ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

«Алматы энергетика және байланыс университеты»

Комерциялық емес акционерліқ қоғамы

 

 

 

 

Б.М.Шайхин, Ұ.Қ.Дегембаева 

ЭЛЕКТРОНИКА 

Оку құралы

 

 

 

Алматы 2010

УДК 534.6.(075.8)

ББК 32.85Я73

Ш18.Электроника:

Оқу құралы  Б.М.Шайхин, Ұ.Қ.Дегембаева

АЭжБИ, Алматы, 2009 – 79 бет.

ISBN 978-601-7098-46-9 

 

Оқу құраында пәннің оқылу шеңберінде қалып қоймай, электронды техника құрушылары және олардың аналогтық құрылғылар схемотехникасында қолданылуы қарастырылған. Нақты схемалардың жұмыс істеу қағидалары, олардың ерекшеліктері және негізгі сипаттамалары келтірілген.

Кесте.35, кесте 2, әдеб.көрсеткіші – 16 атау.

 

 

Пікір жазғандар: КазҰТУ, проф., физ. – мат.ғыл. канд. М.Ш.Нұрманов,

АЭжБИ, техн.ғыл.канд.,доцент  З.А.Жунусов

  

ББК 32.85Я73

 

 Қазақстан Республикасының  Білім және ғылым министрлігінің 2009 жылғы баспа жоспары бойынша басылады.

 

 

ISBN Ш

 

© «Алматы энергетика және байланыс университеты», 2010 ж.

 

Мазмұны

Кіріспе                                                                                            5

1 Электрондық жүйелер және сигналдар                                               6

1.1 Жалпы мәліметтер                                                                             6

1.2 Реттелген, реттелмеген және кездейсоқ сигналдар                             10

1.3 Электрондық жүйелермен сигналдарды түрлендіру                          14

1.4 Сызықты жүйелер                                                                                15

1.5 Сызықты емес жүйелер                                                                       17

1.6 Параметрлік жүйелер                                                                           19

1.7 Кері байланысы болатын электрондық жүйелер                                18

2 Электр сигналдарының күшейткіштері                                                  21

2.1 Жалпы мәліметтер                                                                               21

2.2 Сигналдарды күшейту. Күшейткіштердің параметрлері

 және сипаттамалары                                                                                 23

2.3 Күшейту аспаптарын қосу схемалары                                                26

2.4 Операциялық күшейткіштер                                                                29

2.5 Резонанстық күшейткіштер                                                                 32

2.6 Қуат күшейткіштері                                                                           34

3Интегралды түрде жасалған күшейткіштер                                            36

4 Аналогты функционалдық түйіндер және электрондық

аппаратура элементтері

 Электр сүзгілері (ЭС)                                                                             38

4.2 Сигналдармен негізгі математикалық

операцияларды орындайтын функционалдық түйіндер                         42

4.3 Гармоникалық тербелістер генераторлары                                       43

4.4 Лүпілдер генераторы                                                                         48

4.5 Релаксациялық тербелістер генераторлары                                      51

4.6 Компаратор және оның интегралдық таймеріндегі төменгі

 және жоғарғы жол айырымдары                                                           47

Интегралдық таймер                                                                               55

5. Дербес ЭЕМ-нің элементтік базасы                                                    56

5.1 Тұрақты еске сақтау құрылғысы (ТЕСҚ). Электр

сигналдарының цифрлық түрлендіргіштері                                            58

5.2 Микропроцессор                                                                               63

5.3 ЭЕМ-нің жедел жадысы                                                                    66

6 Цифрлық құрылғылар.Триггерлер                                                      67

6.1 Статикалық басқарылатын синхронды триггерлер                          71

6.2 Информацияны екі сатылы жадтау принципі бойынша

 құрылған синхронды триггерлер                                                          78

7 Әдебиеттер тізімі                                                                                  79

 

 

 

Кіріспе

          Электроника негізі бойынша қысқаша оқу құралы туралы. 

         Физикалық құбылыстар негізі, жұмыс істеу принциптері, параметрлері тиянақты қаралған, аспап модельдері мен сипаттамалары студенттердің электрондық құрылғыларды жобалау және эксплуатациялау незіндегі анализ және синтез, модельдеу есептерінің өз бетімен шешу қабілетін дамытуға бағытталған.

          Бұл оқулықта цифрлық электрониканың жұмыс істеу принцертері, цифрлық схемелардың базалық элементтері, ол элементтердің қосылуының стандарттық схемалары, цифрлық құрылғыларды жобалауды қарапайымнан бастап күрделіге дейінгі алгоритмдері қарастырылады. Бұл оқу құралы өз бетімен цифрлық схемотехниканы біліп алғысы келгендерге, сәйкес мамандық студенттеріне арналған, сонымен қатар цифрлық электрондық жүйені қамтамасыз ететін мамандарға да пайдалы.

          Бірақ оқу құралында электрондық аспаптардың үлкен және тұрақты жаңартылу номенклатурасы туралы мәліметтер жоқ.

Құрал студенттің өз бетімен жұмысын арттыру мақсатында құрылған. Сондықтан әрбір тақырыпта физикалық процестердің қысқаша түсіндірмесі келтірілген. Жекелеген жағдайларда нәтижелік бағалау жұмысын жүргізуге арналған есептік формулалар келтірілген.

Оқулық құралы «Электроника» курсын оқып жүрген студенттерге арналған. 

 

          1 Электрондық жүйелер және сигналдар 

1. Жалпы мәліметтер

 

          Электрондық жүйе (℮--дық жүйе) деп - электр сигналдарды өңдеудің тапсырылған операцияларын орындай алатын бір бүтіндей әрекет ететін жеке функционалдық түйіндердің белгілі түрде жалғанған жиынтығын атайды.Өз кезегінде, әрбір функционалдық түйін құрылым жағынан бір бүтіндей (интегралдық схема) немесе интегралдану дәрежесі кіші интегралдық схемаларының белсенді және пассивті жеке дискретті элементтерінен, электрондық шамдарынан, транзисторларынан, диодтарынан, резисторларынан, конденсаторларынан, трансформаторларынан және т.б құрылғы ретінде қарастыруға болатындай етіп орындалуы (жасалуы) мүмкін.

Белсенді элементтер сыртқы қоректендіру көзінен энергия тұтынып, олар арқылы өтетін электр сигналдардың қуатын күшейтеді. Пассивті элементтер (яғни) резисторлар, конденсаторлар (орауыштар) индуктивтік орауыштары және трансформаторлар сигнал энергиясын тек жұмсайды және жеке түйіндер мен блоктарды келістіру үшін, тапсырылған жиіліктік (уақыттық) сипаттамаларды алу үшін, кернеулер мен токтарды трансформациялау, яғни түрлендіру үшін және т.б электрондық (℮-) тізбектерде пайдаланылып жүр.

          Практика (тәжірибе) жүзінде кезкелген электрондық жүйенің негізгі бөлігін сигналдарды күшейту үшін арналған құрылғылар құрайды. Сонымен қатар сигналдар күшейтіліп қана қоймай, бір-бірінен, бөтен шуылдар мен бөгеуілдерден сүзгіленеді, үзіліссіз формасынан дискретті тұрпатына түрлендіріледі және т.б. Аяғы кіріске келіп түскен сигнал жүйенің шығысында пайда болады.

          Электрондық жүйенің кірісіне белгілі бір информацияны тасымалдаушы тым әлсіз Uкір(t) кернеу келіп түседі,  ал біраз уақыттан кейін жүйенің шығысында күшейтілген және белгілі бір түрде өңделген Uшағ(t) шығыс кернеуі жауап ретінде пайда болады. Міне, осы жауаптан белгілі бір информация алуға болады.

 

а) Uкір(t)

Uшығ(t)

 

1.1 Сурет - ℮-дық информациялық өлшеуіш және басқарушы жүйелердің құрылымдық схемалары

 

 

1.2-сурет (жалғасы) - басқарушы жүйенің құрылымдық схемасы.

 

Шығыс сигналы кіріс сигналынан айтарлықтай өзгеше болуы мүмкін. Бұл сигналдың басып өткен электрондық жүйесінің қасиеттеріне тәуелді және ол осы жүйеде қандай операцияларға ұшырағанына да тәуелді. Демек, барлық жағдайларда шығыстағы сигнал бойынша жүйенің кірісіндегі бастапқы сигналдың қандай болғанын әбден дәлме-дәл және бірмәнді анықтау керек. Ол үшін электрондық жүйенің қасиетін толық (бүтіндей) білу керек  және ол кіріс сигналды қалай өзгертетінін бір мәнді анықтау керек.

Осыған ұқсас өлшеулерді орындау үшін электрондық жүйенің ең оңайы (қарапайымы) 2.1, б-суретте келтірілген схема бойынша іске асырылады. Зерттелініп отырған объектіге параметрлері белгілі болатын тест-сигналмен (мысалы, формасы тікбұрышты импульспен) әрекет етеді. Зерттелініп отырған объект арқылы бұл сигнал өткеннен кейін айтарлықтай дәрежеде өзінің формасын өзгертеді және елеулі келмейді. Сондықтан бұл сигналды бөтен (басқа) сигналдардан, шуылдар мен бөгеуілдерден, сүзгіден алып күшейту керек және пайда болған форма өзгерулерін талдап нәтижені индикаторлық құрылғыға шығару керек, мүмкін зерттеуді жалғастыру үшін бұл нәтижені жазып алған да жөн.

Бұл схема аналогтық функцияналдық элементтер мен түйіндерді пайданалып жасалынған, сондықтан көп жағдайларда объектінің параметрлері мен сипаттамаларын жоғарғы дәрежелі дәлдікпен зерттеуді жүргізуге  мүмкіндік бермейді.

Жетілген өлшеу схемасы ретінде 2.1, в – суретте келтірілген аналогты-цифрлық өлшеудің құрылымдық схемасын алуға болады. Бұл схеманың ерекшелігі келесідей. Зерттелініп  отырған объекті өткеннен кейін, тест-сигнал бөгеуілдерден сүзгіленіп және біршама күшейтіліп аналогты-цифрлық түрлендіргіш (АЦТ) көмегімен цифрлы түрге (тұрпатқа) айналдырылады. Содан кейін цифрлық сигнал ЭЕМ ішінде белгілі программамен өңделіп талданады да, цифрлық-аналогты түрлендіргіш (ЦАТ) көмегімен қайтадан аналогты тұрпатқа айналдырғаннан кейін индикаторлық құрылғының экранына шығарылады және егер жазып алу керек болса, оны жазып алады.

Сигналдарды жоғарыда айтылғандай өңдеу және талдау операциялары автоматтық басқару жүйелерінде, мысалы, өнеркәсіп жабдықтарымен жұмыс істегенде орындалады.

Сигналдарды және электрондық жүйелеуді талдаудың мынандай екі негізгі әдісі бар: уақыттық және спектрліқ.

Уақыттық әдісте сигнал үзіліссіз уақыт функциясы түрінде немесе бірінен соң бірі өте кіші уақыт аралығында (ақырлы немесе ақырсыз уақыт аралығымен) келіп тұратын элементарлық импульстердің қосындысы түрінде қарастырылады. Спектрліқ әдісте сигнал ақырлы немесе ақырсыз уақыт аралығымен бөленген жиіліктері әртүрлі гармоникалық (синусойдалық) құраушылардың қосындысы түрінде қарастырылады.

          Сигналдарды сипаттаудың бұл екі әдісі бірдей, яғни адекватты. Демек, таңдап алуға болады.

 

Егер, сигналдарды алдын ала берілген (тапсырылған) математикалық функциялармен келтіруге (бейнеулеге) болса, оларды реттелген деп сонау келісілген, ал егер олар математикалық түрде беріле алмаса, реттелмеген (кездейсоқ) деп аталатын болады.

Реттелген сигналдар үш түрге бөлінеді: периодты, периодтыға жақын және периодсыз деп.

