Что такое цифровые интегральные схемы. Цифровые схемы

ОСНОВНЫЕ ЦИФРОВЫЕ СХЕМЫ

Главной особенностью цифровой схемотехники является использование двухуровневых сигналов. В аналоговой схемотехнике сигнал может принимать любое значение в пределах от минимального до максимального значения. В цифровых схемах он должен принимать одно из двух нормированных значений. Оба значения сигнала имеют одинаковую полярность, при этом одно значение близко к нулю вольт, а второе имеет значение порядка единиц вольт (по модулю). Малый сигнал принято называть сигналом (уровнем) логического нуля и обозначать U0 (это отнюдь не означает, что U показатель степени, равный нулю!). Большой сигнал называют сигналом (уровнем) логической единицы и обозначают U1. Нормированные значения U0 и U1 для разных типов выпускаемых промышленностью микросхем приведены ниже, в табл. 11.4 – легко увидеть, что они различаются не только количественно, но и полярностью.

Применение двухуровневых сигналов позволяет существенно повысить надежность функционирования электронных схем. В аналоговых схемах любое отличие значения сигнала от требуемого является ошибкой, которая может привести к тяжелым последствиям. Напротив, в цифровых схемах небольшое отклонение сигнала от номинала ошибкой не является, если не перейден порог Uпор между нулем и единицей, как правило равный

Uпор = 0,5(U0 + U1).

Например, в цифровой схеме приняты номинальные значения U0= 0,5В, U1=4,5В;тогда Uпор = 2,5 В. Если уровень U1 по каким-то причинам понизился до 2,55 В, т. е. остался выше порога, то электронное устройство все равно сработает правильно. Использование двухуровневых сигналов дает и второе преимущество – функционирование цифровых схем можно описать с помощью так называемой «булевой» алгебры – алгебры двоичных чисел. Само по себе двоичное счисление проигрывает традиционному десятичному, так как требует огромного количества разрядов (например, трехразрядное десятичное число 129 в двоичном варианте имеет 8 разрядов). Однако возможность применения «булевой» алгебры существенно облегчает проектирование сложных электронных схем. От близости электронных схем к математическому аппарату пошло и их название – «цифровые».

Третье преимущество цифровой схемотехники перед аналоговой - малая номенклатура простейших схем, комбинацией которых являются все более сложные электронные устройства. Если рассмотрению модулей аналоговых схем в данном пособии посвящено девять глав, и при этом за рамками остались некоторые относительно редко используемые схемы, то в цифровой схемотехнике таких модулей – всего четыре: три логических схемы (И, ИЛИ и НЕ) и триггер. Впрочем, иногда триггер с раздельными входами и счетный триггер считают разными элементарными схемами – тогда число модулей доходит до пяти.

Следует отметить и недостатки цифровой схемотехники. Если в процессе работы значение сигнала преодолевает порог, то это может иметь катастрофические последствия, поэтому разработчики электронных изделий затрачивают массу усилий на то, чтобы корректировать такие ошибки. Малая номенклатура элементарных схем при ручном проектировании электронных устройств из-за «однообразия пейзажа» вызывает ошибки в соединении входов и выходов схем, для преодоления которых приходится разрабатывать тестовые сигналы. При проектировании следует также помнить, что уровни U0 и U1 для разных типов выпускаемых промышленностью микросхем различаются не только количественно, но и полярностью, поэтому создание электронных устройств на смешанной базе требует введения схем согласования уровней.

Похожие статьи:

poznayka.org

СХЕМЫ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

   Электронными устройствами сейчас никого не удивишь. Они в каждом доме. Поэтому неудивительно и то, что с малых лет многие начинают интересоваться электроникой. В таком случае чаще всего стараются построить какое-либо более или менее сложное устройство, пользуясь описаниями конструкций. Но первые попытки редко дают хорошие результаты.

   А ведь электроника совсем не трудная. Все электронные устройства, даже самые большие, всегда составлены из простых элементов. Их существует всего несколько видов. Они лишь соединяются между собой по разным схемам. Именно поэтому работают один раз так, а другой раз иначе - в зависимости от намерений конструктора. Но это еще не все: большие электронные устройства составляются из многих маленьких основных схем. Так, как из деревянных кубиков: часто из одинаковых кирпичиков можно построить даже огромный, великолепный дворец.

