Импульсная и цифровая техника

7

Логические элементы

1. Характеристика ключевого режима работы усилительных элементов

В электронных средствах ВМФ наряду с аналоговыми электронными элементами, работающими с континуальными сигналами, широко применяются элементы, работающие с импульсными, в том числе с цифровыми, сигналами. Если у первых, которым были посвящены предыдущие 12 лекций, активные (усилительные) элементы работают, синфазно повторяя форму входных сигналов, при этом их рабочая точка плавно перемещается по линейному участку нагрузочной (динамической или рабочей) характеристики, то у вторых – состояние изменяется скачком из полностью открытого и насыщенного до закрытого (отсечки тока). Такой режим работы усилительных элементов называется ключевым или переключательным. Проиллюстрируем его нагрузочной вольт-амперной характеристикой (ВАХ) биполярного транзистора структуры n-p-n, приведённой на рис. 13.1.

Ik, мA I _m k (Uк = 0)

Iб макс

Нагрузочная характеристика

Iб ср

Iб мин

Uип (Ik = 0) Uк, В

Рис. 13. 1. Рабочая характеристика усилительного элемента на семействе выходных ВАХ БПТ структуры n-p-n (Графическое решение уравнения Uип = Uк + U_Rк = Uип + Ik Rк)

Итак, в импульсной и особенно в цифровой технике усилительные элементы работают в ключевом или переключательном режиме, находясь либо в открытом – проводящем состоянии (Ik = I _m k = Uип / Rк; Uк = 0), либо в закрытом – непроводящем состоянии (Ik = 0; Uк = Uип), при этом переход из одного состояние в другое осуществляется, как правило, скачком.

2. Схемы и принцип действия электронных ключей

Переключательный режим работы электронного ключа удобно рассмотреть на примере схемы резисторного усилителя, приведённой на рис. 13.2.

Uип

+

_ Rк

Uк Uвых

Рис. 13. 2. Переключательная схема усилителя импульсов

Назначение компонентов схемы типовое для электронных усилителей: усилительный элемент, проводимость которого регулируется входным сигналом; источник питания, энергия которого преобразуется в выходной сигнал; резистор коллекторной нагрузки транзистора, без которого коллекторное напряжение не изменялось (всегда бы было равно Uип).

Пока входного, отпирающего транзистор, сигнала нет, он закрыт для протекания токов потенциальным барьером p-n-перехода Iк = 0 и Uк = Uип - высокий уровень, как только появится на входе усилителя отпирающий сигнал Uвх >> 0, то транзистор скачком перейдёт в проводящее насыщенное состояние, при котором его коллекторный ток максимален Iк = I _m к , а Uвых = 0 –низкий уровень. При прекращении отпирающего действия Uвх Iк и Uк транзистора скачком возвращаются в исходные состояния. Эти процессы удобно проиллюстрировать временными диаграммами рис. 13. 3.

Uвх

Uвых

Рис. 13. 3. Временные характеристики усилителя импульсов

В цифровой электронике наличие сигнала или его высокий уровень определяют кодом 1, а отсутствие или низкий уровень сигнала – кодом 0.