Ретсіз сигналдар стационар және стационар емес болуы мүмкін.

 

1.2 Ретттелген, реттелген емес және кездейсоқ сигналдар

 

          Периодты сигнал деп отырғанымыз “Т” – реттелген уақыт аралығында қайталанып тұратын сигнал деп білеміз:

Χ(t)=Χ(t±nТ)                                                       (1)

бұл жерде:

          t- уақыт (-∞<t<+∞);

          n-бүтін сан;

          Т-қайталану периоды.

Периодты сигнал бір ғана периодпен шектелген И (информациясы) тасымалдайды, ал қалған периодтар бірінші периодтың дәлме-дәл көшермесі болып табылады да, қосымша И тасымалдамайды.

         Ең қарапайым периодты сигналдың мысалы ретінде синусойдалы сигналды алуға болады:

Χ(t)=U0sin(ωt+φ0)=U0sin()                        (2)

бұл жерде:

          U0- тербеліс амплитудасы;

          ωt+φ0- лездік фаза;

          ω-жиілік;

          φ0-бастапқы фаза;

          Т-период.

Күрделі периодты сигналдарды Фурье қатарлары көмегімен таңдау ыңғайлы. Ол үшін, сигналды синусойдалы және косинусойдалы құраушылардың ақырсыз қосындысы ретінде қарастырады.

             (3)

бұл жерде - сигналдың тұрақты құраушысы:

- “”- сыншы сигналдық косинусоидалық құраушысының амплитудасы:

 

-сигналдық синусойдалық “”- сыншы құраушысының амплитудасы:

 

Периодты сигналдық (мысалы, тікбүрышты таңбасы айнымалы кернеулік) амплитудалық спектрдың графигі дискретті  және гармониялы – яғни, спектрліқ құраушылары (гармониялары) келесі еселі қатынастарда болады: 1,3,5....

а)  б)

 

1.3 Сурет - Периодты өзгеретін формасы тікбұрышты кернеу (а) және оның амплитудалық спектріның графигі (б)

Периодты процестің гармониялық құраушылары өзара тәуелді (ортогональды), бұл жағдай спектр ішінен олардың (құраушылардың) кез келгенін өзгертуге тіпті жайын тастауға мүмкіндік береді, ал қалған құраушылардың амплитудасы мен фазаларын өзгертпейді. Бұл өте маңызды! Себебі тұрақты токтан басталып ақырсыз жоғарғы жиіліктермен аяқталатын ақырсыз кең спектр толығымен түрлене алмайды. Бұның себебі нақты  ℮-дық жүйелердің жиіліктерді өткізу жолағы шектелген болады. Ал, спектр ені деп сигналдың негізгі энергиясының беретін жиіліктер аймағын түсінеді. Көбінесе сигнал энергиясының үлкен бөлігі гармониктердің бірінші 1020- сының аймағында болады.

Уақыттың кейбір мезеттерінде күрделі периодты сигналдың гармониктері фаза бойынша қосылып немесе қарама-қарсы фазада болса алынып, максимал немесе минимал шамалырын беруі мүмкін.

Сигналдың максимал деңгейінің минимал деңгейіне қатынасын сигналдық динамиқалық ауқымы деп атайды да, оның шамасын децибелмен (дб) береді:

 

                                        (4)

 

 

Периодты сигналды Фурье қатарына жіктеп бейнелеумен бірге бейнелеу әдістері бар. Себебі келесі ортогональ функциялар: Лежандр полиномдары, Якоби, Эрмиттің, Чебышевтің полиномдары, Лягерра мен Бессельдің функциялары және т.б сигналдың берілген функциясының жуықтамасын талап етіліп отырған дәлдікпен (қатардың жинақтылығын қамтамасыз ететіндіктен) береді.

Периодты дәлдік деп спектрі дискретті, бірақ гармоникалық емес сигналды түсінеді. Бұл жағдайда жеке құраушылардың жиіліктерінің қатынасы бүтін санды емес кез-келген болуы мүмкін, тіпті, сонымен қатар иррационал сан да болуы мүмкін. Егер жиіліктер қатынасы иррационал болса, онда периодтылық шарттың орындалатын “Т” уақытын анықтау мүмкін емес.

Ал, егер жиіліктер қатынасы бүтін санды емес, бірақ рационал сан болса, онда келесі теңдікті беретін  белгілі бір “m” және “n” сандарды табуға болады да, ал тербелістің (нәтижелік тербелістің) периоды келесіге тең болып шығады .

Жиіліктер қатынасы иррационал болғанда период тек жуық шамамен ғана анықталады.

Периодты емес сигнал деп отырғанымыз, периоды ақырсыз үлкен  периодты сигналдық кездейсоқ уақиғасы. Берілген (тапсырылған) уақыт аралығында сигнал периодтыққа иеленуі мүмкін (мысалы, гармоникалық немесе күрделі гармоникалық тербілістің ақырлы санды периодтарынан тұруы  мүмкін).

Периодты емес сигналдың спектрлік анализін сигналды жуықтайтын математикалық функция абсолют интегралданатын және минимумдар, максимумдар және үзіліс нүктерлер сандары ақырлы болғанда ғана орындауға болады. Осындай түрдегі сигнал Фурье интегралы түрінде беріле алады (бейнеленілуі мүмкін).

                                 (5)

Сигналдың негізгі энергиясы шоғырланған аймақты сигнал спектріның тиімді ені деп атайды:

                             (6)

бұл жердегі   және  - спектрліқ тығыздық шамасы аз (немесе белгілі бір аз мәннен төмен жататын) төменгі мен жоғарғы шекаралық жиіліктер;

- сигналдың энергиясы.

Периодты емес сигналдың спектрін төменгі жиіліктен жоғарғы жиілікке дейінгі жолақпен шектеу сигнал формасын бұрмалануға әкеліп соғады, демек, информацияның белгілі бір бөлігін жоғалтуға тура келеді. Сондықтан әрбір жеке алынған жағдайда спектр ені  бір жағынан энергияның максимумын жеткізу көз қарасынан және де, сигнал формасын бұрмалау көз қарасынан анықталуы тиіс.

Нақты периодты емес сигналдар белгілі бір уақыт аралығында (- ден бастап -ге дейінгі аралықта ) орын алады. Сонымен қатар сигнал участкелерінің бәрі бірдей емес: жиі сигналдың басы немесе аяғы (немесе екеуі бірге) өте аз энергияны тасымалдайды және өте жеңіл- желпі информацияға ие. Сондықтан сигналдың тиімді ұзақтығы деген түсінік енгізіледі:

                                                         (7)

Периодты емес процесс үшін келесі қатынас дәл:

                                                   (8)

бұл жерде

-спектрдің тиімді ені;

- сигналдың тиімді ұзақтығы;

- сигнал формасына тәуелді болатын тұрақты, әдетте “1”-ге жақын.

Спектр ені мен сигналдың ұзақтығынан басқа периодты емес сигнал динамикалық ауқыммен де сипатталады. Бұл соңғы сипаттама (динамикалық ауқым) периодты сигналдағыдай анықталады. Спектрлік Фурье анализіне сүйенетін сигналдарды талдау әдістері сигналдардың көптеген түрлерін, әсіресе сипаты бойынша периодты сигналға жақын сигналдарды жақсы талдауға мүмкіндік береді. Анық түрде периодты емес сигналдарды зерттеуде тригонометриялық функцияларды (sin, cos) пайдаланған айтарлықтай тиімді емес! Тиімдісі уақыт бойынша локализацияланған (яғни, уақыттың бір төңірегінде жиналған) функциялар – базистерді қолдану. Бұл базистік функциялар вейвлеттер деп аталады. Олардың жіктеу коэффициенттері жуықталып отырған сигналдың параметрлерінің өзгеруі туралы информацияны сақтайды да, спектр ерекшеліктерін және уақыт бойынша сигнал сипатының өзгерулерін байланыстырады.

Міне, осындай зерттеулер негізінде сигналдар анализі теориясында вейвлет-анализі деген жаңа бағыт пайда болды. Бұл жаңа әдісте сигналды уақыт бойынша да және жиіліктік кеңістікте де бір мезетте (уақытта) талдауға болады!

Кездейсоқ (реттелген емес) сигналдардың параметрлері алдын-ала белгісіз, демек, олар тасымалдайтын информация да белгісіз. Кездейсоқ сигналды көптеген тәуелсіз айнымалыларға тәуелді кездейсоқ шамалардың ақырсыз түрдегі жинақтары ретінде қарастыруға болады. Бұл сигналдар стационар және стационар емес болуы мүмкін.

Егер статикалық параметрлері уақытқа тәуелсіз болса, онда кездейсоқ сигналдар стационар деп саналады. Бұл келесі жағдайды білдіреді. Сигналдың белгілі бір учаскесіндегі параметрлері ұзақтығы дәл осындай басқа учаскідегі сигналдың кез келген мезетте бар болған кезінде – демек, өткендегі, қазірдегі және болашақтағы статикалық параметрлеріне өте жақын. Жалпы жағдайда сәйкестілік сигнал учаскесінің параметрлерді анықтайтын ұзақтығы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым жоғары.

Статикалық сипаттамалар стационар емес кездейсоқ сигналдарда уақытқа тәуелді, бұл жағдай сигналдарды талдау жолында айтарлықтай дәрежеде қиындықтар туғызып, олардың анализі күрделіленеді.

 

1.3 Электрондық жүйелермен сигналдарды түрлендіру

 

          Сигнал(дық) қасиеттерін толық анықтау үшін оның  тек ұзақтығын, спектр енін және динамикалық ауқымын ғана біліп қоймай, оның үстіне орташа қуатын (Рс(орташа)) және осы қуаттың бөгеуілдер мен бөгет жасаушы сигналдардың  орташа қуатына  қатынасын білген жөн:

                               (9)

Бұл  параметр сигнал асуы (яғни бөгеуілдер мен кедергі жасайтын сигналдардан асып түсуі) деп аталып жүр. Ол сигналдан информацияны бөліп алудың негізгі критерийі болып табылады.

Тиімді спектрдың, сигнал ұзақтығының және сигнал асуының көбейтіндісі сигнал көлемі деп аталады:

                                        (10)

 

Жалпы жағдайда сигнал көлемі неғұрлым үлкен болса, ол соғұрлым көп “И” (информацияны) тасымалдайды. Сигналдарды (өңдегенде) түрлендіргенде, олардың көлемі өзгермеуі тиіс, олай болмаса И- діқ (информацияның) бөлігін жоғалтып алуға болады. Сигнал көлемін өзгертпеген жағдайда, оның жеке параметрлерін өзгертіп отыруға болады: сигнал ұзақтығын өзгертуді, мысалы, спектр енін өзгерте отырып орындауға мүмкіндік бар немесе сигналды спектр бойынша тасымалдауға, оның (сигналдық) бастапқы энергетикалық деңгейі мен асуын өзгертуге мүмкіндік бар.

         Сигналдарды түрлендірулердің барлық мүмкіндіктерін келесілерге бөліп жоктеуге болады: сызықты және сызықты емес аналогты түрлендірулер, дискретті және аналогты – дискретті түрлендірулер деп.

Сигналды сызықты және сызықты емес аналогты түрлендірулерге сонымен қатар сигналдық физикалық тасмалдаушысын (дыбысты, электртоғын, жарықты және т.т.) да өзгерткенде сигнал шамасы және уақыт бойынша өзгеруінің үздіксіздігі сақталады.

Дискретті түрлендірулерде сигналдың өзгеруі келесідей болуы мүмкін: шамасы  бойынша ғана дискретті өзгеруі (бұл жағдайда уақытқа қатысты өзгеруі үздіксіз); уақыт бойынша ғана дискретті өзгеруі (бұл жағдайда сигнал шамасының өзгеруі үздіксіз); шамасы және уақыт бойынша бір мезетте (бірге, бір кезде) дискретті өзгеруі мүмкін.

