Уровни напряжений.

         

В настоящее время основная масса цифровых схем, выпускаемых промышленностью, питается от одного источника +5 В. Гораздо меньше выпускается схем с напряжением питания до +25 В и совсем мало с отрицательным напряжением питания. Выходное напряжение любой цифровой схемы может принимать два значения: высокий уровень и низкий уровень в зависимости от входных сигналов. Чаще всего высокий уровень выходного напряжения принимают за логическую 1, а низкий за логический 0. Такая логическая система называется позитивной логикой. Если же принято обратное соответствие, что на практике встречается очень редко, то система называется негативной логикой.

          Так как выходное напряжение любой логической схемы, соответствующее либо высокому, либо низкому уровню, может иметь какой-то разброс в зависимости от колебаний напряжения питания, изменения нагрузки, а также от схемы к схеме, то как правило для логической 1 или 0 выбирают пересекающиеся интервалы напряжений.

          Рассмотрим для примера простейшую схему инвертора (рис. 2.15).

рис. 2.15. Схема инвертора.

 

          Передаточная характеристика U_вых= f(U_вх) инвертора представлена на рис. 2.16.

рис. 2.16. Передаточная характеристика инвертора.

 

Зона 1 соответствует состоянию 0 входного сигнала, а зона 2 –  состоянию 1 входного сигнала. Зона 3 соответствует состоянию 0 выходного сигнала, а зона 4 – состоянию 1 выходного сигнала.

          Для примера отметим, что для большего числа семейств логических схем U⁰ принято равным приблизительно 0,4 – 0,8 В, т.е. логическому 0 соответствует интервал напряжений от 0 до 0,4 – 0,8 В, а U¹ принято равным приблизительно 2 – 2,4 В, т.е. логической 1 соответствует интервал напряжений от 2 – 2,4 В до U_п. Существует также интервал напряжений между U¹ и U⁰, неопределённый в отношение состояний логического 0 или логической 1.

 

Помехоустойчивость

 

          Для обеспечения надежной работы цифровой схемы необходимопредусмотреть соответствующие меры, чтобы предотвратить возможность появления ложных срабатываний (сбоев), вызванных паразитными сигналами или шумами, которые могут присутствовать наряду с полезным сигналом. Если случайное напряжение на входе логической схемы достигнет напряжения U⁰ или U¹, то может произойти ложное срабатывание схемы. Помехоустойчивость логической схемы оценивается коэффициентом, называемым шумовым запасом по постоянному току. Этот коэффициент представляется в виде разности между напряжением сигнала и напряжением, соответствующим U⁰ или U¹, т.е. шумовой запас в состояние 0 равен U⁰- U⁰_вх, а в состоянии 1 U¹_вх-U¹, где U⁰_вх и U¹_вх входные сигналы соответственно 0 и 1.

          Чем больше шумовой запас схемы, тем выше её помехоустойчивость. На практике значение шумового запаса лежит в пределах от десятых долей вольта до нескольких вольт в зависимости от типа логического семейства.

 

Нагрузочная способность

 

При работе логического элемента в цифровой системе его выход в общем случае будет соединен с одним или несколькими входами других элементов данной системы. Так как каждый вход для нормальной работы должен потреблять некоторую часть мощности выходного сигнала, то существует некоторое максимальное число входов, которые могут быть присоединены к выходу данного элемента без нарушения его работоспособности.

          Это число называется коэффициентом разветвления по выходу элемента или его нагрузочной способностью. Так как не все элементы логического семейства требуют одного и того же значения входной мощности, то для количественной оценки нагрузочной способности элемента вводится понятие единичной нагрузки, которая соответствует входной мощности элемента с минимальным потреблением. И тогда нагрузочная способность выражается числом единичных нагрузок. Для надежности работы логической схемы необходимо, чтобы нагрузочная способность её элементов превышала или, в крайнем случае, была равна суммарному количеству единичных нагрузок, подсоединенных к выходу каждого элемента.