   Поговорим о строительстве вычислительных машин, усилителей, счетчиков импульсов, и о многом другом, о том, что строится из основных элементов: резисторов, трансформаторов, конденсаторов, транзисторов и интегральных схем которые лежат в основе радиоэлектроники. В современной высокоразвитой электронной промышленности заняты десятки тысяч человек. Одни выращивают высокочистые полупроводниковые кристаллы. Другие изготавливают на высокоточном оборудовании интегральные микросхемы. Третьи разрабатывают их топологию. Четвертые заняты программным обеспечением ЭВМ. Есть масса занятий для пятых, шестых и т.д. Но все они вместе возводят одно величественное здание современной электронной техники, без которой уже не может обойтись ни одна отрасль народного хозяйства.

   Любое современное здание, например жилой дом, строится из ограниченного набора блоков - панелей, балок, перекрытий. Расположив эти блоки в различных сочетаниях, можно построить и низкое длинное здание и, возвышающийся как башня над всем городом, небоскреб. Даже при ограниченном наборе основных блоков архитекторам предоставлена широкая свобода для творчества. Так и в современной электронике из сравнительно небольшого числа основных базовых блоков - «кирпичиков»: транзисторов, конденсаторов, резисторов и т. д. можно создать бесчисленное множество электронных устройств: радиоприемники, телевизоры, устройства записи и воспроизведения звука, передачи данных, ЭВМ и многие - многие другие. Что же эти элементы из себя представляют?

   Резистор - структурный элемент электрической цепи, основное функциональное назначение которого оказывать известное сопротивление электрическому току с целью регулирования тока и напряжения. Резистор имеет основные параметры:

   Номинальное сопротивление – это сопротивление конкретного прибора, измеряется в Омах. Для каждой цепи необходимы свои наборы номиналов.  

   Рассеиваемая мощность – это разделение резисторов по максимальной мощности, измеряется в Ваттах.

   Допуск – это погрешность сопротивлений резистора, указывается в процентах.  

   Сейчас можно встретить как микроминиатюрные SMD резисторы, так и мощные в керамическом корпусе. Существуют невозгораемые, разрывные и прочие, перечислять их можно очень долго, но основные параметры у них одинаковые.

   Варикап - конденсатор в виде полупроводникового диода, ёмкость которого нелинейно зависит от приложенного к нему электрического напряжения. Эта ёмкость представляет собой барьерную ёмкость электронно - дырочного перехода изменяется от единиц до сотен пико фарад. Параметры варикапа:

   Максимальное обратное постоянное напряжение – это максимальное напряжение, которое можно подавать на варикап. Измеряется в Вольтах.

   Номинальная емкость варикапа – это емкость варикапа при фиксированном обратном напряжении.

   Коэффициент перекрытия – это отношение максимальной емкости к минимальной.

   Кроме обычных варикапов используют сдвоенные и строенные варикапы с общим катодом. Чаще всего они используются в радиоприемных устройствах, где необходимо одновременно перестраивать входной контур и гетеродин с помощью одного потенциометра. Но делают и сборки нескольких варикапов в одном корпусе.

   Транзистор - полупроводниковый триод - радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять выходным током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов.

   Трансформатор – один из самых распространённых электротехнических устройств, как в бытовой технике, так и в силовой электротехнике. Назначение трансформатора заключается в преобразовании электрического тока одной величины в другую, большую, или меньшую. Трансформаторы предназначены для преобразования переменного, импульсного и пульсирующего тока. Если подвести к трансформатору постоянный ток, то получится, лишь раскалённый кусок провода.

   Конденсатор – один из самых распространённых радиоэлементов. Роль конденсатора в электронной схеме заключается в накоплении электрического заряда, разделения постоянной и переменной составляющей тока, фильтрации пульсирующего тока и многое другое. Основные параметры конденсатора:

   Номинальная емкость – это мощность, на которую рассчитан конденсатор, при номинальном напряжении, номинальной емкости и номинальной частоте. Измеряется в Фарадах.

   Номинальное напряжение – это значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах.

   Допуск – это отклонение величины реальной емкости от указанной на корпусе, указывается в процентах.  