Дискретті – аналогты түрлендірулерді дискретті сигналды үздіксіз аналогты тұрпатына, яғни формасына айналдырғанда пайдаланады.

 Электрондық жүйе әдетте түрлі келесі элементтерді (R,L,C (орауыштар), транзисторлар, ИМС-тер және т.б.) бір-біріне жалғап (қосып), іске асырылады. Жеке элементтер түрлендіріліп отырған сигналмен тапсырылған (берілген) операцияларды орындайтын функцияналдық түйіндерге біріктіріледі.

Келесіні ескерген жөн! Нақты функционалдық түйіндердің сипаттамаларын алсақ, тәжірибе жүзінде бірде-бір операция қатаң орындалмайды. Демек, шығыстағы түрлендірілген сигнал тапсырылған операциялардың орындау нәтижесін ғана бермейді. Электрондық жүйенің шығысындағы сигнал өзінің құрылымында жеке функционалдық түйіндердің нақты түрлендіруші қасиеттерін береді.

Токтар мен кернеулер арасындағы тәуелділіктер (ВАС- тер) бойынша электрондық жүйелер сызықты және сызықты емес болып бөлінеді. Егер жүйенің параметрлері тұрақты болып, оның ішіндегі токтар мен кернеулерге тәуелсіз болса, жүйе сызықты болып саналады! Нақты жүйелер ток пен кернеулердің тек шектелген аралығында ғана сызықты болады. Егер, токтар мен кернеулер арасындағы тәуелділік сызықты емес теңдеулермен  берілсе және параметрлер ток пен кернеу мәндеріне айтарлықтай тәуелді болса, онда бұл сызықты емес жүйе. Параметрлік жүйелерде оның қасиеттері белгілі бір берілген (тапсырылған) заң бойынша уақытпен өзгереді.

 

          1.4  Сызықты жүйелер

 

          Сызықты жүйенің ең маңызды сипаттамасы болып беріліс коэффициентінің, яғни «Ұ» - шығыс сигналының «Х» - кіріс сигналына қатынасын, санау келіскен. Демек, беріліс коэффицентінің шамасы- салыстырмалы, өлшемсіз, яғни өлшем бірлігінсіз және жалпы жағдайда электр тізбектерінде тұрақты немесе айнымалы U, I немесе Р (қуат) шамаларының қатынасы ретінде анықталуы мүмкін. Егер кірістердегі және шығыстардағы әрекеттер түрлі болса (мысалы, кірістегі әрекет жарық ағымымен берілсе, ал шығыстағы сигнал электр тоғы түрінде алынса) беріліс коэффициентінің белгілі бір өлшем бірлігі бар болады да, коэффициентінің аты өзгеріп түрлендіру коэффициенті деп аталады.

          Егер сигналдар гармоникалық болса, онда беріліс коэффициенті уақытқа немесе жиілікке тәуелді комплексті шама болады, себебі нақты РЭ құрылғылардың жиіліктік ауқымы шектелгендіктен сигнал спектрі құраушыларының  бәрін бірдей өткізбейді. Бұл жағдайды жүйе схемаларында кедергілері жиілікке тәуелді болатын реактивті элементтердің есесімен, яғни С индуктивтік орауыштар, трансформаторлармен және т.б түсіндіруге болады.

           Реактивті элементтер энергияны жинайтындықтан жүйенің инерциясы болады: шығыстағы әсер уақыты бойынша кірістегіден қалып қояды, демек, кіріс сигналының әсері біткеннен кейін жүйенің шығысында кіріс сигналы біраз уақыт әсер етеді.

          Беріліс коэффициентін шығыс сигнал спектрінің кірістегі спектрі қатынасымен де анықтауға болады. Бұл анықтама бойынша спектрлік (жиіліктік) сипаттама деген алынады. Ол шығыс сигналының спектрі кіріс спектрінен қандай дәрежеде айырмашылықта болатынын көрсетеді. Ал, егер беріліс коэффициенті  шығыс сигналының уақыттық функциясының кіріс сигналының уақыттық функциясына қатынасымен анықталса, онда бұл уақыттық сипаттама шығыс сигналының формасы кірістегі сигналдан қандай айырмашылықта екенін көрсетеді. Міне, жоғарыда беріліп отырған спектрліқ пен уақыттық сипаттамалар әмбебап емес, себебі олардың тәжірибе жүзінде және аналитикалық анықталуы өте күрделі.

          Сондықтан, электроникада жиіліктік қасиеттер амплитуда-фазалық сипаттамалардың көмегімен, ал уақыттық қасиеттер өтпелі функция және импульстік реакция (жауап) көмегімен бейнеленеді (беріледі).

          Амплитуда – фазалық сипаттама жүйенің  шығысындағы сигналдың синусойдалық кернеуінің кірісіндегі синусойдалық кернеуіне жиіліктердің барлық ауқымындағы, яғни нөлден («0») бастап ақырсыздыққа («∞») дейінгі ауқымдағы қатынасымен анықталады:

 

              (11)

Бұл жерде 0‹t‹∆t- кідіріс уақыты (кешігу уақыты).

    Шығыс сигналының кіріс сигналға қатысты ∆φ=∆ωt фазалық ығысуы сигналдық реактивті элементтердегі кідіруімен түсіндіріледі.

Жалпы түрде амплитуда-фазалық сипаттама (АФС) комлексті түрде жазылады:

К(jω)=K(ω)exp[-jφ(ω)], бұл жердегі K(ω) – АС болып табылады. Ол сигналдың шығыстағы мен кірістегі кернеулерінің амплитудалары (эффективті немесе орташа мәндері) жиіліктің өзгеруімен қалай өзгеретінін көрсетеді.

          φ (ω) – фаза-жиіліктік сипаттама (ФЖС) болып табылады. Ол кіріс сигналының жиілігі өзгергенде шығыс сигналы кернеуінің фазасы қалай өзгеретінін көрсетеді.

          Бұл сипаттамалар өзара ауыстырыла алады да, РЭ жүйелердің көбі үшін әрбір АЖС-нің тек белгілі бір ФЖС‑сі сәйкесті болады.

          АФС (амплитуда - фазалық сипаттама) жүйенің орныққан режімінде де (яғни амплитудасы тұрақты және жиілігі өзгермейтін синусойдалық кернеу әсер еткен кезде), сондай-ақ, өтпелі режімде де жүйенің жиіліктік қасиеттерін толығымен анықтайды.

   Нақты РЭ жүйелер жоғарыда қарастырылған сипаттамаларға қатаң айтқанда ие бола алмайды да, сондықтан үлкен немесе кіші дәрежеде сигналдарды бұрмалайды. Сигналды түрлендіргенде бұрмаланудың аз болу шарты келесі:

          Сигнал спектрінің басты бөлігі жиналған жиіліктер жолағында ғана, демек ωтөмен - төменгі шекаралық жиіліктен ωжоғарыжоғарғы шекаралық жиілікке дейінгі ауқымда ғана АЖС бірқалыпты, ал ФЖС сызықты болуы тиіс.Бұрмалануларсыз өткізілетін жиіліктер жолағының шектелуі жүйенің инерциялығына ие болатынын көрсетеді: жүйе айтарлықтай баяу орнықты жұмыс істеу режіміне өтеді және айтарлықтай ұзақ әсерді «есінде сақтайды», яғни бұл әсерді алып тастағаннан кейін бастапқы, нақты күйіне баяу өтеді.

          Жүйенің тыныштық күйінен орныққан режімге өту уақытын tорнығу орнығу уақыты деп атайды немесе өтпелі процестің ұзақтығы дейді. Сызықты жүйелердің көбі үшін ∆f- өткізу жолағы өтпелі процестің ұзақтығы te арасында келесі тәуелділік орын алады: ∆f∙te≈1.

          Бұрмаланусыз өткізілетін жиіліктер жолағы неғұрлым кең болса, соғұрлым орнығу уақыты кіші және керісінше тар өткізу жолағы кезінде орнығу уақыты айтарлықтай үлкен болуы мүмкін.    

 

1.5 Сызықты емес жүйелер

 

          Абсoлют сызықты жүйелер, қатаң айтқанда жоқтың қасы, себебі  РЭ жүйелердің элементтері (R, C, индуктивтік орауыштары, е-дық шамдар, транзисторлар және тағы басқа) дәлме-дәл сызықты болмайды. Демек, кезкелген е-дық жүйе дәлме-дәл сызықты болмайды да, осы жүйе түрлендіріп отырған сигналдық ішіне сөзсіз болатын сызықты емес бұрмалануларды енгізеді.

Жүйенің сызықты еместігінің  дәрежесі амплитудалық сипаттамасымен беріледі:

Uшығ = ψ (Uкіріс)                                       (12)

 

Демек, дәлме-дәл сызықты жүйе үшін келесі қатынас   орындалады:               Uшығ =a U2кір.                                                                              (13)

 

Егер құрылғының кірісіне синусойдалы сигнал түсірілсе:

Uшығ (t) = a (U sin ωt)2 = 0,5 aU2 – 0,5 U2cos 2 ωt         (14)

 

          Сонымен бастапқы сигнал спектрінің айтарлықтай бұрмалануы орын алатынын көреміз: РЭ құрылғының шығысында жиілігі ω болатын синусойдалық тербелістің орнына жиілігі екі еселі яғни 2ω болатын тербеліс пайда болады және сонымен бірге 0,5 aU2 болатын құраушы да пайда болады.

Бұл сызықты еместіктер әдетте электрондық құрылғылар элементтерінің, яғни, «R» шамдар, транзисторлар, фоторезисторлар және тағы басқа сияқты элементтердің инерциялы еместігінен орын алады.

Оның үстіне РЭ жүйелерде инерциялы емес элементтермен қатар (бірге) электрлі инерциялы сызықты емес элементтер: сегнетоэлектриктері бар болатын конденсаторлар, ферромагнитті өзектері бар индуктивтік орауыштар және жылулық инерциялы элементтер (мысалы, терморезисторлар варисторлар) бар. Міне, олар да шығыстағы сигналдардың спектірінің бұрмалануына өзінің үлесін қосады.

Сызықты емес жүйелердің ерекшелігі келесі. Жалпы жағдайда шығыстағы сигналдың спектры кірістегі сигналдың спектрімен байланысы сызықты емес және бірмәнді емес екенін көруге болады. Сонымен қатар шығыстағы сигнал спектірінің құрамында кіріс сигналының негізгі жиіліктерінің жоғарғы жиілікті (ЖЖ- гармониктері) гармоникаларымен бірге комбинациялық жиіліктер де (яғни қосындылы – айырымды жиіліктер) бар болады. Демек, бұл жағдай электр сигналдарының формасын (тұрпатын) кез- келгеніне практика жүзінде түрлендіруге мүмкіндік береді. Дегенмен, көп жағдайларда сызықты еместіктен құтылу керек, мысалы, қатаң түрде сызықты режімде жұмыс істеулері тиіс аналогты өлшеуіш құрылғылардың күшейткіштерінде бұл сызықты еместік өте зиянды. Белсенді (күшейткіш) элементтер жеткілікті сызықты емес болғандықтан, мүмкіндігінше бұл сызықты еместікті жою керек немесе оның әсерін кеміту керек.

Мысалы, амплитудалық сипаттамасы квадраттық өрістік резисторларда жиналған күшейткіш құрылғы бар делік:            

Uшығ(t) = aU2кір (t).

Егер кірістегі сигнал амплитудасы ∆U sin ωt пайдалы айнымалы құраушысы түрінде берілген болса және кірісте қосымша U0 – тұрақты құраушысы түрінде сигнал әрекет етсе, онда шығыста келесі сигнал алынады:       

Uшығ(t) = a[U0+∆U sin ωt]2 = aU20 – 0,5a

∆U2cos 2ωt +2∆UaU0 sin ωt.

 

Шығыс сигналының тұрақты құраушысы

a [U02+0,5∆U2]

оңай сүзгілене алады (мысалы, бөлгіш конденсатор көмегімен).

