 (**), где =Iкр/Iэ.  опред технологич св-вами (материалом, пл-дью перехода и т.д.): = (коэф эфф-ти и коэф переноса). <1, в лучшем случае =0,98-0,99 => для практ расчётов: IкIэ.

Выводы из (**):

1) в сх с ОБ при обрыве Э (Iэ=0) вых ток незначителен и опред-ся тепл током (обр током p-n перехода)

2) температурные изм-я вых тока в этом сл также невелики => сх с ОБ не требует термокомпенсации режима.

Если в ур-е (**) подставить Iэ через ур-е (*), то получим:

Iк=( Iк+ Iб)+ Iкб0

Iк= Iб /(1-) + Iкб0/(1-)=  + (+1)Iкб0 (***) – для сх с ОЭ – это ур-е передачи тока.

Выводы:

1) >>1 – сх усиливает ток,

2) обратный ток увел значительно (в (1+) раз) => если Iб=0 (обрыв Б в сх с ОЭ), то в коллекторной цепи возн значит ток => 3) обрыв Б недопустим

4) все темп изм-я увелич => требует термостабилизации режима

Режимы работы

Н езависимо от схемы включения транзисторы могут работать в одном из четырёх, отличающихся полярностью напряжения на ЭБ и БК переходе:

1)Нормальный активный режим /НАР/ - Э-переход смещён в прямом направлении, К-переход смещён в обратном направлении

2)Режим насыщения – Э- и К-переходы смещены в прямом направлении

3)Режим отсечки - Э- и К-переходы смещены в обратном направлении

4)Инверсный активный режим /ИАР/ - Э-переход смещён в обратном направлении, К-переход смещён в прямом направлении.

Режимы работ	Сост pn
	ЭБ	КБ
Норм актив	+	-
насыщения	+	+
отсечки	-	-
инверсный	-	+

Схемы включения

(1) схема с общей базой	(2) схема с общим эмиттером	(3) схема с общим коллектором

Обратные связи в усилителях.

Транзисторные усилители.

Классификация и основные характеристики усилителей.

Усилители – это преобразователи энергии пост поля, создаваемого ист питания, в энергию вых сигнала на нагр-ке. Управление этим процессом осущ ист питания.

Разноидности усилителей:

- УТ, УН, УМ.

Любой усилитель – это управляемый источник. М.б. по току, напр-ю, след-но обеспечивать разные коэф передачи: Ki, Ku, Kp=Ki*Ku.

- если на вх подан импульсный сигнал, то это У имп сигн-в.

- если вх сигнал м. меняться от 0 до , то это ид УПТ.

- если раб диап от 0 до w в. гр., на кот коэф передачи падают в 2 раз, то это УПТ.

- если этот диап от w н. гр. до w в. гр., то это У~Т.

- раб диап в разных диапазонах частот=> У частот.

- если w в. гр.>> w н. гр. – широкополосный У,

- если w в. гр. и w н. гр.близки, то узкополосный У (избирательный У)

Классификация усилителей.

1. однокаскадные или многокаскадные

2. По виду межкаскадных соединений : непосредственная, резистивная, конденсаторная, трансформаторная.

3. По усиливающему параметру : усил напряжения, тока мощности, усилитель- формирователь.

4. По частотным свойствам: широкополосные, узкополосные, усилители постоянного тока, избирательный усилитель.

По виду обратной связи

Виды обратной связи в усилителях.

Обратная связь – подача какого-то параметра (U, I) на вход.

Положительная обратная связь – суммирование входного с выходным сигналом при =0 (разность фаз).

Отрицательная обратная связь – суммирование входного с выходным сигналом при = (разность фаз).

Усилители с отрицательной обратной связью, а генераторы с положительной.

Делят ОС: 1) по току и напряжению. 2) параллельная и последовательная.

П оследовательная ОС по току:

Параллельная по току:

Последовательная ОС по напряжению:

Параллельная ОС по напряжению:

Виды межкаскадной связи в усилителях.

Усилители бывают однокаскадные и много каскадные.

Каскад:

K_U=Sum(K_Ui)

K_I=Sum(K_Ii)

Виды межкаскадных связей: а) Емкостная межкаскадная связь (Когда необходимо передать симметричный относительно оси времени сигнал):

б) Трансформаторная связь (увеличивается КПД, для частот <10kHz):

в) Резистивная: См конденсаторную, вместо конденсатора резистор.

г) Непосредственная (необходимо согласование сопротивлений): см начало.

Импульсные и автогенераторные устройства. Импульсные устройства – предназначены для формирования и преобразования электрических сигналов, имеющих характер импульсов и перепадов напряжения и токов, а также для управления информацией.

Применение импульсного способа передачи информации обусловлено: 1.большинчство технологических процессов имеют дискретный характер.2.передача информации в виде импульсов позволяет снизить потребляемую мощность.3.Повышаеться помехоустойчивость, точность и надежность электронных устройств. Наиболее часто встречаются импульсы прямоугольной формы, они характеризуются: амплитудой Um , длительностью импульса tu, длительность паузы tп, период T= tu + tп , частота f,сглаживаемость Q= T / tu. Устройство позволяющее получить прямоугольный импульс – компаратор

компаратор - устройство предназначенное для сравнения изменяющегося аналогового сигнала опорным напряжением

мультивибраторы на лог. элементах позволяют получить импульсы с малой длительностью с фронта и среза. Состояние квазиравновесия удерживается в течение времени, требуемого для перезарядки конденсатора С1 или С2 до уровня соответствующего порогу срабатывания 1 и 2. После этого состояние лог. эл-тов измеряется на противоположные и процессы повторяются. На выходах 3 и 4генерируются прямоугольные импульсы, противоположных полярностей. Если R1=R2=R и C1=C2=C, то tu=tn и определ tu=R*C*ln(U(1)/E-Uпор) U(1) - уровень лог. единицы Uпор - пороговый уровень лог. единицы Если t=0,то на выходе 3 - 1,а на выходе 4-0