Введение

В настоящем издании рассматривается элементная база устройств цифровой электроники, примеры их построенная и практическое применение.

Еще в 1854 году английский математик Дж. Буль предложил оценивать все человеческие рассуждения с помощью специальных логических операций, что положило начало так называемой “булевой алгебры”, в которой используются два основных понятия “ДА (Истинно)” и “НЕТ (Ложно)”. В цифровой электронике эти два понятия реализуются в виде высокого и низкого уровня напряжений. Для нее формулируются основные законы и аксиомы алгебры логики. Приводится методика составления карт Карно и минимизация с их помощью логических выражений.

Простейшим устройством, реализующим высокие и низкие логические уровни (1 и 0), является электронный ключ. С этого раздела начинается изложение материала по элементной базе цифровой электроники. На основе теории заряда рассчитывается быстродействие электронного ключа и проводится анализ улучшения его динамических характеристик, приводятся схемы улучшения быстродействия, cравниваются характеристики и параметры ключей на биполярных и полевых транзисторах.

Электронный ключ входит в состав более сложных устройств – логических элементов. В пособии рассматриваются общие параметры и характеристики логических устройств, а также способы их схемной реализации: резисторно- транзисторная логика (РТЛ), диодно-транзисторная логика (ДТЛ), транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ), эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ), транзисторно-транзисторная логика Шотки (ТТЛШ), интегральная инжекционная логика (ИИЛ), а также логика на основе комплементарных МДП

(металл-диэлектрик-полупроводник) структур (КМДП-логика). Дается понятие об элементах ЗУ( запоминающих устройств), построенных на основе МНОП (металл-нитрид кремния-окисел-полупроводник) и ЛИЗМОП (с лавинной инжекцией заряда в структуре металл-окисел-полупроводник) технологии, и флэш-памяти.

Один из разделов посвящен построению триггерных устройств на основе базовых логических элементов. Приводится таблица переключений простейшего триггера, показывается построение наиболее элементарных разновидностей триггерных устройств: RS-триггера с инверсными и прямыми входами, Е-триггера и JK-триггера. Показано, как на их основе строятся более сложные триггеры: динамические D-триггеры, синхронные, двухступенчатые и другие разновидности этих устройств.

Триггеры являются элементной базой пересчетных устройств. В издании рассматриваются счетчики прямого и обратного счета, реверсивные, c программируемым коэффициентом счета, кольцевые и счетчики Джонсона, приводятся их реализации на основе интегральных схем.

Для создания регистров хранения и сдвига используются также триггерные устройства. Приводятся схемы с последовательным и параллельным вводом и выводом информации, а также кольцевых регистров.

Очень важную роль при обработке аналоговых и цифровых сигналов играют аналого-цифровые (АЦП) и цифро-аналоговые (ЦАП) преобразователи. В издании рассматриваются способы их построения и разновидности схемного решения.

Далее рассматриваются способы создания устройств сравнения – компараторов, их разновидности, основные схемы применения, приводятся параметры отечественных и зарубежных аналогов.

Элементная база цифровой электроники используется также для создания устройств импульсной техники, таких как мультивибраторы, генераторы пилообразного напряжения, высокостабильные кварцевые генераторы. Эти вопросы рассматриваются в последних разделах учебного пособия.