   Из весьма скромного набора основных элементов, имеющихся в распоряжении радиотехников, конструируют все. От электронного дверного звонка, исполняющего мелодию, до сложных синтезаторов современных групп; от зарядного устройства для телефона, до персонального компьютера, способного сыграть с вами партию в шахматы. Но в современном строительстве используются не только кирпичи, но и всевозможные блоки.

   Так что же это за «блоки-кирпичики»? Интегральные микросхемы. Некоторые из них и по форме напоминают маленький пластмассовый кирпичик с двумя гребенками выводов. По своему функциональному назначению интегральные микросхемы делятся на две основные группы: аналоговые, или линейно-импульсные, и логические, или цифровые, микросхемы. Аналоговые микросхемы предназначаются для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний разных частот, например, для приемников, усилителей, а логические для использования в устройствах автоматики, в приборах с цифровым отсчетом времени, в компьютерах.

   Интегральная микросхема представляет собой миниатюрный электронный блок, содержащий в общем корпусе транзисторы, диоды, резисторы и другие активные и пассивные - элементы, число которых может достигать нескольких десятков тысяч. Одна микросхема Может заменить целый блок радиоприемника, компьютера и электронного автомата. «Механизм» наручных электронных часов, например, - это всего лишь одна микросхема.

   Основным элементом аналоговых микросхем являются транзисторы. Разница в технологии изготовления транзисторов существенно влияет на характеристики микросхем. Микросхемы на полевых транзисторах самые экономичные - по потреблению тока.

   Что находится внутри радиоэлектронного элемента? Сырьем для них может служить обычный песок. Не верите? Песок представляет собой окись кремния SiO2. А кремний является основой для производства подавляющего большинства полупроводниковых элементов электроники. Разумеется, нужны и другие материалы: пластмасса, керамика, алюминий, серебро и даже золото. Разрезать аккуратно и точно кремниевую пластинку лучше всего алмазной пилой.

   Все это привело к появлению микромодулей, схем на тонких пленках, молекулярных блоков - это все различные пути уменьшения габаритов электронных устройств. Так как перед современной техникой ставятся сложные задачи, для выполнения которых требуют от электронных устройств тысячи часов безотказной работы. Только миниатюризация может позволить улучшить качества и надежность элементов. Чем меньше габариты электронных устройств, чем монолитней их структура, тем легче они противостоят ударным и вибрационным нагрузкам. Моноблоки не боятся высоких температур, а надежность их просто поразительна - они могут работать без отказа десятки тысяч часов!

   Миниатюризация влияет и на радиоэлементы схем, упрощая их производство, уменьшая размеры, увеличивая производительность и надежность, что помогло человеку создать всю архитектуру техники, необходимую для любой отрасли его деятельности.

Поделитесь полезными схемами

ИНСТРУМЕНТ ЭЛЕКТРИКА    Инструмент электрика - все необходимые инструменты, необходимые профессиональному электрику для монтажных и ремонтных работ.

ПРИСТАВКА-АВТОМАТ ДЛЯ ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА    Любое простое зарядное устройство, например для для автомобильных аккумуляторов, можно значительно усовершенствовать если дополнить этой приставкой - автоматом, включающим его при понижении напряжения на аккумуляторной батарее до минимума и отключающим после зарядки.

ВЫЖИГАТЕЛЬ ПО ДЕРЕВУ    Электронный трансформатор поможет вам создать простой и безопастный электровыжигатель по дереву.

samodelnie.ru

Цифровые схемы Википедия

Интегра́льная (микро)схе́ма (ИС, ИМС, IC (англ.)), микросхе́ма, м/сх, чип (англ. chip «тонкая пластинка»: первоначально термин относился к пластинке кристалла микросхемы) — микроэлектронное устройство — электронная схема произвольной сложности (кристалл), изготовленная на полупроводниковой подложке (пластине или плёнке) и помещённая в неразборный корпус или без такового, в случае вхождения в состав микросборки[1].

Бо́льшая часть микросхем изготавливается в корпусах для поверхностного монтажа.

Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС) — ИС, заключённую в корпус. В то же время выражение чип-компоненты означает «компоненты для поверхностного монтажа» (в отличие от компонентов для пайки в отверстия на плате).

