МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И

НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

О.Н. ОСИНЦЕВ В.А. САВИЦКИЙ В.Н. СЕРОВ

ЦИФРОВЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ

УСТРОЙСТВА

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Москва 2009

ББК 32.847.

О 73

УДК 621.374.3.(075)

Рецензенты: д. т. н. В.И. Солёнов, д. ф-м. н. В.В. Шевченко.

О 73 Осинцев О.Н., Савицкий В.А., Серов В.Н. Цифровые импульсные устройства: Лабораторный практикум / Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ”Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)”. – М., 2009. – 208 с.

ISBN 978-5-7339-0000-0

В лабораторном практикуме рассматриваются и исследуются основные цифровые импульсные устройства: ключи на транзисторах, простейшие логические схемы, последовательностные цифровые устройства – триггеры, регистры и счётчики, схемы мультивибраторов, формирователи – укоротители и расширители импульсов по длительности, схемы генераторов линейно изменяющегося напряжения.

Каждый раздел лабораторного практикума состоит из трёх частей: теории, физического исследования электронной схемы и компьютерного анализа работы схемы.

Раздел физического исследования позволяет приобрести практические навыки при работе с различными измерительными приборами, применяемыми в экспериментальной практике.

Особенностью настоящего лабораторного практикума является наличие раздела по применению программных методов в исследованиях электронных схем на компьютере.

Практикум предназначен для студентов специальностей 200203, 210100, 210105. 210106, изучающих курсы: "Электроника", "Основы ра-диоэлектроники" и "Электронные цепи и микросхемотехника".

Данный практикум является логическим продолжением проработки и дополнения авторами лабораторного практикума по импульсным устройствам в электронике изданного ранее.

Табл. 26. Ил. 150. Библиограф.: 12 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.

© О.Н. Осинцев, В.А. Савицкий, В.Н. Серов, 2007

Предисловие

Современный этап развития общества и общественных отношений характеризуется массовым внедрением в повседневную практику применение современных вычислительных средств. Их создание и совершенствование основано на использовании цифровых импульсных устройств, то есть на применении сложных полупроводниковых и микроэлектронных устройств, которое, в свою очередь, связано с совершенствованием и усложнением технологической базы микроэлектроники, основой которой является нанотехнология. Указанные постоянные изменения требуют от будущих специалистов в их повседневной практической работе, не только общих знаний о работе электронных устройств, но и более глубокого и качественного анализа происходящих в них процессов.

Лекционный курс по ряду специальностей предусматривает изучение физических принципов работы основных типов полупроводниковых приборов, особенностей построения и расчёта различных электронных и микроэлектронных схем с требуемыми техническими характеристиками и параметрами. Широкое применение цифровых импульсных устройств в различные области техники, их схемное многообразие, требует изложения основ их работы и анализа в доступной и упрощённой и понятной форме.

Перечисленные требования предъявляет к авторам достаточно сложные и жёсткие требования по изложению данного материала Выходом их этих противоречий, по мнению авторов, является наличие основного теоретического материала по каждому из разделов в лабораторном практикуме. Это позволяет качественно понять и оценить глубину происходящих переходных процессов в рассматриваемых электронных схемах и уяснить методы для повышения их быстродействия.

Наличие в лабораторном практикуме традиционного и современного методов по исследованию работы устройств, позволяют закрепить и углубить получаемые студентами теоретические знания, а также привить специфические навыки в практической работе с различными электронными устройствами.

Данный практикум является продолжением проработки практикума по импульсным устройствам в электронике изданного ранее.

I. Электронные ключи

Часть первая

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ КЛЮЧА

Глава 1. Электронный ключ на биполярном транзисторе

В импульсной технике для замыкания и размыкания (коммутации) тока в нагрузке используют ключи на биполярных транзисторах, включённых по схемам с ОЭ, ОБ, ОК. Наибольшее распространение получила схема с ОЭ как обладающая максимальными усилительными свойствами, так и являющаяся инвертором полярности входного сигнала.

В интегральной схемотехнике часто применяется схема ключа без смещения (рис. 1.1), управляемая входным сигналом

(ключ с потенциальным управлением).

В схеме ключа транзистор работает в режиме большого сигнала и поэтому фактически является ограничителем тока. Изменения токов транзистора при различных режимах его работы в схеме ключа с таблицей состояний переходов приведены на рис. 1.2.

Анализ его работы проводится на основании семейства выходных характеристик транзистора для схемы с ОЭ (рис. 1.3) :

с построением на них нагрузочной прямой методами короткого замкания и холостого хода .

Р абочее состояние ключа определяется положениями его рабочих точек В и А на линии нагрузки, которые изменяются под воздействием входного сигнала (управ-ляющего базового тока I_Б). Их положения соответствуют двум основным состояниям ключа: режиму отсечки или запирания (точка В) – транзистор (ключ) разомкнут и режиму насыщения (точка А) – транзистор открыт и насыщен (ключ замкнут).

Процесс переключения ключа носит нелинейный характер, так как транзистор является инерционным прибором и происхо-дящие в нём процессы не являются мгновенными.

В зависимости от приложенного напряжения к переходам транзистора в схеме (рис. 1.1) различают следующие режимы работы транзистора: режим отсечки, нормальный активный режим (ли-нейный), инверсный активный режим, режим насыщения (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Режим работы	Эмиттерный переход	Коллекторный переход
Отсечки	Закрыт	Закрыт
Линейный	Открыт	Закрыт
Инверсный	Закрыт	Открыт
Насыщения	Открыт	Открыт

Анализ работы ключа проводится с целью определения его статических и динамических свойств при переключениях.

Статические свойства ключа - это оценка устойчивых cо-стояний транзистора в режимах отсечки и насыщения.

Динамические свойства характеризуются переходом (переключением) ключа из одного статического состояния в другое.