Шығыс сигналының айнымалы құраушысы тәжірибе жүзінде, егер

U0 >>∆U болса, тек негізгі жиіліктің сигналынан тұрады:

Uвых (t)=2a∆U∙U0sin ωt – 0,5a ∆U2ωt=2a∆UU0 [sinωt-∆U/∆U0 cos2ωt]= ≈2aU0∆U sin ωt.

Демек, неғұрлым U0 – тұрақты құраушысы үлкен болса және ∆U – айнымалы құраушысының амплитудасы неғұрлым кіші болса, соғұрлым олардың қатынасы кіші болады да, күшейтіліп отырған пайдалы сигналға амплитудалық сипаттаманың сызықты еместігі азырақ ықпал етеді. Сонымен, бұл сызықты емес амплитудалық сипаттамаларды сызықтандыру әдісі күшейту құрылғыларын электрондық шамдардың, БПТ және ӨТ- лердің және тағы басқа негізінде жинағанда кеңінен қолданылып жүр. Бұл элементтердің бәрінде де жұмысшы сызықты режім келесі жолмен іске асырылады: басқарушы электродтарға күшейтілетін кіріс сигналдың кернеулерін және ығысу кернеуі деп аталатын қосымша тұрақты кернеулерді түсіреді. 

            

          1.6 Параметрлік жүйелер

 

          Параметрлері берілген заң бойынша уақытпен өзгеретін, мысалы, беріліс коэффициенті, кіріс және шығыс кедергілері, баптау жиілігі  және тағы басқа параметрлерін алғанда делік, жүйені параметрлік деп атау келісілген.

          Беріліс коэффициенті синусойдалық заң бойынша, яғни келесі түрде

 К (t) = K0 sin ωt өзгеретін жүйені қарастырайық. Жүйе кірісіндегі сигнал синусойдалы, ал оның амплитудасы кішкентай болсын, онда

Uшығ(t)=Uкір(t)K(t)=UcsinωctK0sinω0t=0/5UcK0[cos(ω0-ωc)t–cos(ω0+ωc)t]

          Параметрлік жүйе дәл сызықты емес (жүйе) сияқты сигнал спектрін өзгертеді. Дегенмен, оның сызықты емес жүйеден айырмашылығы келесі. Параметрлік жүйе кіріс сигналының амплитудасын сызықты емес етіп түрлендірмейді және шығыс сигналының амплитудасына пропорционалды. Жалпы жағдайда, соңғы айтылған қатаң орындалмайды, себебі параметрлік жүйе әдетте сызықты емес элементтерді пайдаланып орындалады.

          Параметрлік жүйеге сызықты жүйедегідей суперпозиция принципін қолдануға болады.

          Сызықты режімде жұмыс істейтін параметрлік жүйенің АФС-сі (амплитуда – фазалық сипаттамасы) сигналдың жиілігіне ғана тәуелді болып қоймай уақытқа да тәуелді болады. Сондықтан оны (АФС-ні) анықтаудың жалпы аналитикалық әдісі жоқ.

          Параметрлік жүйенің беріліс сипаттамасы және импульстік жауабы (реакциясы) уақытқа ғана тәуелді болмай, беріліс коэффициентінің уақыт бойынша қалай өзгеретіне, демек «мінезіне» де тәуелді болады.

 

          1.7 Кері байланысы болатын электрондық жүйелер

 

          Кері байланыс (КБ) (Кері әсер КӘ) деп, жүйенің шығысынан сигналды қайтадан, (кері) оның (жүйенің) кірісіне жіберуді айтады. КБ тізбегі электрондық жүйені тұйықтайды: алдымен жүйенің кірісінде пайда болған кіріс сигнал жүйе арқылы өткеннен кейін қайтадан оның кірісіне кері әсер сигналы ретінде келіп түседі де осы мезетте кіріс сигналы болып әрекет етушімен қосылады. Содан кейін жаңадан және тағы жаңадан жүйе арқылы өтеді де, жаңадан және тағы жаңадан оның кірісіне түсіріледі

 

1.4 Сурет - Кері байланысы бар электрондық жүйенің құрылымдық схемасы.

Жоғарыдағы суретте КБ-сы бар е--дық жүйенің құрылымдық схемасы келтірілген. Бұл жүйенің жұмысын талдағандап оңайлату  үшін жүйені сызықты және инерциялы емес деп санайық.

Егер К0 (jω) – схеманың беріліс коэффициенті болса, онда күшейткіштің кірісінде келесі қосындыланған сигнал әрекет етеді:

              (15)

 

Бұл сигнал күшейтіледі де, шығыста келесі кернеу пайда болады:

         (16)

 

Соңғы өрнекті ескеріп схемалық беріліс коэффициентінің қосындыланғанын келесі түрде жазуға болады:                 

                  (17)

 

Келесі комплекс сан:

β (jω)K0=M (jω)                                         (18)

 

  кері байланыс (КБ) коэффициенті деп аталады. Бұл коэффициенті жүйені КБ тұзағымен тұйықтағанда, оның беріліс коэффициентінің өзгеруі қалай болатынын анықтайды.

Жүйенің ішіне М (jω) - коэффициенті беретін КБ-ні енгізу, жүйенің беріліс коэффициентінің 1/[1-M(jω)]- есе бүтіндей өзгеретінін көрсетеді.

Жалпы жағдайда КБ коэффициенті комплекс сан болып табылады:

M(jω)=A(ω)+j B(ω)=M(ω) exp[ jφ(ω)]

  бұл жерде M(ω)=[A2(ω)+B 2 (ω)]½ - КБ коэффициентінің модулі;

φ(ω)=arctg B(ω)/A(ω)- КБ фазасы.

КБ түрлерін КБ коэффициентінің таңбасы бойынша жіктейді. Әдетте келесі төрт түріне бөлуге келіскен: оң, теріс, комплекс-оң және комплекс-теріс деп.

1. Оң таңбалы КБ деп, кері байланыс коэффициентінің (КБ-коэффициентінің) модулі келесі

0 ≤ M (ω) ≤ 1, ал фазалық көбейтіндісі φ(ω) = ± 2πn (бұл жердегі n= -1,2…) және өткізу жолағының мәні ωтөм≤ω≤ωжоғ болғанда айтады. Міне осы шарттар орындалғанда КБ-коэффициенті−нақты шама және оң таңбалы, ал КБ-сигналы кіріс сигналының фазасымен беттесіп бір мезетте әрекет етеді де олар қосылып кіріс сигналын арттырады.

2. Теріс таңбалы КБ кезінде КБ-коэффициентінің модулі әртүрлі болуы мүмкін, ал фазалық көбейтінді «π» шамасына еселі ғана мәндерге, яғни

 φ(ω) = ±π(2n-1)

( бұл жердегі n=1,2…) ие болады. Бұл шарттар орындалғанда КБ-коэффициенті−нақты шама және теріс таңбалы, ал Ukip,U КБ кернеулер қарсы фазаларда болады да, демек, UкірТ беттесіп бір мезетте әрекет ететін кіріс сигнал кемиді.

 

3. Комплекс-оң КБ келесі жағдайда орын алады:

-π/2<φ(ω) < ± π/2.

4. Комплекс-теріс КБ орындалу үшін фазалық көбейтінді келесі шартты қанағаттандыруы тиіс:

φ(ω) > ± π/2.

  КБ оң таңбалы болғанда UКБ КБ кернеуі Uкір- кіріс кернеуімен фаза бойынша бір уақытта келіп беттеседі, бұның нәтижесінде беріліс коэффициенті артады:

          (19)

 

 

Егер КБ-коэффициентінің модулі М (ω)=1 болса, онда  К+(jω) = ∞.

          Демек, жүйе өшпейтін тербелістер генераторына айналады, ал бұл тербелістерінің амплитудасы мен жиілігі күшейткіштің КБ-тізбегіндегі пассив және белсенді (актив) элементтерінің параметрлерімен анықталады. Егер M(ω)<1 болса, онда К+(jω)-беріліс коэффициенті өседі де, К0 (jω)-бастапқы күшейту коэффициентінен бірнеше есе асып кетуі мүмкін.

  КБ теріс таңбалы болғанда UКБ – КБ кернеу Uкір-кіріс сигналымен қарама-қарсы фазада болады. Бұл жағдай беріліс коэффициентінің келуіне әкеліп соғады:

    (20)

 

КБ-тізбек жүйенің кірісіне, осы жүйенің кіріс әрекетіне реакциясын, демек, жауабын қайтарып түсіреді. Сондықтан жүйенің жұмыс істеу алгоритіміне, тәуелді оның бұл әрекетпен (егер ол қолайлы болса) өзара әрекеттестігін арттырады немесе оны бейтараптандырады, (егер ол орынсыз болса) есесін қайтарады немесе теңгереді.

 

          2 Электр сигналдарының күшейткіштері

          2.1 Жалпы мәліметтер

 

          Информация – өлшейтін е--дық құрал-жабдықтардың шешетін ақырғы мәселесі−белгілі бір тапсырылған операцияларды орындап сигналдарды түрлендіру. Бұл операцияларды орындау нәтижесінде сигналдар әрі қарай өңдеу үшін ең ыңғайлы формаға (тұрпатқа) келтіріледі. Операциялардың бір қатарын сигналдар бастапқы аналогты формада, яғни олардың үздіксіздігін бұзбай, орындаған дұрыс болады. Дегенмен, үстіміздегі уақытта е--дық және есептеу техникасының даму деңгейіне байланысты, бірқатар операцияларды цифрлық формада орындаған жақсы болады.

Егер кірістегі сигнал белгілі болса және шығыстағы талап етілген сигнал тапсырылған болса, онда уақыттық та, жиілік те сипаттамалар, яғни АФС (амплитуда-фазалық сипаттама), өтпелі функциясы немесе импульстік жауап (реакция) анықталына алады. Анықталған жиіліктік пен уақыттық сипаттамалар бойынша керекті (тапсырылған) қасиеттерге ие болатын е--дық құрал-жабдықтардың синтезін, яғни жиналуын орындауға болады.

Аппаратураның (е--дық құрал-жабдықтардың) синтезделу мәселесі бірмәнді емес, себебі жалпы жағдайда аналогты аппаратура сызықты, сызықты емес және параметрлік болып жиналып алады. Сондықтан құрылғының ең жақсы схемасын таңдап алу үшін негізгі және қосымша факторлардың бәрін тиімді ескеру керек. Кезкелген е--дық жүйені техникалық жағынан іске асыру үшін стандартты функционалдық түйіндер мен элементтердің жинағы (жиыны) керек және олардың спектрліқ (немесе уақыттық) сипаттамаларын білу керек.

Кең қолданылатын е--дық жүйелерде үздіксіз және дискретті сигналдармен орындалатын негізгі операциялардың жалпы саны өте көп еместігінен типтік, функционалдық түйіндер мен элементтердің саны да айтарлықтай көп емес.

Негізгі операцияларға жататындар келесі: сигналдардың қарқындылығын күшейту; тапсырылған формадағы (спектрдегі) кернеулерді генерациялау; сигналдардың формасын (спектрін) түрлендіру; аналогты (үздіксіз) сигналдарды дискреттеу және оларды цифрлық формаға (цифрлық кодқа) түрлендіру; сигналдар спектрін трансформациялау (тасмалдау) яғни модуляция және детектірлеу; сигналдар ұзақтығын (уақыт масштабын) өзгерту; сүзгілеу – яғни аналогты немесе цифрлы сигналдардың және құраушыларын жиілік немесе уақыт бойынша бөліп алу немесе бәсеңдету (басу); сигналдардың корреляциялық (авто-және өзара корреляциялық) өңделуі; аналогты немесе цифрлы формада математикалық түрлендірулер (қосу және азайту, көбейту және бөлу, дәрежелеу және түбір алу, интегралдау және дифференциалдау, логарифмдеу және потенциалдау); цифрлық сигналдардың логикалық түрлендіруі; сигналдардың параметрлерін өлшеу; цифрлық сигналды аналогтыққа түрлендіру; аналогтық және цифрлық сигналдарды тапсырылған уақытта жаттау және оларды жаңғырту; сигналдарды бейнелеу, яғни адамға қабылдауға ыңғайлы формаға түрлендіру; сигналдарды кеңістікте тарату (электр және радиобайланыс).