История[ | код]

7 мая 1952 года британский радиотехник Джеффри Даммер (англ. Geoffrey Dummer) впервые выдвинул идею объединения множества стандартных электронных компонентов в монолитном кристалле полупроводника. Осуществление этих предложений в те годы не могло состояться из-за недостаточного развития технологий.

В конце 1958 года и в первой половине 1959 года в полупроводниковой промышленности состоялся прорыв. Три человека, представлявшие три частные американские корпорации, решили три фундаментальные проблемы, препятствовавшие созданию интегральных схем. Джек Килби из Texas Instruments запатентовал принцип объединения, создал первые, несовершенные, прототипы ИС и довёл их до серийного производства. Курт Леговец из

ru-wiki.ru

Аналого – цифровые интегральные схемы.

Лекция Регистры

Регистр - функциональный узел накапливающего типа, предназна­ченный для приема, хранения, осуществления простых преобразований и выдачи двоичного кода.

Основой регистра являются триггеры.

Простейший регистр для параллельного приема, хранения и выдачи двоичного слова может быть построен на D-триггерах со статическим управлением:

 

 

Для построения регистра принимающего последовательный двоичный код, хранящего его и преобразующего в параллельный, необходимы D-триггеры с динамическим управлением (2-х ступенчатые):

последователь-

ный код, начи-

ная с младшего

разряда

 

Регистры, способные поразрядно сдвигать двоичное слово в сторону старших разрядов или в сторону младших, называют сдвигающими.

Реверсивный сдвигающий регистр способен сдвигать информацию как влево, так и вправо (в сторону младших или в сторону старших разрядов). Регистры сдвига широко применяются в цифровой вычислительной технике для преобразования последовательного кода в параллельный, и параллельного в последовательный, а так же при построении арифметико-логического устройства. Эти регистры сочетают в себе свойства обоих рассмотренных ранее регистров. Для организации параллельного или последовательного режимов записи информации, на входы триггеров включают комбинационные схемы, а переключение режимов осуществляется специальными управляющими цепями.

Характерным примером регистра, сдвигающего информацию вправо с возможностью ее параллельного или последовательного приема, является 4-х разрядный регистр 155ИР1:

Этот регистр содержит четыре тактируемых фронтом D-триггера, соединенных последовательно с помощью ячеек И—ИЛИ. Если на вход V (вывод 6) регистра подан потенциал «нуль», то выход каждого предыдущего триггера оказывается соединенным через ячейку И—ИЛИ со входом D последующего. При этом импульсы, приходящие на тактовый вход С2, будут каждый раз устанавливать последующий триггер в состояние, в котором до этого находился предыдущий. Таким образом осуществляется сдвиг информации вправо. Вход I регистра, связанный со входом D первого триггера, служит для приема информации в виде последовательного кода. С каждым тактовым импульсом на этот вход должен подаваться код нового разряда входной информации. После приема четырех разрядов последовательного кода соответствующий параллельный код может быть получен с выходов триггеров Q1—Q4. Запись параллельного кода в регистр идет по входам D1—D4 при подаче потенциала «1» на вход V и тактового импульса на вход С1. Устанавливая затем V=0 и подавая тактовые импульсы на вход С2, мы обеспечим сдвиг записанного кода. При этом с выхода Q4 последнего триггера снимается последовательный выходной код.

Промышленностью выпускаются регистры, которые могут сдвигать информацию, как влево, так и вправо, например 155ИР13 (8 разрядов).

На базе регистров строятся накапливающие сумматоры:

Под действием управляющего сигнала УС к содержимому регистра РСМ подсуммируется слово А, поступающее в сумматор СМ. Такой накапливающий сумматор может реализовывать операцию двоичного умножения и сложения.

 

Счетчики

Счетчик- функциональный узел накапливающего типа, предназначенный в основном для подсчета числа поступающих на вход импульсов.

В зависимости от выполняемой арифметической операции различают суммирующие, вычитающие и реверсивные (т.е. и суммирующие и вычитающие) счетчики.

В зависимости от коэффициента пересчета различают счетчики двоичные, десятичные, двоично- десятичные и др.

Счетчики различают также по способу организации цепей переноса.

