Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Ицхоки Я.С. Импульсные и цифровые устройства [учебник]

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

27.10.2023

Размер:

20.98 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 4950 / 6050 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 > Следующая >>>

Ег

Е'.

Подставляя

это

равенство

выражение

£ г

из

формулы (1) и решая его относительно

найдем4

R =

Ria,

где

у' = Е/Е'

- 1 .

(20.56)

Режимы

и С получаются

соответственно

при

R <С

y'Rm

и R >

y'Rm.

6. В случае, когда нижний уровень Е' >

но он бли«

зок к нулю, с целью упрощения

схемы

принимают

Ег

—

— ERBJ(Raa

-f- R)

= 0 .

Это

достигается

при

со, т. е.

при отключении источника Е от схемы (см. рис. 5, б). В ре

зультате схема ИЛИ принимает простой вид (рис.

22). Та

кая схема работает в режиме С.

Если

потенциалы et <С 0 (Е'

<с Е" <

0), то для

полу

чения

режима

В следует установить напряжение

источника

Е <

причем

должно

выполняться

/>[ С .

fr«

J ЕI

I Е' |,

а сопротивление

должно

Н—

удовлетворять

равенству (56).

Режимы

ez&

же А и С получаются соответственно при

"Тіо

R > y ' R m * R < y ' R m .

диодов

^ л и

н и

сопротивлений

JL.

источников

входных сигналов. Рассмот-

Р и

2 0

рим работу схемы в режиме В

при по

ложительной

логике

(рис. 21, а)

в слу

чае последовательного возбуждения

вхо

дов. Если ни один

из входов

схемы

не возбужден

(/г

0),

то

нижний

уровень выходного потенциала Ѵп' =

Vіт

—

Ер = Е'

независимо от величины сопротивлений диодов

источников

входных

сигналов.

Верхний

же

уровень

Ѵ"н =

VB h

зависит

от

числа

k >

одновременно

возбуж

денных

входов

(рис. 23):

Ѵя1

ѴІѴ1

... <

Ѵвт.

«Рас

щепление»

уровня

V"в объясняется

тем,

что

с увеличе

нием

уменьшается

эквивалентное

сопротивление

R*/k

возбужденных

ветвей

(R+

-f- R£).

В качестве рабочего перепада выходного потенциала

принимается

наименьшая

его

величина

(при

/г =

1):

аѴвр

Ѵв1-Ѵа0.

(20.57)

Для определения величины Ѵв1 обратимся к эквива лентной схеме (рис. 24), соответствующей одному возбуж денному входу (k = 1). Согласно схеме ток / + = / + /~. Подставляя в это равенство выражения токов, получаем уравнение относительно Ѵн 1 :

Е»-Ѵяі==	Ѵві-Ер	Vn-Ej'	.	n
R+	Rr	R-		''

490

Решая это уравнение, получим

у _	E' +	EPR+/Rr	+ E'		(m-l)R+/R-	(20.58)
		\+R+JRr-\-(m-l)R+/R-				(20.58)
п 1		\+R+JRr-\-(m-l)R+/R-
Подставляя это выражение в формулу (57), получим
д V	=		F »	Я"	.	(20.59)
д V	=	-—		( m _ l	.	(20.59)
	И Р	l + fl+/flr	+	( m _ l	R+/R-
'и А					Ег-Е'

0	I 2		J	L	к
			m-f	m
	Рис.		23.			Рис.	24.
Из	формулы		(59)	видно,	что Д У н р <	Д £ = Е" — Е'.-
Для сближения			величин этих перепадов			надо стремиться
к выполнению		неравенств
Я+ = /?и + Яд +		« Я г ,			+ А д > ( т - 1 ) / ? + ,		(20.60)
аналогичных, неравенствам (31) и (32) для схемы							И.

9. Переходные процессы в схеме ИЛИ идентичны про цессам в схеме И, но из-за противоположного направления

включения диодов (рис. 6 и 21) эти процессы			развиваются
как	бы в	противоположных направлениях.	Кроме того,
так	как	в схеме ИЛИ паразитный сигнал	отсутствует

(рис. 23), то здесь нас интересует либо скорость нарастания рабочего сигнала, либо скорость его спадания при прекра щении возбуждения схемы ИЛИ. Наибольшие длитель ности указанных процессов получаются при возбуждении одного входа схемы ИЛИ. Рассмотрим эти процессы при менительно к работе схемы в режиме В при положительной логике.