Жоғарыда келтірілген операциялардың көбі аналогты түрде де, цифрлық түрде де орындалуы мүмкін.

Егер қарқындылығы жеткілікті үлкен шуылдар мен бөгеуілдер деңгейі кіші және нақты уақыт масштабында (минимал кешігуі болатын алдын ала жазып алусыз) қателері __ % пайыздан аспайтын қарапайым сигналдардың параметрлерін өлшеп,  оларды өңдеу керек болса, онда арзанырақ аналогты аппаратураны қолданылады. Ал егер, мәселе күрделірек болса, мысалы, айталық сигналдардың статистикалық өңделуін жүргізу керек болса, онда гибридті, яғни аналогты-цифрлық аппаратура пайдаланылады. Бұл аппаратурада операциялардың бір бөлігі цифрлық түрде ал басқасы аналогты түрде орындалады. Өте күрделі және жоғарғы жиілікте өңдеу жүргізілсе және өңделінетін сигналдар көп болса, арнайы ЭЕМ мен МП-лер құрамына құрастырылған цифрлық аппаратура қолданылады.

 

2.2 Сигналдарды күшейту.

          Күшейткіштердің параметрлері және сипаттамалары

 

Күшейту деп - сигналдардың формалары (спектрлері) өзгермей сақтанылып қарқындылығын арттыруды айтады:

Y(t) = k1X(t-τ) немесе Sy(jω) = k2Sx(jω),

бұл жердегі k1 және k2 - (1<< k1,k2) яғни «1» деп айтарлықтай үлкен тұрақтылар, олар уақытқа да, жиілікке де тәуелсіз.

Күшейткіштер сызықты құрылғылар болуы тиіс және олардың күшейту қасиеттері сигналдың деңгейіне сондай-ақ, оның спектрліқ құрамына тәуелді болмауы тиіс. Демек, күшейткіштерді жинағанда инерциялы емес элементтер және сызықты болатын элементтер қолданылады.  Оның үстіне күшейткіштердің схемаларындағы жүктеме кедергілері және келістіруші мен айырушы (бөлуші) RLS – элементтердің параметрлері жиілікке тәуелді. Сондықтан сигналдарды күшейткен кезде сызықты емес, жиіліктік және фазалық бұрмаланулар, яғни сигналдар-спектрінің бұрмаланулары орын алады. Бұл бұрмаланулар әрбір нақты жағдайда рұқсатты мәннің минимал шамасына келтірілуі мүмкін. Жалпы жағдайда бұрмаланулары жоқ болатын күшейткіштерді келесі үш түрде жинауға болады:

-  сызықты түрінде,

-  сызықты емес түрінде,

-  параметрлік түрінде.

Сызықты күшейткіштерде сигналдың динамикалық ауқымы  шектелген және оның (күшейткіштің) ВАС-ы сызықтандырылған (себебі ол сызықты емес).

Сызықты емес күшейткіштерде сызықты еместікпен байланысы пайда болатын жанама өнімдерді жоюға тырысады.

Параметрлік күшейткіштерде жоғарыда айтылғанның бәрі ескеріледі де, олар сызықты және сызықты емес күшейткіштердей жиналады.

Сигнал спектріна тәуелді күшейткіш салыстырмалы түрде алғанда кең жиіліктер жолағын – ең төменгісінен ең жоғарғы жиіліктеріне (жүздеген және мыңдаған мегагерц) дейін – апериодты түрде және орталық (тасушы) жиілік маңында (төңірегінде) шоғырланған айтарлықтай тар (қысаң) жиіліктер жолағын өткізуі мүмкін.

Резонанстық тізбектерді қолдану тербеліс LC-контурларда ток пен кернеулердің резонанстық арту есесінен күшейтуді айтарлықтай арттыруға болады. Төменгі жиіліктер аймағында бұл мақсатпен әдетте RC-тізбектерін (белсенді сүзгілерді) пайдаланды.

Өткізу жолағына тәуелді күшейткіштерді тар және кеңжолақты деп те бөлуге болады. Әдетте бұндай күшейткіштердің өткізу жолақтары берілген (тапсырылған) жиіліктің маңында шоғырланады (жатады).

Таржолақты күшейткіштерде келесі қатынас орындалады: fB/fH ≈1, ал кеңжолақтардың бұл қатынасы келесі fB/fH > 1, бұл жердегі fH мен fB өткізу жолағының төменгі және жоғарғы шекаралық жиіліктері.

Күшейткіштердің ең маңызды сипаттамаларына амплитудалы-фазалық және амплитудалық жатады.

Амплитудалы-фазалық сипаттама (АФС) деп, келесі комплексті күшейту коэффициентін – K (jω) түсінеді.

Әдетте күшейту коэффициенті шығыстағы синусойдалы кернеудің кірістегі синусойдалы кернеуге амплитудалық немесе тиімді мәндерінің қатынасымен анықталады:

                    (21)

 

бұл жердегі К (ω) - амплитудалы-жиіліктік сипаттама (АЖС) және φ(ω) - фаза-жиіліктік (ФЖС) күшейткіш.

Амплитудалық сипаттама шығыс кернеуінің кіріс кернеуіне тәуелділігін береді:

Uшығ= ψ (Uкірic) егер ω = const                                               (22)

 

Амплитудалық сипаттаманың сызықты еместігін сызықты емес бұрмаланулар коэффициентімен бағалайды:

                                               (23)

 

бұл жердегі U1,…Un – кірісте негізгі жиіліктегі (кернеу) синусойдалы кернеу (әрекет) әсер еткен кездегі сәйкесті түрде негізгі жиіліктің (U1), 2,3,… «n»-шы гармониктердің күшейткіштің шығыстағы кернеулер.

Амплитудалы-фазалық және амплитудалық сипаттамалары бойынша анықталатын негізгі параметрлерге жататындар келесі: өткізу жолағы; белгілі бір орташа жиіліктегі күшейту коэффициентсіз күшейткішті сызықты деп санауға болатын шектерді динамикалық ауқым деп атаймыз.

Жалпы жағдайда күшейткіштің кірісінде сигнал көзін кірістік күшейткіш каскадпен тиімді келістіруге мүмкіндік беретін пассивті буын болады (трансформатор, фильтр немесе кернеу бөлгіші). Осындай жұмыс істеу шарттарын, яғни сигнал көзінен максималь қуатты ала отырып немесе максималь кернеуді бере отырып, сигнал көзінің қалыпты жұмыс істеу режімінен шықпай, демек оның параметрлерін айтарлықтай өзгертпей қамтамасыз ету керек.

Кіріс күшейткіш каскадтың схемасын таңдағанда келесі жағдайлар ескеріледі: күшейткіштің түрі, сигнал көзінің параметрлері және сигналдың шамасы мен өзгешелігі (характері, түрі).

Кіріс күшейткішке (каскадқа) қойылатын негізгі талап – ол өзінің шуылдары минималь деңгейде болғандағы максималь сызықты күшейтуді қамтамасыз ету.

          Жиі, сонымен қатар, келесі талап қойылады. Берілген (тапсырылған) өткізу жолағында күшейту каскадының кіріс кедергісі максималь болғаны жақсы. Біраз жағдайларда кіріс күшейткіш каскад кейбір симметриялық шарттарға да жауапты болуы тиіс, себебі кірістегі кернеу (Uкір) аспаптық корпусына қатысты («жермен») симметриялы да, симметриялы емес те келіп түсуі мүмкін.

          Күшейткіштер әдтте көпкаскадты түрде жиналады: кіріс каскадтан кейін бір немесе бірнеше негізгі каскадтар болуы мүмкін. Олар сигналды керек деңгейге дейін күшейтеді. Демек, бұндай күшейткіштің каскадтарын келістіру үшін (біреуінің шығысын одан кейін жалғанатының кірісімен) трансформаторлардан, сүзгілерден, кернеу бөлгіштерінен ж.т.т. тұратын келістіруші буындар қолданылады. 

Күшейткішті жүктемемен келістіру үшін оның шығысында жиі соңғы каскад қойылады. Соңғы каскад (қуат күшейткіші) айтарлықтай үлкен қуатты беру үшін есептеледі, ал оның алдыңдағы каскадтар кернеуді күшейту режімінде жұмыс істейді.

          Күшейту коэффициентін тұрақтандыру үшін, өткізу жолағын кеңейту үшін, күшейткіштердегі сызықты емес бұрмалануларды кеміту (азайту) үшін күшейткіштерде әдетте ТТКБ-лер (теріс таңбалы кері байланыстар) қолданылады. Бұл ТТКБ-лер және каскадтарды ғана қамтып қоймай, күшейткішіті түгелімен (бүтіндей) де қамтиды. Үстіміздегі уақытта шоғырланатын (өндірілетін, жасалатын) күшейткіштердің барлық түрлері ИМС-тер түрінде жасалып жүр.

 

2.3 Күшейту аспаптарын қосу схемалары

 

          Электрондар ағымының қарқындылығын басқаруға негізделген әрбір е-дық аспаптың е-дық схемаға қосылуы үшін үш негізгі шықпалары (клеммалары) болады. Бұл шықпалар:

1)                 е-дар көзінен (катодтан, эмиттерден (немесе бастаудан);

2)                 басқарушы элементтен (басқарушы тордан,базадан(немесе жаппадан);

3)                  е-дарды жинаушу элменттен (анод, коллектор (немесе құйма).

Демек, бұл аспаптардың әрқайсысы электр тізбегіне «6» түрлі әдістермен қосуға болады.

Дегенмен, күшейту қасиеттері тек келесі әдіспен қосқанда ғана орын алады: егер кіріс сигнал база (басқарушы тор, жаппа) және эмиттер (катод, бастау) аралығында әрекет еткенде, сондықтан практика жағынан көңіл аударылатын қосудың үш схемасын қарастырайық.

Ең кеңінен қолданылатын схеманың аталуы – ортақ катод (2.1,б-сурет); ортақ эмиттерлі (2.1,в-сурет) немесе ортақ бастаулы (2.1,г-сурет) схемалар.

Осындай күшейткіштердің жұмыс істеу қағидасын түсіндіретін сурет – 2.1, а. Символ  Rп - е-дық аспапты белгілейді. Оның ішкі «R»п кедергісі кіріс басқарушы сигнал Uкіріс әректінен өзгеріп тұрады, демек «қоректендіру көзі Еқ - е-дық аспап» деген тізбектегі ток келесі заң бойынша өзгереді:

                                                             (24)

және де Rп - ішкі кедергідегі кернеу құламасы да өзгереді (яғни күшейткіштің шығысындағы) Uшығ:

Кіріс күшейткіш каскадтың схемасын таңдағанда келесі жағдайлар ескеріледі: күшейткіштің түрі (типі), сигнал көзінің параметрлері және сигналдың шамасы мен өзгешелігі (характері, түрі). Кіріс күшейткішке (каскадқа) қойылатын негізгі талап – ол өзінің шуылдары минималь деңгейде болғандағы максималь сызықты күшейтуді қамтамасыз ету. Жиі, сонымен қатар, келесі талап қойылады. Берілген (тапсырылған) өткізу жолағында күшейту каскадының кіріс кедергісі максималь болғаны жақсы. Біраз жағдайларда кіріс күшейткіш каскад кейбір симметриялық шарттарға да жауапты болуы тиіс, себебі кірістегі кернеу (Uкір) аспаптық корпусына қатысты («жермен») симметриялы да, симметриялы емес те болып келуы мүмкін.