Основой для построения счетчиков являются асинхронные или синхронные Т- триггеры, реализованные на D- триггерах с динамическим управлением или на JK- триггерах. Простейшие счетчики (суммирующий и вычитающий) с последовательным переносом имеют следующий вид:

 

Приведенные схемы обладают низким быстродействием, т.к. код на выходе формируется постепенно по мере переключения цепочки триггеров. Для увеличения быстродействия применяют схемы со сквозным или параллельным переносом.

Промышленностью выпускаются счетчики которые могут как суммировать, так и вычитать (реверсивные). Причем счет может быть начат с любого числа, для чего в счетчике имеются соответствующие цепи параллельной загрузки в триггеры. Например, счетчик 155ИЕ7:

 

 

Выпускаются также счетчики с пересчетом на 10 (двоично- десятичные), 12 и 6 (для часов).

В основном все счетчики выпускаются на 4 разряда, но есть и 5- разрядные (164ИЕ2). Выпускаются также счетчики реализующие счет в специальных кодах, например счетчик Джонсона. Счетчик Джонсона строится на основе 10- разрядного регистра сдвига замкнутого в кольцо через дополнительный триггер. В такой счетчик записана одна единица, которая переходит из разряда в разряд. Номер разряда, в котором находится «1», соответствует определенной десятичной цифре.

 

Аналого – цифровые интегральные схемы.

Аналоговые интегральные схемы (ИС) оперируют с непрерывными сигналами, а цифровые ИС – с дискретными. Существуют также аналого – цифровые ИС, предназначенные для работы, как с непрерывными, так и с дискретными сигналами.

Такие ИС применяются практически в любом функционально законченном устройстве обработки информации, где при вводе и выводе используется аналоговое представление информации.

Типичным представителем аналого – цифровых ИС являются компараторы – простейшие преобразователи непрерывного сигнала в дискретный. Напряжение на выходе компаратора может находиться на одном из 2–х фиксированных уровней:

· На верхнем, если U на его неинвертирующем входе > U на инвертирующем входе;

· На нижнем, при противоположном соотношении этих напряжений.

Обычный операционный усилитель может быть использован в качестве компаратора. Для этого достаточно падать на дифференцируемый каскад смещение, при котором рабочий участок линейной характеристики будет на краю рабочего диапазона и ООС:

Чтобы получился компаратор необходимо чтобы - вне линейного участка.

Однако компараторы, специально разработанные для преобразования непрерывных сигналов в дискретные, имеют ряд преимуществ в сравнении с обычными операционными усилителями. Прежде всего, компаратор переключается гораздо быстрее чем операционный усилитель. Выходной сигнал компаратора изменяется только в пределах, необходимых для управления логической ИС. Компараторы могут иметь дополнительные стробирующие выходы, изменяя потенциал которых, можно включать и выключать компаратор в работу. Схемы компаратора проще, чем операционного усилителя, они дешевле.

Применяются компараторы как по прямому назначению – для сравнения 2 –х напряжений, так и в различных схемах с ПОС: формирователях релаксационных генераторах и так далее.

Аналоговые ключи

Аналоговые ключи представляют собой одну из простейших разновидностей аналого – цифровых схем. Управляются такие ключи дискретными сигналами, а переключают непрерывные сигналы. Выполнены интегральные аналоговые ключи, как правило, на основе МОП – транзисторов. МОП – транзисторы удобны тем, что, во – первых, в открытом состоянии могут пропускать ток в обоих направлениях (сопротивление канала в обоих направлениях одинаково). А во- вторых в канале отсутствуют паразитные источники напряжения (канал изолирован от затвора).

Основными параметрами ключа являются: коммутируемый ток, коммутирующее напряжение, сопротивление ключа в открытом состоянии, время переключения, уровень напряжения по управляющему входу.

Условное обозначение ключа и пример его физической реализации:

 

 

Для получения переключающегося ключа соединяют параллельно МОП транзисторы разной проводимости.