В невозбужденном	состоянии все диоды схемы находят
ся на грани отпирания	(и д ==0). При внезапном возбужде-

49)

нии одного входа схемы один диод отпирается, а остальные— запираются. Возникающий при этом переходный процесс, по существу, не отличается от рассмотренного в § 20 2, п. 14 переходного процесса среза рабочего сигнала в схеме

И. Поэтому длительность ф р о н т а		выходного		сигнала
в схеме ИЛИ (рис. 25) равна длительности с р е з а				выход
ного сигнала в схеме И, выражаемой формулой (52):
<Ф = П а д Ф =	2,2 (Я+ Il R,) [С„ +	(m -	1) Сб 1.	(20.61)
Пусть в момент tx	(рис. 25) прекращается		возбуждение

схемы ИЛИ. Тогда в течение времени Т„ рассасывания за


ряда базы переключаемого диода через этот диод							протекает
	ток	в обратном					направле
	нии,		который				разряжает
	емкость			С„		нагрузки				и
	барьерные				емкости				m — 1
	запертых			диодов			на		неко
	торую		величину				AVQ (рис,
	25). По окончании							быстро
	течного			процесса				рассасы
	вания		заряда			базы			в тече
	ние	времени				Г у С Т		продол
	жается			более			медленный
( . < р - ' } И Д ф	процесс восстановления ис

Рис. 25.	ходного			потенциала					V П	=
мы ИЛИ. В этой стадии	— Ег		= Е'		на выходе схе
	разряд емкостей				системы				обус

ловлен протеканием тока, замыкаемого через сопротив ление Rr и источник Ег. Процессы при t> tx отличаются от процессов нарастания выходного потенциала в схеме И, описанных в § 20.2, "п. 13, лишь тем, что в схеме И имел

место не разряд,	а заряд паразитных емкостей схемы. Ве
личины же ÀVQ,	VU И Т у о т получаются в обоих случаях

одинаковыми и они выражаются формулами (49)—(51). Таким образом, длительность задержки среза выходного потенциала.

^зад с —	+ Т.уст
		(20.62)
Сказанное	выше позволяет заключить	что изложенные
в § 20.2, п. .15 положения о разрешающем		времени схемы И
справедливы	и для схемы ИЛИ.

492

10. Особенности работы схемы ИЛИ в импульсном режи ме аналогичны особенностям работы в импульсном режиме схемы И (см. § 20.2, пп. 17 и 18) с той лишь разницей, что при возбуждении только одного входа схемы ИЛИ отпадает

вопрос о зацеплении	входных	импульсов (ізац	= tiy).
§ 20.4. ЛОГИЧЕСКИЕ	СХЕМЫ	НА ТУННЕЛЬНЫХ	ДИОДАХ

А.ОСНОВНОЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ

ИЕГО СВОЙСТВА

1. Пороговые свойства туннельного днода (ТД) позволяют его использовать для построения логических схем. Достоинствами таких схем являются высокое быстродействие (выше 100 МГц), малая потребляемая мощность, температурная стабильность и радиационная стойкость. Недо статки ТД были отмечены в§ 15.1,

п.1.

2.Схема логического элемен та на ТД изображена на рис. 26.

Напряжение

Ег

сопротивле

ние

учитывают

приключае

мые к ТД -входные и выходные

цепи. Пороговые

свойства

такого

элемента определяются

вольтам-

перной

характеристикой

ТД / д

= •

("д)

( Р 1 1 С -

26)-

Если на

грузочная прямая,

уравнение ко

торой

L R = (Er — us)/Rr

= FR

(ид),

(20.63)

Рис. 26.

пересекает вольтамперную

характеристику

в трех

точках

M',

M и

М",

то точки

М' и Лі" соответствуют

устойчивым

состояниям

рав

новесия

системы.

точке

М'

напряжение

на

ТД имеет

низкий

уровень

(Уд

(Уд,

точке

М" — высокий

уровень

(Уд = (Уд.

Эти

уровни

соответствуют

логическим

переменным О н

1, причем

при

положительной

логике

(Уд -»- 0 и (Уд

1. В

отличие

от диод

ных логических схем логический элемент на ТД сохраняет введен

ную в него информацию (0 или 1), т.		е. он обладает	п а м я т ь ю
и в этом смысле является	типичным	триггером.
3. Обеспечение двух	устойчивых	состояний равновесия		долж
но производиться с учетом нестабильностей вольта,мперной				харак
теристики ТД и величин	ЕГ и Rr. Для иллюстрации		на рис. 27

изображены возможные области разброса характеристики ТД и нагрузочной прямой. Для обеспечения двух устойчивых состояний равновесия необходимо, чтобы верхняя граница области разброса нагрузочной прямой проходила не выше точки а на нижней гра нице области разброса характеристики ТД, а нижняя граница

493

области разброса нагрузочной прямой должна проходить не ниже


точки q на верхней границе области разброса								характеристики ТД.
Зная	допуски		величин	/ п , / D , Rr	и £ г , можно			найти точки g и d,
через	которые		должна	проходить		номинальная нагрузочная пря
мая,	и	токи,	соответствующие		этим точкам' (рис. 27):
			/ А < / п - М ш			/ r f > / j 3 +	ö 2 / n .		(20.64)
Отсюда		определяются		величины	RT и £ Г )		при которых		обеспечи
вается		два устойчивых		состояния		равновесия:

Рис. 27.

