18. Бесконтактные устройства обработки информации
Современные технические устройства переработки информации строятся из отдельных бесконтактных (в основном, полупроводниковых) логических элементов – устройств, входные и выходные сигналы которых могут принимать только два фиксированных значения: логического «0» и «1». При этом абсолютная величина сигнала существенного значения не имеет. Дискретизация сигналов управления и разделение их на два уровня позволяют применять к исследованию и описанию дискретных схем управления математическую теорию алгебры логики (Булеву алгебру), оперирующей с логическими переменными, имеющими два дискретных значения. К достоинствам бесконтактных логических устройств относятся: малые масса и габариты, высокая технологичность и низкая стоимость, малая потребляемая энергия, высокая надежность, большая способность к микроминиатюризации и интеграции, высокие показатели серийнопригодности и быстродействия. К недостаткам следует отнести: низкую помехоустойчивость и слабую устойчивость к статическому электричеству, сравнительно низкую радиационную стойкость, необходимость в стабилизированных источниках питания, энергозависимость.В настоящее время большинство логических элементов реализуют в виде цифровых интегральных микросхем(ИМС) – комплекта изделий, необходимых для осуществления определенных логических и других функций, изготовленных по специальной технологии в виде единого конструктивного изделия, так называемых типовых устройств обработки логической информации. Примерами таких типовых устройств могут служить:
–Триггеры - элементарные ячейки памяти, предназначенные для хранения одного бита информации (логического «0» или «1»);
– Счетчики –устройства для выполнения функций счета и задержек времени;
–Преобразователи кодов - устройство для автоматического изменения по заданному алгоритму соответствия между входными и выходными кодами без изменения их смыслового содержания (другими словами, это схемы для перевода одного многоразрядного кода в другой);
–Регистры - устройства для приёма, хранения и выдачи информации, представленной в виде многоразрядных двоичных кодов;
–Запоминающие устройства (устройства памяти)- это устройства, предназначенные для приёма, длительного хранения и выдачи информации, представленной в виде больших массивов многоразрядных двоичных кодов;
– Программируемые логические матрицы (ПЛМ) –гибкие устройства, перенастраиваемые на выполнение любых логических функций;
–Арифметико-логические устройства –гибкие программируемые устройства для выполнения разнообразных арифметических и логических операций.
– Микропроцессоры и микроконтроллеры- гибкие программно управляемые многофункциональные логические устройства, способные принимать, хранить обрабатывать (логически или арифметически) и выдавать информацию, представленную в виде многоразрядных двоичных кодов.
19. Транзисторы в системах автоматики . Виды, обозначения.
Полевые транзисторы
Полевым транзистором именуют такой компонент, через который под влиянием продольного электрического поля протекает ток, обусловленный движением носителей заряда сугубо одного типа. Так как принцип действия полевых транзисторов основан на перемещении основных носителей заряда одного типа проводимости, такие компоненты ещё называют униполярными. Затвором называют вывод полевого транзистора, к которому подводят напряжение от устройства управления. Следует подчеркнуть, что управление полевыми транзисторами осуществляют напряжением, а биполярными транзисторами – током. Истоком именуют вывод, который обычно служит источником поступления в транзистор носителей заряда от устройства электропитания. Стоком называют вывод компонента, через который носители заряда покидают транзистор. Перемещение основных носителей заряда от истока к стоку происходит по области, которая носит название канала полевого транзистора. Каналы у полевых транзисторов могут быть как электронного, так и дырочного типов проводимостей. Носителями заряда в полевых транзисторах n-типа выступают электроны, а в приборах p-типа – дырки. Полевые транзисторы классифицируют на приборы с управляющим переходом и с изолированным затвором, причём последние подразделяют на транзисторы со встроенным каналом и приборы с индуцированным каналом. К основным параметрам полевых транзисторов причисляют входное сопротивление, внутреннее сопротивление транзистора, также называемое выходным, крутизну стокозатворной характеристики, напряжение отсечки и другое. Входное сопротивление транзистора – это отношение приращения напряжения затвор-исток и приращению тока затвора. Внутреннее сопротивление транзистора – это отношение приращения напряжения сток-исток к приращению тока стока при заданном напряжении затвор-исток. Крутизна стокозатворной характеристики – это отношение приращения тока стока к приращению напряжения затвор-исток при фиксированном напряжении сток-исток. Первый полевой транзистор с управляющим переходом теоретически были рассчитан Уильямом Шокли в 1952 году. Одна из разновидностей таких транзисторов – унитрон – представляет собой полупроводниковую пластину дырочного или электронного типов проводимостей. На её торцы наносят токопроводящие плёнки, к которым подключают выводы стока и истока, а широкие грани легируют для получения противоположного типа проводимости относительно проводимости пластины и подсоединяют к этим граням вывод затвора. Другая разновидность полевых транзисторов с управляющим переходом – текнетрон – может быть образован, например, стержнем из германия, к торцам которого подсоединяют выводы истока и стока, а вокруг стержня внесением индия выполняют кольцеобразный затвор.
Упрощённая
конструкция полевого транзистора с
управляющим переходом и каналом p-типа
проводимости изображена на рисунке Из
рисунка видно, что канал возникает между
двумя p-n переходами. Конструкция
компонентов с каналом n-типа не имеет
отличий от конструкции полевых
транзисторов с каналом p-типа, что видно
на рисунке. Но в полевых транзисторах
с каналом n-типа полупроводник, в котором
возникает канал, обладает электронным
типом проводимости, а области затвора
имеют дырочную проводимость. Полевые
транзисторы с каналом n-типа могут
обладать лучшими частотными и
температурными свойствами и образовывать
шумы меньшей амплитуды, чем приборы с
каналом p-типа