Күшейткіштер әдетте көпкаскадты түрде жиналады: кіріс каскадтан кейін бір немесе бірнеше негізгі каскадтар болуы мүмкін. Олар сигналды керек деңгейге дейін күшейтеді. Демек, бұндай күшейткіштің каскадтарын келістіру үшін (біреуінің шығысын одан кейін жалғанатының кірісімен) трансформаторлардан, сүзгілерден, кернеу бөлгіштерінен ж.т.т. тұратын келістіруші буындар қолданылады. 

          Күшейткішті жүктемемен келістіру үшін оның шығысында жиі соңғы каскад қойылады. Соңғы каскад (қуат күшейткіші) айтарлықтай үлкен қуатты беру үшін есептеледі, ал оның алдындағы каскадтар кернеуді күшейту режімінде жұмыс істейді.

Күшейту коэффициентін тұрақтандыру үшін, өткізу жолағын кеңейту үшін, күшейткіштердегі сызықты емес бұрмалануларды кеміту (азайту) үшін күшейткіштерде әдетте ТТКБ-лер (теріс таңбалы кері байланыстар) қолданылады. Бұл ТТКБ-лер және каскадтарды ғана қамтып қоймай, күшейткішті түгелімен (бүтіндей) де қамтиды. Үстіміздегі уақытта шоғырланатын (өндірілетін, жасалатын) күшейткіштердің барлық түрлері ИМС-тер түрінде жасалып жүр.

 

          2.4 Күшейту аспаптарын қосу схемалары

 

          Қарастырылып отырған күшейткіш каскадтардың (1.5-суретті) RC- элементтерінің атқаратын қызметтері келесі:

          - Rж резисторы жүктеме кедергісі ретінде пайдаланады;

          - Rk, Rэ және Rбастау резисторлары ортақ электродының тізбегіне, демек катодқа, эмиттерге немесе бастауға қосылады да, каскадтардың ТТКБ-сін қамтиды;

          - Rтор,Rб,Rжаппы резисторлары арқылы басқарушы электродтарға ығысу кернеулері беріледі (түсіріледі) де, оның нәтижесінде тапсырылған сызықты режімдегі жұмыстың орындалуы қамтамасыз етіледі.

          - С1мен С2 конденсаторлар электродтарға әрекет ететін тұрақты кернеулерден күшейтілетін сигналдың пайдалы айналымы құраушыларын бөлу үшін пайдаланылады.

        

a)                                                                       б) 

 

 

                                         

                     в)                                                     г)

 

2.1 Сурет - Жұмыс істеу қағидасы (а) және күшейткіштердің схемалары

ортақ катодпен (ОК) (б), ортақ эмитермен (ОЭ) (в) және ортақ базамен (ОБ) (г)

Күшейткіш жұмысының сызықтылығын қамтамасыз ету үшін оны құруда пайдаланатын е-дық аспаптардың жұмыс істеу режімдері осы аспаптардың ВАС-тарының сызықты еместігі мейлінше аз болатындай етіп таңдалынып тиіс.

  Электрондық шамдары, басқарушы р-п-өткелі болатын ӨТ-лерді және оқшауланған жаппасы болатын ӨТ-лерді кедейленген режімдерінде жұмыс істету үшін басқарушы электродқа жабушы полярлықта ығысу кернеуі түсіріледі. Міне осы ығысу кернеуінің шамасы жабу кернеуінің жартысына тең болатындай таңдап алынады. Жабу кернеуі (напряжение «отсечки») түсірілсе е-дық аспап толығымен жабылады да өзі арқылы электр тоғын өткізбейді. 

 

          2.5 Операциялық күшейткіштер

 

          Түрлі информациясы - өлшеуіш аппараттарды шығарғанда ең кеңінен қолданылып жүрген әмбебап функционалдық элементтердің бірі болып, интегралдық микросхема түрінде орындалатын операциялық (амалдық) күшейткіштер (ОК) болып табылады.

ОК- ның кіріс кедергісі үлкен және шығыс кедергісі кіші (Rкір>>Rшығ) кернеу бойынша күшейту коэффициенті үлкен (KU=106-107), кіріс сигналдар жоғында кірістегі және шығыстағы клеммалардағы потенциал шамасы нөлге тең.

ОК- ның ерекшелігі келесі: оның екі кірістері (терістеуші және терістемеуші) және бір (сирек- екі) ортақ шығысы болады. Терістеуші кіріске (“-”таңбасымен және қосу нүктесінде дөңгелекпен) сигнал келіп түскенде оның полярлығы өзгереді (мысалы, оң таңбалы импульсті түсіргенде шығыста теріс таңбалы импульс пайда болады). Терістемейтін кіріске (“+” таңбасымен белгіленетін) келіп түсетін сигнал, шығыста полярлығын өзгертпей пайда болады.

                                        a)

                                      б)

                          

          2.2 Сурет -  (а)Электр тізбегіне ОК- ны қосу және (б) ОК-ның кіріс бөлігінің қағидалық схемасы

ОК- ны қоректендіру тізбектеліп қосылғын +Eқ және - Eқ қоректендіру көздерімен іске асырылады, ал олардың орта нүктесі корпусқа жалғанып жерге қосылған болады. Демек, ОК – ның схемасын келесі түрде орындауға болады: кіріс пен шығыс клемма – қысқыштар аспаптың корпусына қатысты симметриясы болып шығады да, кіріс сигналы жоғында бұл екі қысқыштардың аспан корпусына қатысты нөлдік потенциалға (яғни “жерге” қатысты) жетуіне мүмкіндік туғызады.

ОК-ның кіріс бөлігінің қарапайым (оңайлатылған) схемасы келтірілген. Тікелей кірісте симметриясы дифференциалдық күшейткіш каскад қосылған. Бұл ДК (дифференциалдық күшейткіш) VT1 және  VT2 БПТөлер мен Rк, Rэ және R резисторларынан жиналған. ДК – ның VT1- транзисторының базасындағы кіріс – терістемейтін, ал VT2- транзистордың базасындағы кіріс терістейтін болып табылады.

          ДК келістіруші – симметриялаушы және әдетте сигналдардың күшейтілуін айтарлықтай орындамайды. Негізгі күшейту терістемейтін +K0 күшейткіштің көмегімен қамтамасыз етіеді. Оның кернеу бойынша күшейту коэффициенті 107 шамасына дейін жетуі мүмкін. Әдетте күшейту коэффициентінің осындай үлкен шамасын бір ОК- ның өзінен  ғана алмайды, себебі күшейткіштің бұндай режімде жұмыс істеуін қамтамасыз ету өте қиын (әсіресе ОК- ның температуралық тұрақтандырылуын және оның параметрлерінің қоректендіру кернеуінің өзгеруіне тәуелді ауытқуын).

          Тапсырылған (берілген) деңгейге дейін (әдетте бірнеше жүз есе) күшейту коэффициентін кемітуді ОК- ны терең ТТКБ мен (теріс таңбалы кері байланыспен) қамтып іске асырады. Ол үшін ОК шығысын масштабтаушы резисторлар (R1 мен R2) дан тұратын резистивтік бөлгіш арқылы ОК- ның терістеуші кірісінен жалғайды (қосады). ОК кірістерінің қайсысына сигналдардың келіп түсуіне тәуелді Ок терістеуші, терістемеуші немесе дифференциялдық күшейткіш ретінде пайдаланылуы мүмкін.

ОК күшейткіштерді жиіліктердің кең ауқымында қолданылуына қиындық туғызатын келесі жағдай – күшейту коэффициенті сигнал жиілігіне тәуелді болады! Мысалы, жиіліктің өсуімен ОК – ның күшейту коэффициенті кемиді де, оның (ОК- ның) ішкі сыйымдылықтың байланыстары сигналдардың фазалық ығысуына әкеліп соғады. Бұл фазалық ығысудың шамасы жиіліктің өсуімен өте үлкен болуы мүмкін. Міне, осыдан құтылу үшін ОК- лар ішінде фаза- жиіліктік түзетулерді қолданылады. Конденсаторлар мен резисторлардан тұратын түзетуші тізбектерді ОК- ның ішкі фазалық ығысуын жоятындай етіп қосады. Бұл түзетуші коррекциялық элементтер ОК- ның құрамында технологиялық ИМС ретінде жасалғанда болуы мүмкін немесе ОК-ның шықпаларына сырттан қосымша тізбектер ретінде жалғануы мүмкін.

ОК- лар үйірінде тез әрекетті ОК-лар ерекше орын алады. Олар өсу және түсу шептерінің тіктігі үлкен импульстік сигналдарды бұрмаланусыз күшейту үшін қолданылады. Тез әрекетті ОК-ларда белсенді элементтер, әдетте, БПТ- лер, арнайы технологиямен жасалады да, ерекше жұмысшы режімдерде пайдаланылады.

          Аяғы, қазіргі кезде интегралды түрде орындалған ең жақсы импульстік ОК- лардың тез әрекеттілік уақыты өте үлкен. Атап айтқанда импульстің орнығу уақыты микросекундтың жүзден бір бөлігі болғанда шығыс  импульсті сигналдың өсу жылдамдығы 3-5 мың Вольт 1мкс аралығында. Бұндай ОК- лардың өткізу жолағы тұрақты токтан бастап бірнеше жүз мегагерц (яғни бірнеше гигагерц) шамасына жетеді, ал ОК-ның күшейту коэффициенті 10-ға (онға) дейін жетеді. Күшейткіштер - кіріс сигналының  қуатын арттыруға арналған  құрылғы. Күшейту белсенді элементтің көмегімен қоректендіру көзінің энергиясын пайдалану есесінен  іске асырылады. Белсенді элемент ретінде күшейткіштерде жиі транзисторлар қолданылады. Кез келген күшейткіштерде кіріс сигнал қоректендіру көзінен жүктемеге энергияны беруді басқарады.

 

Биполярлық транзисторлар негізіндегі ток көздері

 

Нақты ток көздерін  идеал ток көзінен және оның  ішкі кедергіден тұратын схема түрінде қарастыруға болады.

2.3 Cурет -Тоқ көзінің берілуі

          Электр тізбектер теориясында ток көздер қатаң түрде белгілі бір тоқ беріп тұруы тиіс:

·                   Шығыс шықпаларындағы   кернеуіне тәуелсіз болады

·                   Қоректендіру көзінің  кернеуіне тәуелсіз болатын (сонымен қатар бұл жағдайда айнымалы тоқ желісінен пайда болатын кез келген фон басылуы тиіс).

БПТ негізіндегі тоқ көздері

Контурлық токтар әдісінен табылатын теңдеуін пайдаланып:

3 идеал ток көзі үшін келесі өрнекті жазуға болады. (2.4- сурет)

3 егер                       (27)

2.4 Cурет- БПТ негізіндегі ток көзі

          Стабилитронды қолданғанда және Re кедергінің сәйкесті шамасын таңдап алғанда I3- тоғының мәні кернеуіне тәуелсіз болады. Демек, бұл схемада стабилитрон тұрақ кернеу көзі ретінде жұмыс істейді. Стабилитронның орнына басқа кернеу көздерін мысалы, эталондық элементтер, сәуледиодтарын және тізбектеліп жалғанған кремний диодтарын қолдануға болады.

          Ток көзінің ішкі кедергісі айнымалы тоқ бойынша оның балама схемасының көмегімен анықталады. (2.5-сурет).

 

.                      (28)

Схеманың топологиясына тәуелді ток көзінің кедергісі келесі ауқымда жатады.

                                         (29)

егер V2 кернеуінің шамасын сәйкесті түрде (бірнеше вольт) таңдап алсақ, ток көзінің кедергісі (ri) жуық 10...20 есеге rce кедергіден артық болады.

·                   Әдетте, Vz және Re шамаларын арттыратын болсақ, ток көзінің кедергісі де артады.

Қоректендіру кернеуінің тербелістері кезіндегі тоқ көзінің тұрақтандырылуы ток көзінің кедергісіне ғана тәуелді болып қоймай, сонымен қатар Vz­кернеу көзінің кедергісіне де тәуелді болады.