Похожие статьи:

poznayka.org

Что такое цифровые интегральные схемы — Меандр — занимательная электроника

Читать все новости ➔

В предыдущем разделе рассматривались интегральные схемы (ИС), предназначенные для обработки аналоговых сигналов, т. е. сигналов, являющихся непрерывной функцией времени. Наряду с такими сигналами, широкое применение находят сигналы импульсной формы, когда кратковременное воздействие сигнала чередуется с паузой. Среди множества импульсных сигналов наибольшее распространение получили сигналы прямоугольной формы (рис. 3.1), которые принимают лишь два дискретных значения Umах и Umin. условно называемые логическим нулем и логической единицей. Как правило, логическому нулю соответствует низкий уровень напряжения (обозначается ), а логической единице высокий уровень напряжения (обозначается ). Такие сигналы удобно использовать для кодирования информации в двоичном коде и поэтому их называют цифровыми. Разность напряжений логической единицы и логического нуля называют размахом сигнала или логическим перепадом Uл =  – . Для четкого различия состояния «О» и «1» величина Uл должна быть достаточно большой.

Рис. 3.1

Устройства, работающие с цифровыми сигналами, имеют принципиальные отличия от аналоговых устройств, главное отличие заключается в возможности создания сложных устройств (например, ЭВМ) из большого числа сравнительно простых однотипных элементов, легко выполняемых методом интегральной технологии.

В основе цифровых схем лежат простейшие транзисторные ключи – аналоги металлических контактов, которые характеризуются двумя устойчивыми состояниями: разомкнутым и замкнутым. На базе простейших ключей строятся более сложные схемы: логические элементы, бистабильные ячейки, триггеры и т. д. Цифровые ИС применяются широко в вычислительной технике, устройствах дискретнои автоматики и в технике связи.

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org

Электронная схема - это... Что такое Электронная схема?

Электронная схема — это сочетание отдельных электронных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы, индуктивности, диоды и транзисторы, соединённых между собой. Различные комбинации компонентов позволяют выполнять множество как простых, так и сложных операций, таких как усиление сигналов, обработка и передача информации и т. д.[1] Электронные схемы строятся на базе дискретных компонентов, а также интегральных схем, которые могут объединять множество различных компонентов на одном полупроводниковом кристалле. Соединения между элементами могут осуществляться посредством проводов, однако в настоящее время чаще применяются печатные платы, когда на изолирующей основе различными методами (например, фотолитографией) создаются проводящие дорожки и контактные площадки, к которым припаиваются компоненты[2].

Для разработки и тестирования электронных схем применяются макетные платы, позволяющие при необходимости быстро вносить изменения в электронную схему.

Обычно, при рассмотрении, электронные схемы классифицируются на аналоговые, цифровые, а также гибридные (смешанные).

Аналоговые схемы

Основная статья: Аналоговая электроника

В аналоговых электронных схемах напряжение и ток могут изменяться непрерывно во времени, отражая какую-либо информацию. В аналоговых схемах существуют два базовых понятия: последовательное и параллельное соединения. При последовательном соединении, примером которого может быть новогодняя гирлянда, через все компоненты в цепочке течёт один и тот же ток. При параллельном соединении на выводах всех компонентов создаётся одно и то же электрическое напряжение, но токи через компоненты различаются: суммарный ток делится в соответствии с сопротивлением компонентов.

Простая схема, содержащая батарею, резистор и соединительные провода, демонстрирует применение законов Ома и Кирхгофа для расчёта электрической цепи

Основными элементами для построения аналоговых устройств являются резисторы (сопротивления), конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы, а также соединительные проводники. Обычно аналоговые схемы представляются в виде принципиальных электрических схем. За каждым элементом закреплено стандартное обозначение: например, проводники обозначаются линиями, резисторы — прямоугольниками и т. д.

Электрические цепи подчиняются законам Кирхгофа:

• алгебраическая сумма токов в любом узле цепи равна нулю;
• алгебраическая сумма падений напряжений по любому замкнутому контуру цепи равна алгебраической сумме ЭДС, действующих вдоль этого же контура. Если в контуре нет ЭДС, то суммарное падение напряжений равно нулю.

При анализе реальных схем следует учитывать паразитные элементы: так, у реальных соединительных проводников существует сопротивление и индуктивность, несколько лежащих рядом проводников образуют ёмкость и т. д.

