1. Загальні методичні вказівки

Дисципліна “Комп’ютерна електроніка” є базовою технічною дисципліною у навчальному плані напряму підготовки 6.050102 “Комп’ютерна інженерія”. В процесі вивчення цієї дисципліни студенти вивчають основи електроніки та мікроелектроніки, принцип дії різних напівпровідникових приладів, приладів відображення інформації.

В процесі вивчення студенти виконують контрольну та курсову роботи.

Номер варіанту відповідає останній цифрі номера залікової книжки, тобто якщо остання цифра номеру залікової книжки “0”, то він виконує варіант №10.

Пояснювальна записка контрольної роботи виконується на папері формату А4 та включає опис принципу дії та розрахунок заданого пристрою, принципову схему, часову діаграму пристрою, специфікацію і перелік використаної літератури. Обсяг пояснювальної записки приблизно 10 сторінок.

Пояснювальна записка курсової роботи виконується на папері формату А4 та включає опис електронного пристрою по заданій структурній схемі та вхідним даним на кожний блок схеми. Пояснювальна записка повина включати принципову схему кожного блоку структурної схеми, принцип дії та розрахунок. Крім того, будується загальна принципова схема всього пристрою, його часова діаграма, специфікація елементів схеми і наводиться список використаної літератури. Обсяг пояснювальної записки приблизно 25-30 сторінок.

2. Контрольна робота

Контрольна робота містить у собі опис принципу дії і розрахунок двох пристроїв. Перший пристрій являє собою автоколивальний мультивібратор симетричний або несиметричний (табл. 2.1), другий пристрій — загальмований мультивібратор (табл. 2.2).

Завдання 1. Привести опис принципу дії з часовою діаграмою і розрахунок схеми автоколивального мультивібратора на ІЛЕ транзисторно-транзисторної логіки (ТТЛ). Принципова схема мультивібратора, опис її принципу дії і розрахунок приведені в методичних вказівках [8, с. 44-49].

Вхідні дані для розрахунку мультивібратора (табл. 2.1): — тривалість генеруємого імпульсу на виході 1; T — період повторення імпульсів; відношення значень напруги переднього і заднього фронтів імпульсу; елементи серії K155, 133, КМ155, 533. КМ533, К555, КМ555, 530, К530, К534, KP531, 1531, KP1531.

Таблиця 2.1

Вхідні дані (варіанти 1-10)

Номер варіанту	, мкс	Т , мкс		Серія ІС
1	1	2	0,77	К155
2	2	5	0,78	K155
3	3	6	0,77	К555
4	4	7	0,78	К555
5	5	10	0,77	К555
6	6	10	0,78	К555
7	0,5	1	0.77	K531
8	0.4	0,7	0,78	K531
9	1	3	0,77	КР1531
10	0.8	1.6	0,78	KP1531

Таблиця 6

До основних достоїнств ІЛЕ ТТЛ відносять: висока швидкодія, порівняно мале споживання енергії, високі навантажувальні здібності, забезпечувані малим вихідним опором складного вихідного інвертора. Ці достоїнства дозволяють будувати на основі ІЛЕ ТТЛ і ТТЛШ досить швидкодіючі імпульсні схеми (особливо на ІЛЕ з діодами Шоткі) з гарними показниками.

Таблиця 2.2

Вхідні дані (варіанти 1-10)

Номер варіанту	, мкс	Т, мкс		Серія ІС
1	1	Задати самостійно	0,77	К155
2	2		0,78	К155
3	1		0,77	К555
4	2		0,78	К555
5	3		0,78	К555
6	1		0,77	К555
7	0,5		0,77	K531
8	0,4		0,78	K531
9	1		0,77	KP1531
10	0,8		0,78	KP1531

Основними параметрами ІЛЕ ТТЛ є: — гранична вхідна напруга, що відповідає переходові елемента з одиничного стану в нульовий; — гранична вхідна напруга, що відповідає переходові елемента з нульового стану в одиничний; — вхідний струм, диференціальний вхідний опір, вихідний опір навантаженої схеми, диференціальний вихідний опір, що відповідають одиничному станові ІЛЕ: — вхідний струм, диференціальний вхідний опір, вхідна напруга ненавантаженої схеми, вихідний опір ненагруженої схеми, диференціальний вихідний опір, що відповідають нульовому станові ІЛЕ; — коефіцієнт підсилення ІЛЕ в режимі посилення.