4. Переключение логического элемента. Пусть логический эле мент (рис. 28) находится в состоянии Up -* 0 (рис. 29). Для пе реключения его в состояние Up -* I надо сместить нагрузочную прямую вверх — выше пика характеристики ТД (с учетом области

разброса). Это можно осуществить либо		увеличением напряжения
питания на Д £ + , либо подведением к точке D (рис. 28) тока			запуска
і"з = ft = Д £ + / л Ѵ Из рис.	27 следует,	что для надежного пе
реключения системы должно	выполняться	неравенство /t	> 2ôj7n .

После воздействия запускающего сигнала в системе развивается

переходный процесс, обусловленный действием паразитной

ем

кости

С =

Сд +

Си

С м ,

где

С п — емкость

нагрузки;

С м —

емкость

монтажа

и С д

— емкость ТД

при напряжении

ыд

(в области

впадины)

Если it =

const,

то по окончании

переход

ного

процесса система

приходит

к состоянию,

соответствующему

точке М+

(рис. 29), в которой

иЛ =

Up- После прекращения

дейст

вия

тока

запуска

система

приходит в устойчивое

состояние

'Up, -*• I,

'соответствующее точке /И".

• —

494

Для переключения элемента из состояния і/ц -*• I в состояние Up -*• 0 надо уменьшить напряжение питания на АЕ~ или же подвести к точке D диода обратный ток запуска іа = —/з~ = = —AE~/RC\ при этом нагрузочная прямая (рис. 29) должна

—* с

\т

Е •

:--

Рис.

28.

Рис. 29.

проходить

ниже

впадины

характеристики

ТД

(о учетом

областей

разброса). При таком переключении также

возникают переходные

процессы,

результате

кото

рых

система

приходит

к со

1ъ

стоянию,

соответствующему

h 1

точке

М~~ («д =

Up),

затем,

по

прекращении

действия

от-

и;

ка

запуска, — к

устойчивому

состоянию Up ->- 0.

На рис. 30 приведены вре

менные

диаграмма

процессов

переключения

логического

элемента.

Рабочий

перепад

А У д р =

Уд

переклю

Длительность

чения. Для

определения

дли

тельности

переключения логи

ческого элемента

из

состоя

ния

U'R

в состояние Up,-*

- > 1 обратимся

к уравнению то

Рис. 30.

ков

системе

(см.

рис. 28):

' С ~ ' з +

'/5 — 'д-

Подставляя

сюда

выражения i c

= Cdu%/dt,

i3 = l t

= const,

і д = '

=FR(ua)

и lR

из формулы (63), получим нелинейное дифференциаль

ное

уравнение

+ ( Ц

д ) t

г д

ф +

( М д ) =

/ з + +

_£r=fÜL

- f д («л)

495

— нелинейная	функция	от иа (см. рис29), равная разности орди
нат смещенной	вверх нагрузочной прямой и		характеристики ТД.
Разделяя переменные		в, дифференциальном	уравнении, получим

Ф+ (Ид)

Интегрируя это уравнение, найдем активную длительность пере ключения (рис. 30)

						(20.67)
Пределы	интегрирования /0 ,і и		t0,t	соответствуют напряжениям
ил=иол	и Мд=	Уо,9 ( Р и с - 3 0 ) • а	('c)qj — с Р е Д и е е		значение	тока іс,
равное среднему		значению функции		Ф+ (ия) (см	рис. 29)	на интер

вале (1/0 і > 1 , Уо.э).

Аналогично находится активная длительность обратного пере

ключения из состояния СУД" в состояние Ua'						(рис. 30):
' о = - С		J Т	~	= С	. _ в л ,		(20.68)
	"о..		( " д )		( ' с ) СР
где Ф~ (ид ) = F д («д) — [ ( £ г — н д ) / Я г — / з " ] — нелинейная функция от
ид (см. рис. 29),	равная	разности		ординат		характеристики ТД н
смещенной вниз	нагрузочной		прямой,		a (f'c)cp—среднее		значение
функции Ф~ (ц д ) на интервале			(ІУ0 .і.		U0,a).