Цифровые схемы

Основная статья: Цифровая электроника

В цифровых схемах сигнал может принимать только несколько различных дискретных состояний, которые обычно кодируют логические или числовые значения[3]. В подавляющем большинстве случаев используется бинарная (двоичная) логика, когда одному определённому уровню напряжения соответствует логическая единица, а другому — ноль. В цифровых схемах крайне широкое применение находят транзисторы, из которых строятся логические ячейки (вентили): И, ИЛИ, НЕ и их различные комбинации. Также, на базе транзисторов создаются триггеры — ячейки, которые могут находится в одном из нескольких устойчивых состояний, и переключатся между ними при подаче внешнего сигнала. Последние могут быть использованы как элементы памяти: например, SRAM (статическая оперативная память с произвольным доступом) сделана на их основе. Другой тип памяти — DRAM — основан на способности конденсаторов запасать электрический заряд.

Цифровые схемы по сравнению с аналоговыми той же сложности значительно проще в разработке и анализе. Это связано с тем, что логические ячейки на выходе выдают только определённые уровни напряжений, и разработчику не надо заботится о искажениях, усилении, смещении напряжения и прочих аспектах, которые необходимо учитывать при разработке аналоговых устройств. По этой причине, на основе логических элементов могут создаваться сверхсложные схемы с огромной степенью интеграции элементов, содержащие на одном кристалле миллиарды транзисторов, стоимость каждого из которых получается ничтожно малой. Именно это во многом и определило развитие современной электроники.

Гибридные схемы

Гибридные схемы объединяют элементы, относящиеся к аналоговой и цифровой схемотехнике. Среди прочих, к нем относятся компараторы, мультивибраторы, ФАПЧ, ЦАП, АЦП. Большинство современных радиоприборов и устройств связи используют гибридные схемы. К примеру, приёмник может состоять из аналоговых усилителя и преобразователя частот, после чего сигнал может быть преобразован в цифровую форму для дальнейшей обработки.

Примечания

1. ↑ Charles Alexander and Matthew Sadiku (2004). «Fundamentals of Electric Circuits» (McGraw-Hill).
2. ↑ Richard Jaeger (1997). «Microelectronic Circuit Design» (McGraw-Hill).
3. ↑ John Hayes (1993). «Introduction to Digital Logic Design» (Addison Wesley).

Ссылки

dic.academic.ru

Цифровые логические схемы и системы

Цифровое управление — сравнительно новая область в электронике. Оно ведет свое происхождение от теории связи. Цифровое управление охваты­вает компьютерную технику, электронные АТС, промышленные системы управления, системы обработки данных и множество других подобных систем. Цифровые приборы работают в дискретном режиме, обычно ON (включено) или OFF (выключено). Главной и неотъемлемой особенно­стью цифрового прибора является переход из одного состояния в другое без «остановки» в каком-либо промежуточном положении.

 

Логические схемы

Логические элементы, или схемы, - это цифровые приборы, которые имеют на выходе одно из двух состояний: нулевой выход (обозначает­ся 0) и фиксированный выход (обозначается 1). Логическая схема может иметь несколько входов и только один выход.

Логическая схема И (рис. 11.1)

Схема И выдает на выходе логическую 1, когда на все ее входы подан сигнал, соответствующий логической 1. На рис. 11.1 показана схема И с двумя входами. Ее выход равен 1 только в том случае, если и на вход А, и на вход В подана 1. В табл. 11.1 функция И представлена в виде так называемой таблицы истинности.

На рис. 11.2 показаны типичные формы входных и выходных сигналов.

 

Входы		Выход
А	В
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Таблица 11.1. Таблица истинности схемы И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 11.2. Таблица истинности схемы И-НЕ

Входы		Выход
А	В
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

                        

 

 

Рис. 11.1. Схема И.           

 

Рис. 11.2. Входные и выходные им­пульсные сигналы в схеме И с двумя входами 

  

                              

                 

Рис. 11.3. Схема           Рис. 11.4. Входные и выходныеимпульсные     Рис. 11.5. Схема ИЛИ.

         И-НЕ.                       сигналы в схеме И-НЕ с  двумя входами.

Обратите внимание, что на выходе логическая 1 появляется только тогда, когда на обоих входах присутствует 1.

Логическая схема И-НЕ (рис. 11.3 и табл. 11.2)

Логическая схема И-НЕ имеет на выходе логический 0, когда на все ее входы поданы сигналы, соответствующие логической 1. И наоборот, если хотя бы на одномиз входов схемы И-НЕ присутствует 0, на ее выходе появляется 1 (см. рис. 11.4). Таким образом, схема И-НЕ является логической противоположностью схемы И.