У табл.2.3 приведені типові значення параметрів, необхідних для аналізу і розрахунку імпульсних пристроїв ІЛЕ ТТЛ

серій К155, КМ533, К555, К530, КР531, 1531, KP1531.

Таблиця 2.3

Типові значення параметрів ІЛЕ ТТЛ і ТТЛШ

Параметри	Серії мікросхем
	133, К155, КМ155	533, КМ533, К555, КМ555	530, К530, К534, КР531	1531, КР1531
І1вх, мА	–1,6	–0,4	–2	–0,6
І0вх, мА	0,04	0,04	0,05	0,02
Е1вих, В	4,2	4,2	4,5	4,5
U1вих, В не менше	2,4	2,4	2,7	2,7
U0вих, В не більше	0,4	0,4	0,5	0,5
U1n, В	1,5	1,5	1,3	1,3
U0n, В	0,5	0,5	0,7	0,7
R1вх, кОм	10	10	10	20
R1вих, Ом	200	200	150	150
К раз	10	10	10	30
U1вх.max, В	5,5	5,5	5,5	5,5
U0вх.min, В	–0,4	–0,4	–0,4	–0,4
Fmax, МГц	15	25	75	100
Uсс, В	5	5	5	5
Діапазони робочих температур	–600…+1250 –100…+700		133, 533, 530, К530, 1531, К155, К555, КР531, КР1531

Розглянемо методику проектування мультивібратора з перехресними резистивно-емнісними зворотними зв'язками на ІЛЕ І-НЕ ТТЛ (рис. 2.1,а [8]). В склад мультивібратора входять: два інвертори на двовхідних ІЛЕ І-НЕ DD1.1, DD1.2, резистори R1, R2 і конденсатори C1, C2 часозадаючі кола , захисні (демпфуючі) діоди VD1 і VD2.

При використанні m–вхідних ІЛЕ І-НЕ ТТЛ (m-1) незадіяних входів підключаються до джерела живлячої напруги через резистор з опором 1 кОм або поєднуються всі m–входи (при m 3), оскільки поєднання входів при m>3 призведе до зниження вхідних опорів (в m разів). При заземленні хоча б одного з входів ІЛЕ буде постійно перебувати в одиничному стані. Діоди VD1 і VD2 запобігають ІЛЕ від дії великих вхідних напруг від’ємної полярності. При використанні ІЛЕ серії К155, К555 немає необхідності використовувати діоди VD1 і VD2.

Принцип дії мультивібратора в автоколевательному режимі розглянутий у методичних указівках [8, с.46-47]. На виходах ІЛЕ DD1 і DD2 формуються дві імпульсні напруги, що змінюються в противофазі тривалістю (рис. 2.1, б). Нижче приведені формули для розрахунку елементів при відомих апроксимаціях реальних характеристик ІЛЕ ТТЛ і діодів, що застосовуються (рис. 2.1, в). Напруга . Оскільки на протязі всього часу заряду конденсатора C2(C1) і перезаряду конденсатора C1(C2) ІЛЕ DD1.2 (DD1.1) повинний знаходитися в одиничному стані, його вихідна напруга не повинна перевищувати граничного рівня , отже, опір часозадаючого резистора R1(R2) повинен бути досить малим. Необхідно обчислити мінімальне і максимальне значення резисторів R1 і R2.

Максимальне припустиме значення резистора обчислюють у наступній нерівності:

. (2.1)

Якщо при виборі опорів резисторів R1 і R2 їх значення обмежуються вираженням (2.1), то при певних умовах у мультивібраторі може наступити жорсткий режим збудження, коли після включення джерела живильної напруги обидва інвертора виявляються в одиничному стані. Для усунення такого режиму,

Рис. 2.1. Мультивібратор на елементах І-НЕ: а - принципова схема; б - часова діаграма; в - апроксимована ВАХ діода.

необхідно виконати умову:

. (2.2)

При виконанні умови (2.1) та (2.2) робочі струми обох ІЛЕ виявляються на динамічних ділянках передатних характеристик і, отже, навіть невелике розходження в коефіцієнтах К призводить до одному з двох квазістійких станів, коли на виході одного ІЛЕ установлюється високий рівень вихідної напруги, а на виходіе іншого — низький. Самозбудження мультивібратора в цьому випадку буде м'яким.

Тривалості імпульсів на виходах мультивібратора можна визначити по наступних вираженнях:

;

.