Длительности переключения уменьшаются с увеличением то ков запуска 13 или соответственно 1з~,

Б.СХЕМА ЛОГИЧЕСКОГО СЛОЖЕНИЯ (ИЛИ)

6.Принципиальная схема ИЛИ изображена на рис. 31. Вы

ходной сигнал	Ид = и н	снимается с ТД. Источниками	входных
сигналов еі (» =	1, 2, .... m) потенциального вида обычно		являются
аналогичные логические		схемы на ТД Г которые будем	полагать

идентичными. Поэтому низкие и высокие уровни входных и выход

ных сигналов близки друг к другу: Е' =			Up, и Е" =	Up, где Е" —-
— Е' = Д £ >	0. Будем также	считать, что выходные		(внутренние)
сопротивления	источников Ra	s const,	хотя в действительности

они несколько (не сильно) зависят от уровня е;*>. На схеме указаны положительные направления токов t'j источников; величины этих токов зависят от числа k возбужденных входов. На схеме пунктиром обозначена цепь импульсного генератора тока і3, которая служит только для установки исходного состояния схемы; после такой

установки	можно полагать і3 = 0 и цепь генератора отключенной
от схемы.

*) Эта зависимость очень сильна, если для обеспечения одно направленной передачи информации включают диоды во входные цепи (см. п. 10).

496

Преобразуем схему	ИЛИ	(рис. 31) к более удобному	виду
(рис. 32). Для этого отключим		часть схемы, расположенную	правее
точки D, а оставшуюся	часть	преобразуем иа основе теоремы об

эквивалентном генераторе.		Сопротивление эквивалентного гене
ратора
y?r =	tfT\|\|^L=		-	\| ^ .	(20.69)
Э. д. с. Еѵ = VD генератора		зависит		от состояния	схемы. Пусть k

ее входов возбуждены (е; = Е", it = /"), а от — k входов — не

возбуждены {et = Е', іі = /') . Тогда уравнение токов в исходной

									.1,
		Рис.		31.					Рис. 32.
схеме имеет вид: iR =			kl" + (от — k)I'.			Подставляя в это уравне
ние	выражения	токов	(рис. 31),		получим
	Е-Ѵг			Ѵр-Е"	•im-k)		Vp-B'
		RT		Ra	•im-k)			Rn
		RT		Ra				Rn
Решая это уравнение относительно VD =							Ег	и	учитывая	затем
формулу (69),		найдем
		— -f-fc-^—+(яг				k)	—	— £r к-		(20.70)
		RT		Ra		Ru
Как	видно, с увеличением k э. д. с. £ Р =						E [ k		возрастает.
	7. Принцип	работы		схемы	ИЛИ. Согласно				формуле (70) при
k =	0
		F o = R r [ ~ R ^ + m				Ä T J •				( 2 0 - 7 1 )
	Пусть параметры схемы выбраны так, что при k = 0 нагрузоч

ная прямая занимает положение, показанное на рис. 33 сплошной

линией,	и, следовательно, в	невозбужденном состоянии		система
имеет два устойчивых состояния		равновесия, которые	соответствуют
точкам	M' (U'n 0) и М" ((Уд -+ 1).
Пусть вначале путем подачи импульса тока і3 < 0 от генера
тора тока логический элемент		приведен в состояние	1/д	0 (см.

497

п.	4), а затем производится возбуждение		одного	входа	схемы ( £ =
=	1). Тогда согласно формуле (70) э. д. с. £ г возрастает до значения
	Я г 1 = я Д ^ - \| - - ^	+ ( т - 1 ) \| - \| > Я г о ,			(20.72)
причем приращение э. д. е.			R?
	Д£г i = Ер i—£г 0 =	Е"—Е'	R?	Д £ .	(20.73)
			Ra

В результате возрастания э. д. с. £ г нагрузочная прямая сме- \ щается вверх. При правильном выборе параметров схемы она про ходит выше пика характеристики ТД, как это показано пунктиром

на рис. 33. Это приводит к переключению логического элемента в состояние t/д > і> t/д. Заметим, что при лю


бом	выходном				напряжении
t/д	> t/д считается				t/д	-> 1.
	Переключение				логическо
го элемента			в состояние			t/д >
> х/д -*• 1			получается			также
при	возбуждении				любого чис
ла	входов		(k >	1). Следова
тельно,		данный		элемент вы
полняет		операцию ИЛИ.

Посде прекращения воз буждения всех входов (k = 0)

Рис. 33. логический элемент переходит от состояния £/д+ в состояние t/д -+ 1 (рис. 33). Для его перевода в состояние t/д -> 0 необходи

мо подвести к ТД импульс тока <3 < 0 от генератора тока.