 

Таблица 11.3. Таблица истинности схемы ИЛИ          

 

Входы		Выход
А	В
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 11.4. Таблица истинности схемы ИЛИ-НЕ

 

Входы		Выход
А	В
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

 

                              

 

                                                                 

 

Рис. 11.6. Схема ИЛИ-НЕ.

 

 

 

Рис. 11.7. Входные и выходные им­пульсные сигналы в схеме ИЛИ-НЕ с двумя входами.

Логическая схема ИЛИ (рис, 11.5 и табл. 11.3)

Логическая схема ИЛИ дает на выходе 1, если хотя бы на одном из ее входов присутствует 1. Логический 0 появляется на ее выходе только в том случае, если на всех ее входах действуют логические 0.

Логическая схема ИЛИ-НЕ (рис. 11.6 и табл. 11.4)

 

Схема ИЛИ-НЕ дает на выходе 0, если хотя бы на одном ее входе при­сутствует 1. Логическая 1 появляется на ее выходе только тогда, ко­гда на всех ее входах присутствует логический 0. Таким образом, схема ИЛИ-НЕ является логической противоположностью схемы ИЛИ. На рис. 11.7 показаны типичные формы сигналов, действующих в схеме ИЛИ-НЕ.

Логическая схема НЕ (рис. 11.8 и табл. 11.5)

Логическая схема НЕ является инвертором. Когда на ее входе присут­ствует 1, на выходе появляется 0, и наоборот. Если соединить между собой входы логических схем И-НЕ или ИЛИ-НЕ (рис. 11.8(б) и (в)), то

	Таблица 11.5. Таблица  истинности схемы НЕ   Вход Выход 0 1 1 0		Таблица 11.6. Таблица истинности схемы ИсключающееИЛИ   Входы Выход А В   0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0		Таблица 11.7. Табли­ца истинности схемы Исключающее ИЛИ-НЕ   Входы Выход А в   0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1

 

 

Рис. 11.8. Схема НЕ.

 

 

Рис. 11.9. Входные и выходные импульсные сигналы в схеме НЕ.

получится схема инвертора. На рис. 11.9 показаны типичные формы сиг­налов в схеме НЕ.

Логическая схема Исключающее ИЛИ (рис. 11.10 и табл. 11.6)

Логическая схема Исключающее ИЛИ дает на выходе 1, если только на один ее вход подается 1. Если же на обоих входах присутствуют логиче­ские 0 или 1, на выходе появляется логический 0.

 

Логическая схема Исключающее ИЛИ-НЕ (рис. 11Л1 и табл. 11.7)

Схема Исключающее ИЛИ-НЕ дает на выходе 1, когда на обоих ее входах присутствуют логические 0 или 1.

                                                                                                                                          

Рис. 11.10. Схема Исключающее ИЛИ.

 

Рис. 11.11. Схема Исключающее ИЛИ-НЕ,

Международные стандарты и стандарты Великобритании

На рис. 11.12 показаны условные обозначения, утвержденные международным и британским стандартами для изображении логических схем. Сводные таблицы истинности приведены в табл. 11.8.

 

Рис. 11.12. Условные обозначения логических схем

Таблица 11.8. Сводные таблицы истинности логических схем

Входы		Выходы
А	В	И	ИЛИ	И-НЕ	ИЛИ-НЕ	Искл. ИЛИ	Нскл, ИЛИ-НЕ
0	0	0	0	1	1	0	1
0	1	0	1	1	0	1	0
1	0	0	1	1	0	1	0
1	1	1	1	0	0	0	1

 

В видео рассказывается о логических элементах И, ИЛИ, НЕ:

Добавить комментарий

radiolubitel.net

---

• 
  Три фазы
• 
  Последовательное включение конденсаторов
• 
  Какие плакаты из перечисленных относятся к предупреждающим
• 
  Смарт счетчик
• 
  Плакат посвященный одному из правил безопасности
• 
  Опломбировка счетчика газа
• 
  Шуок шкаф управления огнезадерживающими клапанами
• 
  Категория электроприемников по обеспечению надежности электроснабжения
• 
  Что выбрать узо или дифференциальный автомат
• 
  Как мультиметром измерить напряжение в сети
• 
  4А электродвигатель