Вихідні імпульси розглянутого мультивібратора за формою близькі до прямокутного. Відношення амплітуд переднього і заднього фронтів вихідної напруги (мал. 2.1, б) визначають відношенням

, (2.3)

де R=R1 для вихідних імпульсів ІЛЕ DD1.1, R=R2 для вихідних імпульсів ІЛЕ DD1.2.

Якщо обчислені значення R1 і R2 не задовольняють відношенню (2.3), то їх необхідно змінити так, щоб формула (2.3) була справедливою. При розгляду завдання (див. табл. 2.1) насамперед необхідно визначити тривалість вихідного імпульсу :

.

Якщо , то мультивібратор симетричний і С1=С2, R1=R2. Якщо ж то мультивібратор несиметричний і С1¹С2.

Література: [8, с.44-49].

Завдання 2. Зробити опис принципу дії з часовою діаграмою і розрахунок схеми загальмованого мультивібратора на ІЛЕ ТТЛ. Вхідні дані для розрахунку загальмованого мультивібратора (див. табл. 2.2): є — тривалість вихідного імпульсу; Т — період повторення запускаючих імпульсів (його варто визначити); ( — напруга переднього фронту вихідного імпульсу; — напруга заднього фронту.

Загальмований мультивібратор призначений для формування прямокутного імпульсу з заданою амплітудою і тривалістю у відповідь на один запускаючий імпульс.

Загальмований мультивібратор, можна одержати з відповідного автоколивального шляхом заміни одного з резистивно-емносного зв’язку ланцюгом запуску.

Тривалість запускаючого імпульсу, з одного боку, повинна бути достатньою для переключення ІЛЕ, тобто більше сумарної затримки їхнього переключення ( або ), з іншого боку, тривалість запускаючого імпульсу повинна бути набагато менше тривалості формованого імпульсу . У противному випадку мультивібратор під час дії запускаючого імпульсу буде в невизначеному стані.

Загальмований мультивібратор з резистивно-емнісним зворотним зв’язком на ІЛЕ І-НЕ ТТЛ можна одержати з автоколивального мультивібратора (рис 2.1.а) шляхом виключення, наприклад, конденсатора С2, резистора R2, діода VD2. При цьому виключений резистивно-емнісний зворотний зв'язок заміняється безпосереднім зв'язком виходу ІЛЕ DD1.2 з одним із входів ІЛЕ DD1.2. B якості запускаючого сигналу використовується негативний перепад потенціалів значення , який подається на вільний від тригерного включення вхід ІЛЕ DD1.1 (рис. 2.2, а)

У початковому стані ІЛЕ DD1.1 і DD1.2 знаходяться в нульовому й одиничному станах відповідно. Під дією запускаючих імпульсів (у момент (рис. 2.2, а)) логічні елементи змінюють свої стани на протилежні, часозадаючий конденсатор починає заряджатися через вихід ІЛЕ ТТЛ DD1.2 і резистор R.

Напруга на вході ІЛЕ ТТЛ DD1.2 експоненціально змінюється від , прагнучи до нуля. Формування робочого імпульсу з тривалістю закінчується при (рис. 2.2, б), тому що подальше зменшення вхідної напруги приводить до збільшення вихідної напруги ІЛЕ DD1.2.

При у мультивібраторі розвивається регенеративний процес, по закінченні якого ІЛЕ повертається у початковий стан, а напруга зменшується стрибком від до . Далі мультивібратор у два етапи повертається у початковий стан. Спочатку конденсатор С розряджається через зміщений у прямому напрямку діод VD, а потім після запирання діода конденсатор перезаряджається вхідним випливаючим струмом ІЛЕ, DD1.2, а напруга прагне до значення . Якщо зневажити часом розряду С через діод VD, то час відновлення:

,

де – паралельне з’єднання двох резисторів та , – спадання напруги на відкритому діоді , рівне 0,6 В.

Тривалість імпульсу

.

Якщо період запускаючих імпульсів , то мультивібратор встигне відновитися.

Для отримання майже прямокутної форми вихідних імпульсів загальмованого мультивібратора опір часозадаючого

Рис. 2.2. Загальмований мультивібратор: а - принципова схема; б - часова діаграма.

резистора R вибирається таким чином:

.

Це його максимальне значення, а реальні значення вибирають з рівності:

.

Література: [8, с.48-51]