8. Обеспечение

работоспособности

схемы

ИЛИ.

Нормальная

работа схемы ИЛИ возможна при выполнении

ряда

условий.

Во-первых,

выражаемые формулами (69)

и (71)

сопротивление

RT и э. д. с. £ г

= £ г

должны удовлетворять

соответственно соот

ношениям (65) и (66), которые выражают условия

существования

двух устойчивых состояний

равновесия

системы.

Во-вторых, параметры схемы должны обеспечивать надежное

переключение логического элемента при возбуждении

о д н о г о

его входа (k =

1). Для этого

выражаемое формулой

(73)

прираще

ние э. д. с. Д £ г 1 должно

быть достаточно велико. Как указывалось

в п. 4, увеличение э. д. с. £ г

равносильно действию

прямого тока,

приложенного

к диоду,

величиной

Д £ г i

ДЕ

(20.74)

/ з + = ^ = — - ,

Следовательно,

как это вытекает из рис. 27, с учетом

области раз

броса характеристики

ТД должно выполняться

соотношение

- —

2ô\ / п ,

откуда

< •

'п

•

(20.75)

Ни

z o i

498

Формулы (65), (66), (69), (71) и соотношения (74) и (75) позво ляют произвести выбор параметров схемы ИЛИ.

9. Наибольший коэффициент объединения (разветвления). Формулы (65) и (69) совместно с соотношением (75) накладывают ограничение на максимальное число входных цепей логического элемента ИЛИ. Действительно, из формул (69) и (65) вытекает, что

	Ra	. , Rn	UB-Un
Hr-,nRT	+ R„-= m > ^ г н а н м -		/ n - / B _ ( ô 1 + ô 2 ) / n '

Решая это неравенство относительно m и учитывая при этом соот ношение (75), получаем

ДБ

Д £ (1 — 6і — ô 2 — / в / / п )

' п " г ІШИМ

l Q i ( и в —

У и)

Для

типовых

диодов

характерны

приближенные

равенства:

Д £ S

1,5

(UB

— Un); ôj ess oz ss-0,1; 1В//П&0,1.

При подстанов

ке этих значений в формулу (76) получим m = 5, т. е.

коэффициент

объединения

схем

ИЛИ

не

более

Приключение

к ТД

н а г р у з к и

в виде

аналогичной

логи

ческой схемы на ТД через

сопротивление

равносильно

увели

чению

числа

в х о д н ы х

цепей, которое

ограничено

неравенст

вом (76).

и выходных цепей. При переключении

10.

Развязка

входных

схемы ИЛИ в состояние

Up -*• 1 на диоде возникает перепад напря

жения

Up — Up,

который

через

сопротивление

связи

воздейст

вует на невозбужденные входные ветви. Это может вызвать пере ключение источников et из состояния £ ' в состояние Е", что яв ляется одним из серьезных недостатков простейших логических схем на одном ТД. Для устранения этого недостатка во входные це

пи включаются диоды, не пропускающие ток в направлении от ТД
к источникам е;. Аналогично и нагрузочные цепи								подключаются
через	посредство		диодов. Это обеспечивает			однонаправленную			пере
дачу	информации		в логической схеме.		Другой	способ развязки			вход
ных	и	выходных	цепей состоит	в	применении		комбинированных
схем	на ТД и транзисторах. Различные варианты таких схем опи
саны	в	литературе [160, 161].
		В. СХЕМА ЛОГИЧЕСКОГО УМНОЖЕНИЯ						(И)
11.		Схема И имеет такой же вид, как и схема ИЛИ (см. рис. 31
и 32),		причем сопротивление Rr		и э. д. с. ЕГ =			£ Г £	также	выра

жаются формулами (69) и (70). Однако режим работы схемы И

выбирается таким образом, чтобы при

k =

0, когда

Ег

—

Ег0,

нагрузочная прямая

проходила

достаточно

низко

(рис. 34),

но

все же имела 3 точки пересечения с характеристикой ТД.

Предварительно

помощью

импульсного

генератора

тока-(а

Система переводится

в состояние

U'p -> 0. При возбуждении

одного

входа

(it

1) э. д. с.

£ г

возрастает до

значения

£ г 1

£ г 0

+ Д £ г і .

нагрузочная

прямая перемещается вверх (рис. 34), но

остается

н и ж е

пика

характеристики

ТД.

Поэтому

состояние

схемы

не

меняется

.(ид

Up)..

Увеличение .числа

возбужденных

<<< < Предыдущая 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 4950 / 6050 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