Vcc кернеудің өзгеруі Vz шамасына әсерін тигізеді де, демек, I9 мәнін де өзгертеді. Электр қоректендіру жолындағы кернеудің лүпілін 100 Гц шамасына төмендету үшін төменгі жиілікті сүзгісінің көмегімен Vz тұрақтандырылады.

 

2.5 Cурет

Сыйымдылықты осындай етіп алсақ, қоректендіру кернеуінің лүпілін

(пульсациясын)  100 Гц кемітеміз

Электр қоректендіру жолындағы кернеу лүпілін бәсендеткіші бар ток көзі.

 

2.6 Cурет Ток көзінің айнымалы ток бойынша балама схемасы

 

          Биполярлық транзисторлар негізіндегі дифференциалдық күшейткіш

 

          Дифференциалдық күшейткіш (ДК) кіріс кернеулерінің айырымын күшейтеді (2.6-сурет):

      (30)

ДК-лар негізінен кері байланыстары (КБ-лері) болатын схемаларда қосындалаушы құрылғылар ретінде пайдаланылады.

          Дифферециалдық күшейткішке, әдетте, симметриялы () қоректендіру кернеуі түсіріледі. Тыныштық күйде кіріс кернеулер нөлге тең (шықпалар жерге жалғанған), ал коллекторлардағы кернеудің шамасы n-p­n транзисторлар үшін  және p-n-p транзисторлар үшін  етіп таңдап алынады. Жұмысшы нүктедегі коллекторлық ток қоректендіру көзі тоғының, деп белгіленген, жартысына тең, яғни . Эмиттер тізбектеріндегі Re кедергі (бұл тоқ бойынша КБ кедергісі ) транзистор сипаттамаларының жылулық ығу құбылыстары орын алатындықтан, әдетте өте кішкентай етіп алынады. Егер транзистор жұптары келістірілген  болса, яғни параметрлері бірегейлі етіп таңдап алынғанда Re кедергіні схемадан тіпті алып тастауға да болады. Егер шығыс кернеуі коллектор шықпаларының арасында өлшенетін болса, онда ол айнымалы ток бойынша да, тұрақты ток бойынша да әрдайым  кернеу пропорционал.

          ДК-лардың жұмысын талдағанда сигналдарды синфазалы және дифференциалды деп айырып таниды. Егер кіріс кернеулер фаза және амплитуда бойынша дәлденсе, онда синфазалы сигнал туралы сөз болғаны, ал егер амплитудалары бірдей болып, бірақ фазалары қарама-қарсы болса, онда дифференциалды сигналдар туралы сөз болғаны. Егер және  бір-біріне тең болмаса, онда бұл кернеулердің құрамында синфазалы да, дифференциалды да құраушылары болады.

          Кіріс кернеулердің симметриялылығынан қоректендіру көзінің тоғы транзисторлық тармақтардың екеуінің арасында тең бөлінеді теориялық жағынан, синфазалы сигнал  шығыс кернеудің пайда болуыны келтірмеуі тиіс. Бірақ практика жүзінде күшейткіштің шығыс кернеуі еш уақытта нөлге тең болмайды.

Қатынас:

Синфазалы сигналдың беріліс коэффициенті деп аталады.

          Күшейткіш кірісіне дифференциалды сигналды

Түсірген жағдайда транзистор тармақтарының екеуінде де ағаштың ­ тоқтардың шамалары бірдей болмайды да, бұл оның (ДК­ның ) шығысында  кернеуінің  пайда болуына алып келеді.

Қатынас:

Дифференциалды сигналдың беріліс коэффициенті деп аталады.

2.7 Сурет БПТ негізіндегі дифференциалдық күшейткіш (ДК)

Дифференциалды сигналдың беріліс коэффициенті

2.8-сурет ДК-ның айнымалы ток бойынша балама схемасының көмегімен дифференциал сигналдың беріліс коэффициентін есептеу

2.8-суретте көрсетілген балама схемадан келесі өрнектерді жаза аламыз:

                                         (31)

                                                                    (32)

                                          (33)

Бұл теңдеулерді пайдаланып дифференциалды сигналдың беріліс коэффициенті үшін өрнегін жаза алады:

                                     (34)

 

Бұл соңғы өрнектерден Re неғұрлым төмен болса, соғұрлым дифференциал сигналдың беріліс коэффициенті жоғары екенін көреміз.

          P.S. Ескерту. Егер эмиттерлік тізбектегі Re-кері байланыс, яғни КБ кедергісінің шамасының кішкентай еткіміз келсе, онда БПТ-лердің жақсы келістіріп, бірдей  температурада жұмыс істеуін қамтамасыз ету керек. Осы мақсатпен интегралданған транзисторларды, яғни бір корпус ішінде екі БПТ біріктірілген құралымдарды пайдаланады. Бұндай транзисторлар бір төсеніш бетінде және бірдей технологиямен  жасалатындықтан, олар практика жүзінде бірдей параметрлерге ие болады. Бұл жағдайда Re кедергіні жойып тастаса болады.

Синфазалы сигналдың беріліс коэффициенті

 

2.9 Сурет ДК-ның айнымалы ток бойынша балама схемасының көмегімен  синфазалы сигналдың беріліс коэффициентін есептеу

 

2.9 -суретте көрсетілген балама схемадан келесі өрнектерді жаза аламыз:

 

                       (35)

                                                                     (36)

                                     (37)

Бұл жерде -ток көзінің ішкі кедергісі ішкі кедергісі  ескеріледі.

Бұл теңдеулерден синфазалы сигналдың беріліс коэффициенті үшін өрнекті табуға болады:

                                          (38)

          Егер 2r болса, келесі өрнек әділ болады:

                                                         (39)

 

Ток көзінің импедансы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым синфазалы сигналдың беріліс коэффициенті төмен болады.

 

          Синфазалы сигналдардың бәсендеу коэффицианті (ССБК)

 

          ССБК-ден отырғанымыз дифференциалды сигналдың беріліс коэффициентіне қатынасы.

ССБК=                                                                                        (40)

Әдетте ССБК децибелдермен беріледі:

ССБК=                                                                         (41)

          ДК-ның кіріс импедансы

         

          Дифференциалды сигналды -тарату режіміндегі ДК-ның кіріс импедансы келесі өрнекпен анықталады (31-сурет):

                                                   (42)

                                                                     (43)

 

Синфазалы сигналдарды  тарату режіміндегі ДК-ның кіріс импендансы келесі өрнектен анықталады (31-сурет)

                (44)

 

Немесе:

             (45)

         

 

 

          ДК-ның шығыс импедансы

 

          Күшейткіштің шығыс импедансы  ОЭ схеманың шығыс кедергісімен дәлдеседі:

              (46)

     

          ДК ның ауытқу кернеуі

 

Ауытқу кернеуі  (кірістегі ауытқу кернеуі)  деп отырғанымыз күшейткіштің шығысындағы және  кернеулердің шамалары:

                       {}                              (47)

 

болатындай етіп оған  ДК -ға түсірілетін дифференциалдық кіріс кернеу.

ДК -ның ауытқу тоғы

Ауытқу тоғы  (кірістегі ауытқу тоғы) деп, күшейткіштің шығысындағы және  кернеулердің шамаларын айтамыз.

                                 (48)

 

          Кіріс ауытқу кернеуінің ығуы

 

          Дифференциалдық күшейткіштерде БП- транзисторларының сипаттамалары ұқсас болғандықтан, ол екеуіндегі кернеулердің жылулықығуы өзара жойылуы тиіс. Дегенмен, рауалы технологиялық шашыраулар себебінен транзистор параметрлерінің жылулық ығуы белгілі бір ықпалға келтіріледі.

Ауытқу кернеуінің ығуы немесе кіріс ауытқу кернеуінің температуралық коэффиценті транзисторлар сипаттамаларының, дәлірек айтқанда жылулық сипаттамаларының өзгешелігінен ауытқу кернеуінің өзгеруімен анықталады. Әдетте, оның шамасы  -кернеуінің жылулық ығуынан бірнеше дәрежеге төмен болады. Кіріс ауытқу кернеуінің ығу шамасының өлшем бірлігі мк.

          ДК мысалдары

 

          Төменгі 31-суретте ДК- күшейткіштердің мысалдары келтірілген:

а)  ток көзі бар ДК. Қоректендіру кернеуінің лүпілдерін басуы жақсы орындалады. Бұл ДК- ның ток бойынша КБ тізбегіне транзисторлардың симметриялы болуын реттеу үшін потенциометр кірістірілген;

б)  бір полюсті шығысы болатын ДК. Бұл жағдайда коллектр тізбегіндегі кедергіні алып тастаса да болады. Схеманың кемшілігі- транзисторларда шашырайтын  қуаттың бірдей болмау себебінен олардың жылулық симметрияларының жоғалуында;

в)  тоқтың КБ-сы жоқ ДК. Бұл жерде бір корпус ішінде жасалған BCY 87-транзисторлық жұп пайдаланылады

 

г екі ДК көмегімен аналогты сигналдардың симметриялы таралуы. Сигналдардың тарату жолы осылай ұйымдастырылса, практика жүзінде барлық жасайды, электромагниттік тумалар жойылады;

д) токтың айна схемасы кірістірілген ДК. Бұндай күшеткіштің шығысындағы ток келесі өрнектен табылады:

Егер интегралдық схемаларды жетілдірілгенде жылулық сипаттамаларды келістіру және транзисторлар параметрлерінің шашырауын кеміту талап етілетін болса, осы соңғы жиі схема пайдаланады.

 

          Токтық айна

 

          Токтық айнаның схемасының шығыс тоқтың шамасы практика жүзінде кіріс тоғына тең. Тоқтық айнаның шығысына тоқ көзінің қасиеттері тән, яғни оның ішкі кедергісінің импедансы жоғары.

32 суретте ток кіріс сигналы болып табылады. Транзистор және (БПТ)  бірдей болып бірдей температуралық  режімде жұмыс істеулері тиіс. 32 суреттегі схемадан келесі өрнектерді жазуға болады:

 

 

              (49)

                            (50)

  

32-сурет. Токтық айнаның схемасы

32 Сурет токтық айналар схемаларының нұсқаулары

Төмендегі 33-суретте кіріс тоғының көбейтілу немесе бөліну әдістерінің схемалары көрсетілген

a)

б)

в )

33 Сурет Токтық айналар схемаларының нұсқаулары

 

Күшейткіштің  ерекшелігі - энергияны  басқарудағы  олардың үзіліссіздігі, жатықтығы  және  бір  мәнділігі  болып  табылады.

Басқарылатын және  басқарушы энергияның  түрлеріне тәуелді  күшейткіштерді  механикалық, гидрамикалық, электрлік, магниттік  деп  жіктеледі.

Күшейткіштің  жіктелуі:

          Күшейтілетін сигналдардың сипаты  бойынша- аналогтық, импульстік;

          Күшейтілетін  жиіліктердің  ауқымы бойынша - тұрақты және айнымалы ток  күші.

          Жүктеменің түрі  бойынша:

          Резисторлық,  сыйымдылықты, индуктивті.

          Конструкциясы  бойынша: 

          Стационарлық, қозғалмалы, тасымалданатын.

          Атқаратын қызметі бойынша:

          Электрондық;

          Теледидарлық;

          Радиолокациялық;

          Өлшеуіш.

 

 

          2.6 Резонанстық күшейткіштер

 

          Синусойдалы сигналдарды және спектрдің тиімді ені тар болатын сигналдарды күшейту үшін өткізу жолағы тұрақты токтан өте жоғары жиіліктерге дейінгі болатын апериодты күшейткіштерді қолдану дұрыс емес! Себебі, олардың көмегімен жеткілікті үлкен күшейтуге (әсіресе оншақты мегагерц жоғарғы жиіліктерде жету екіталай! Оның үстіне, күшейтілетін жиіліктердің жолағы кеңейген сайын РК (резонанстық күшейткіштің) өзіндік шуылы өседі, ал бұл шуылдың қуаты өткізу жолағына тура пропорционал болады! Сондықтан жиіліктері жоғары (мысалы, жүздеген килогерц) таржолақты сигналдарды күшейту үшін әдетте резонанстық LC- контурлары болатын күшейткіштерді қолданады. Резонанстық контурларды қолдану, токтар мен кернеулердің резонанстық артуы есесінен, күшейту коэффициентін көтеруге, ал өткізу жолағын тіп рұқсатты шамасына дейін тарылтуға мүмкіндік береді.

