12. Що є фізичною причиною існування інерційності цифрових ключів? Які способи зменшення інерційності

цифрових ключів ви знаєте?

Швидкодія транзисторного ключа визначається фізичними процесами

у самому транзисторі, які зумовлюють його інерційність, а також

інерційністю схемного походження. З розгляду принципів роботи

біполярних транзисторів (детальніше див. Розділ 2, п. 2.5) відомо, що

якщо різко, стрибком вхідної напруги, відкрити транзистор, його

колекторний струм зросте не одразу, а лише в міру накопичення

об’ємного заряду неосновних носіїв у базі і їхньої дифузії до базово-

колекторного переходу. Так само, при стрибкоподібному закриванні

транзистора, колекторний струм зникне не одразу, а буде повільно

спадати в міру розсмоктування об’ємного заряду неосновних носіїв, якийнакопичився у базі. Час розсмоктування накопиченого об’ємного заряду

істотно залежить від конструкції транзистора та режиму його роботи. У

режимі насичення концентрація неосновних носіїв у базі достатньо

велика, оскільки обидва p-n-переходи відкриті і інжекція відбувається

одночасно з обох сторін – і з емітера і з колектора – і тому час

розсмоктування об’ємного заряду може бути досить великим. Тому, у

випадку ключа на біполярному транзисторі, режим насичення форсувати не варто: його опір при цьому не знижується (UНАС = const, див.рис. 6.12), а інерційність зростає. Тому струм бази варто робити

ненабагато більшим за ІБ НАС, а для обмеження струму бази в режимі

насичення в коло бази ставлять опір RБ.

Як відомо, МДН-транзистори позбавлені багатьох недоліків,

притаманних біполярним транзисторам, які визначають їхню інерційність.

Тому швидкодія ключів на МДН-транзисторах значно вища. Проте

певний внесок у інерційність транзисторного ключа роблять

схемотехнічні чинники, зокрема добре відома паразитна ємність СП. При

відкриванні транзистора перезарядка цієї ємності неістотна, бо цей

процес відбувається досить швидко через малий опір відкритого

транзистора. При закриванні ж транзистора дозарядження паразитної

ємності відбувається через опір навантаження і стала часу такого

перехідного процесу t = RH ×CH може зрівнятися з власною інерційністю

транзистора.

13. Що таке логічні елементи?

Логічні елементи являють собою електронні пристрої, у яких оброблювана інформація закодована у вигляді двійкових чисел, відображуваних напругою (сигналом) високого і низького рівня.

Термін «логічні» прийшов в електроніку з алгебри логіки, що оперує зі змінними величинами і їхніми функціями, що можуть приймати тільки два значення: «істинно» чи «хибно». Для позначення істинності чи хибності висловлювань використовують відповідно символи 1 чи 0. Кожна логічна змінна може приймати тільки одне значення: 1 чи 0. Під ”1” розуміють високий рівень напруги (напруга існує), під ”0” - низький (напруги немає).Пристрої, що реалізують логічні функції, називаються логічними або цифровими пристроями.

14.В чому полягає суть операцій повторення та інверсії? Наведіть приклади реальних схем.

Таблиця істинності для операції повторення (x = y):

x	y
0	0
1	1

Схема може бути реалізована за допомогою ключа (Рис.1):

Рис.1 Рис.2 Рис.3 Рис.4

Суть операції полягає в тому, що сигнал логічної одиниці замикає ключ і на виході утворюється

сигнал високого рівня у= “1”, де U(B) дорівнює Е. При розімкненому ключі у= “0” та U(H)=0.

Таким пристроєм є емітерний повторювач у ключовому режимі (рис. 2). Сигнал логічної одиниці виділяється на емітерному опорі R.

Інший варіант виконання операції повторення такий. Високий рівень сигналу на вході (х=“1”) розмикає ключ (рис. 3), і на вихід потрапляє сигнал високого рівня – у=“1”. При низькому рівні вхідного сигналу (х=“0”) ключ замкнений, і напруга на виході схеми відсутня.

Практично, такий підхід реалізується за допомогою n-p-n транзистора, на емітер якого подається вхідний сигнал (рис. 4). При х=“0” базово-емітерний перехід транзистора відкритий і струм від джерела живлення Е вільно стікає через нього на землю, так що і база і колектор знаходяться під напругою низького рівня: у=“0”. Якщо ж х=”1”, то базово-емітерний перехід закривається і на базі та на колекторі встановлюється напруга високого рівня: у=“1”.

Операція заперечення: y = x Ця операція також має назви інверсія та операція “НЕ”. При операції заперечення функція у набуває значення, протилежного до значення аргументу х.

Таблиця істинності:

x	y
0	1
1	0

Ця операція реалізується за допомогою транзистора, який працює у ключовому режимі (рис. 5). Це не що інше, як підсилювальний каскад на біполярному транзисторі, увімкненому за схемою СЕ, яка, як добре відомо, інвертує вхідний сигнал. Як варіант, у даній схемі можна використовувати транзистор Шотткі для зменшення інерційності. Для виконання операції заперечення найбільш зручно використовувати комплементарну пару транзисторів: тут два МОН-транзистори, виготовлені на одній підкладці, мають різні типи провідності каналу, спільний затвор і з’єднані стоки (рис. 6). Якщо х=“0”, то транзистор VT1 – закритий, а транзистор VT2 – відкритий.

Рис.5 Рис.6. Рис.7

Напруга на виході схеми дорівнюватиме Е, що відповідає значенню функції у=“1”. Якщо ж на вході схеми х=“1”, то VT1 – відкривається, а VT2 – закривається і у=“0”. Перевагою такої схеми

порівняно з біполярним ключем є те, що вона практично не споживає потужності від джерела живлення, бо один з транзисторів завжди закритий (окрім коротких моментів перемикання). Ця схема не споживає потужності і по входу, оскільки транзистори мають ізольовані затвори. Умовне позначення інвертора наведено на рис. 7.