Схемотехника (Лёхин Сергей Никифорович) 4-й курс I семестр 2000/2001 гг.

06.09.2000

Под логическим элементом понимается узел, который реализует простейшие логические операции над цифровыми сигналами. К простейшим логическим операциям относятся: И, ИЛИ, НЕ. На принципиальных схемах логические элементы обозначаются:

Логические элементы работают с цифровыми сигналами. Под цифровыми сигналами понимаются импульсные сигналы, которые могут принимать только два значения:

1. низкого уровня  0 В;

2. высокого уровня  напряжению источника питания соответствующего устройства.

Т.к. цифровые сигналы имеют два значения, то условно низкий уровень  логическому “0”, а высокий уровень  логической “1”.

Сравним аналоговый и цифровой сигналы.

Любое изменение аналогового сигнала несёт какую-то информацию, т.е. изменение уровня сигнала по каким-то причинам приводит к изменению информации.

Особенностью цифровых систем является то, что в первом приближении конкретные значения уровней не играют никакой роли, при том, что уровни отличаются. Это свойство обеспечивает высокую помехоустойчивость.

Рассмотрим схему логического элемента и определим, какую операцию он выполняет.

Записано с кассеты, гарантии нет!

Первая причина заключается в том, что транзистор, который находится в насыщенном состоянии, сразу выключиться не может. Требуется какое-то время на вывод неосновных носителей на выходе базы, а вторая причина связана с процедурой перезаряда паразитных емкостей. Ну, с насыщением мы пока делать ничего не будем. Для того чтобы разобраться, как эти паразитные емкости влияют на задержки, мы проведем следующие рассуждения. Допустим, на вход какого-то элемента поступает сигнал, вызывающий его переключение. Тогда идеальный инвертор должен переключиться вот таким образом. Состояние этого инвертора должно измениться с нулевого на единицу. Как мы с вами установили, так как у нас в коллекторной цепи стоит резистор, то при выключении транзистора происходит перезаряд паразитной емкости через вот это сопротивление .

А тут стоит транзистор, который, будем считать, что уже выключен.

Напряжение на емкости мгновенно измениться не может, процесс изменения происходит по экспоненте, т.е. на самом деле выходное напряжение нашего инвертора будет меняться вот таким вот образом

Ничего страшного, т.е. транзистор, мы считаем выключился мгновенно. Но если

теперь предположить, что к выходу нашего инвертора подключен аналогичный логический элемент, т. е. либо инвертор, либо какой-то другой, то вот тут и возникают всяческие проблемы.

Вот этот элемент почувствует сигнал управления как логическую единицу

только тогда, когда он достигнет уровня переключения , т.е. только в этой ситуации этот элемент начнет переключаться, потому что для него управляющий сигнал будет соответствовать логической единице, т.е. на самом-то деле получается, что наш связанный логический элемент перейдет в новое состояние не в момент выключения транзистора здесь, не в момент как бы формирования логической единицы на выходе вот этого инвертора, а с некоторой задержкой, которая связана как раз с процедурой перезаряда , т. е. за счет перезаряда положительных емкостей образуется вот эта ситуация задержки переключения и, очевидно, время задержки будет зависеть от скорости перезаряда конденсатора, а скорость перезаряда, как вы знаете, является постоянной времени, которая в нашем случае равна произведению Rk на С параз.

Влиять на емкость нагрузки или на положительную емкость, в общем-то очень сложно.

Остается уменьшить сопротивление Rk.

Ну а с другой стороны, уменьшить это сопротивление, наверное можно, но при этом резко возрастет энергопотребление.

Действительно, состояние логического нуля у нас через это сопротивление и транзистор протекает довольно

Если сопротивление уменьшить, то возрастет мощность потребляемого источника питания и

Т.е. бороться с этой задержкой в принципе бороться с этой задержкой каким- то образом можно, но, как видите, здесь возникают свои проблемы.

Первое обстоятельство задержки – это рассасывание неосновных носителей, т. е. это приводит к тому, что на самом-то деле наш вентиль будет выключаться не в момент поступления сигнала, а с какой-то задержкой и дальше на его выходе будет формироваться вот такой вот

Фронт, т. е. задержка переключения обусловливается двумя факторами

1.Задержка перезаряда.

2.Задержка перенасыщения.

И вот это суммарное время и характеризует задержку переключения нашего ,т. е. задержку перехода в новое устойчивое состояние

Уменьшить время задержки перезаряда можно