 

a)

 

               

                 

б)

 

34 Сурет - LC – күшейткіш (резонансты күшейткіш)

(а) принципиалдық схемасы

(б) LC – күшейткіштің АЖС-сі

 

РК (резонанстық күшейткіш) тізбекті немесе параллель LC- контурлар негізінде немесе енеуін қосқандағы схемалары бар. Тізбекті контурдың беріліс коэффициенті:

      (51)

 

Бұл жерде r-индуктивтік орауыштың кедергісі;

                       (52)

 

                               (53)

 

          Бұл жерде - резонанс жиілігі;

- контурдың сапалығы

- контурдың сипаттамалық кедергісі.

Резонанс жиілігіндегі, яғни болғанда беріліс коэффициентінің модулі , ал кіріс және шығыс кернеулерінің арасындағы фазалық ығысу келесіге тең .

          Сонымен резонанстық жиілікте күшейтілу Q есеге артады. Келесі өлшемсіз шама

                                              (54)

 

демек, (контур сапалығы) резонанс болғанда шығыстағы кернеу кірістегіден неше есе артқанын көрсетеді. Беріліс коэффициентінің жиілікке қатысты тәуелділік қисығы. Өткізу жолағының ені  жоғарғы және төменгі шекарылық жиіліктердің айырымы ретінде анықталады:

немесе

Шекаралық жиіліктерді табу үшін беріліс коэффициентінің максималь мәнімен 0,707 шамасы алынады.

Өткізу жолағының ені контурдың сапалылығына тәуелді болады да, келесі өрнектен табылады:

Немесе сәйкесті түрде

LC- контурлар негізіндегі РК –лардың жұмыс істеуінің жиіліктік ауқымы тәжірибе жүзінде оншақты килогерц болатын жиіліктермен төменнен шектелген. Бұны былай түсіндіруге болады. Саналылығы жеткілікті үлкен болатын индуктивтіктерді ферриттерден немесе Карбонильді темірден жасалған (өзектерді) өзекшелерді қолданғанның өзінде де жасап шығару өте күрделі. Сондықтан қазіргі аппаратурада – 100 кГц жиіліктерден төмен жұмыс істейтін болса, LC- резонанстық күшейткіштер сирек қолданылады, олардың орнына квазирезонансты RC- күшейткіштер (белсенді сүзгілер) жұмыс істейді. РК- ларда LC- контурлардан тыс кварцтық резисторлар, электромеханикалық және магнитострикциялық сүзгілер қолданылып жүр. Олар бірнеше жүз герцтерден 40-50 МГц ауқымында жұмыс істейді де, бірнеше, демен ондаған және тіпті жүздеген мың шамасына жететін эквиваленттік сапалылыққа ие болады. Демек, өткізу жолағы аса тар, өзіндік шуылы аз, сондықтан қарқынды шуыл мен бөгеуілдер фоны болғанның өзінде де өте әлсіз тар жолақты сигналдарды бөліп алатын күшейткіштерді жасауға болады.

 

          2.7 Қуат күшейткіштері

 

          Кіріс және аралық күшейту қаскадтары деңгейлері салыстырмалы алғанда кішкентай болатын сигналдармен жұмыс істейді. Демек, күшейтуші элементтерде ағатын токтардың шамасы кіші (әрі кеткенде оншақты миллиампер) және шашырайтын қуаттың шамасы да кіші.

Көптеген күшейтушы құрылғылардың шығысындағы сигналдардың қуаты оншақты, жүздеген ватт (тіпті кейде көптеген (жүздеген) киловатт) болуы тиіс. Сондықтан пайдалы әсер коэффициентінің үлкен болуын қамтамасыз ету  керек. Қуаттары аз күшейту каскадтары сызықты режімдерде жұмыс істейді. Бұл күшейткіштерде кіріс сигналдары жоғында белсенді элементтер арқылы ағатын токтар мен әрекет ететін кернеулердің шамасы күшейтіліп отырған сигналдардың мах мәні кезіндегі шамаларының жуықтап алғандағы жартысына тең. Міне осы себептен әдеттегі күшейткіштердің ПӘК- тері 30-40% пайыздардан аспайды (ал мүмкін бола алатын ПӘК – тің шамасы 50%). Демек, егер кірістегі басқарушы сигнал жоғында белсенді элементтер арқылы токтар ақпаса, онда ПӘК – тің шамасын арттыруға болады.

          Ең оңайы екітактылы (екіарналы) күшейткіштерді пайдаланған ыңғайлы. Бұл күшейткіштерде сигналдардың оң және теріс жартылай периодтары жеке-жеке күшейтіледі. Келесі 35,а – суретте екітакталы күшейткіштің оңайтылған құрылымдық схемасы келтірілген. Бұл схемада  - кіріс сигналы VD1 және VD2 диодтарымен + - оң таңбалы және -- теріс таңбалы құраушыларына бөлінеді. (35,б - сурет).

                                                        а)

                                  

                                                        б)

35 Сурет – Екітакталы күшейткіштің құрылымдық схемасы (а) және оның кірісі мен (б) шығысындағы кернеулердің диаграммалары

 

          Бұл құраушылар бөлініп жеке-жеке екі К0- күшейткіштерімен өңделеді. Бұл күшейткіштердің параметрлері бірдей және олар жабылғандықтан сигналдардың кірісте жоғында қоректендіру көзінен ток алмайды да, - қосындыланған шығыс кернеуін қалыптастырып,  - ортақ жүктеме кедергісіне түсіреді. Демек, егер кірісте сигналдары жоқ болса, онда күшейткіштер жабық болады да, қоректендіру көзінен ток пайдаланылмайды.

Қуат күшейткіштердегі шығыс сигналының шектік қуаты шығыстағы транзисторлардың параметрлерімен, қоректендіру көзінің кернеуімен және жүктеменің кедергісімен анықталады. Қазіргі кездегі жоғарғы – вольтті ОК- лардың қоректендіру кернеуі 200-300 В шамасымен шектелген. Сондықтан жүктеменің қуаты, оның кедергісіне тәуелді болады.

Егер жүктеме кедергісінде қоректендіру көзінің кернеуінің шамасын үлкен ету үшін екітактілі қуат күшейткіштерін дискретті компоненттерінде (қуатты БПТ мен ӨТ, электрондық шамдар мен тиристорлар негізінде) жинайды. Бұл жағдайларда 20 Гц жиілігінен жоғары жиіліктерде жұмыс істейтін қуат күшейткіштерінде келістіруші- айырушы трансформаторлары қолданылады.

 

          3 Интегралды түрде жасалған күшейткіштер

 

          Сызықты ИМС- тер құрамында күшейткіш каскадтар және олардың комбинациялары мен модерленген варианттары болады. Олардың дискретті элементтерден жасалғандарынан айырмашылығы тек схеманың жеке компонент функционалдық түйіндердің бүтіндей жасалу технологияларында.

Интегралды күшейткіш өз жағынан аяқталған функционалдық блок ретінде бір корпуста жасалады да, белгілі бір параметрлерге (тапсырылған техникалық шарттарға сәйкесті) ие болады. Оның принципиалдық схемасына жобалауда алдын ала ескерілмеген ешбір өзгерістерді  енгізуге болмайды.

ИМС- терді пайдаланғанда жеке каскадтардың есептелінуі жиналуы және нақышталып келістірілуі орындалмайды. Бірінші кезекте (планға) келесі мәселелерді шешуге тура келеді:

-                     жеке ИМС- тердің қолданылуы;

-                     керекті параметрлерді алуды қамтамасыз ететін КБ тізбектерді енгізу және т.б.

 

 

                                       

                                            а)

                                           б)

                                                        в)

 

35 Сурет – ИС К174УН3 (а,б) қағидалық схемасы және оның (в) қосылуы

б – суретте төменгі жиіліктің күшейткішінің (ТЖК -ның) қағидалық схемасы келтірілген

 

Егер осы микросхемаға сәйкесті шықпаларына сыртқы элементтерді, яғни R1, R7, R8 кедергілерді қосқанда VT1,  VT2 транзисторлар негізінде екі каскадты алдын ала күшейткіш болып шығады. Шығыс күшейткіш VT3 – VT5 транзисторларында жиналған. Бұл ИМС- ті сыртқы тізбектерге қосқанда VT5 транзистордың коллекторлық тізбегіне қосылған  R6 – жүктемелік кедергінің орнына трансформатор немесе басқа бір жүктеме де қосылуы мүмкін. Қарастырылып отырған ИС К174УН3 микросхемада R5 резисторы арқылы тұрақты ток бойынша ТТКБ (теріс таңбалы КБ) енгізілген, себебі VT4 транзисторының базасындағы ток осы R5 кедергіге және Uкір кернеуіне тәуелді. ИМС- ті қосу схемасындағы С3 және С2 конденсаторлардың көмегімен жұмыс істеу жиіліктер ауқымындағы ТТКБ – нің тереңдігі кемітіледі (азайтылады). Күшейткіштің орнықтылығын жоғалтпау үшін (өзіндік қозуын) С3  және С5 конденсаторлардың көмегімен АЖС- нің (түзетілуі) коррекциясы орындалады. Күшейткіштің параметрлері әсіресе күшейту коэффициенті ИМС- терге ілінетін компоненттеріне тәуелді!

 

          4 Аналогты функционалдық түйіндер және электрондық аппаратура элементтері

 

          4.1 Электр сүзгілері (ЭС)

 

Электр сүзгілері деп тапсырылған (берілген) жиіліктегі электр кернеулерін немесе токтарын бөліп алуға (немесе бәсеңдетуге) арналған құрылғыны айтады. Сүзгілер пассивті және белсенді болуы мүмкін. Біріншінің құрамында пассивті L-, C-, R- элементтері ғана  болады, ал екіншісінің құрамында күшейткіш элементтер болады.

Жиіліктер ауқымына және талап етіліп отырған сипаттамаларына тәуелді сүзгілер келесі түрде орындалуы мүмкін:

1)       пассивті LC- сүзгілер және RC- сүзгілер, демек олардың құрамында резисторлар, индуктивтік орауыштар және конденсаторлар;

2)       пьезоэлетрлік, электромеханикалық, магнитострикциялық сүзгілер. Бұл сүзгілердің шығындары LC- сүзгілердегідей өте аз шығынды. Электромеханикалық сүзгілер оншақты Гц- тен бірнеше Мгц- ке дейінгі жиіліктерде, ал магнитострикциялықтар болса, бірнеше жүздеген Гц- терден оншақты МГц ауқымындағы жиіліктерде жұмыс істей алады;

3)            белсенді LC- және RC- сүзгілер әдетте аса дыбыс, дыбыс және инфрадыбыс жиіліктерде қолданылады.

          Сүзгілердің негізгі сипаттамалары өткізу жолағының ені және таңдаушылығында.

 

                            а)                                     б)                                        в)

                     г)                                 д)                                     е)

 

36 Сурет – Сүзгілердің АЖС- тері:

а) ТЖС- төменгі жиіліктердікі;

   б) ЖЖС – жоғарғы жиіліктердікі;

                                      в) ЖӨС – жолақ өткізуші;

                                      г) РС – режекторлық;

                                     д) ТТС – тарақ тәрізді;

              е) режекторлық тарақ тәрізді – РРт сүзгі.

Өткізілу жиіліктерінің сипаттары бойынша сүзгілер алты (6) түрлерге бөлінеді:

          1) тұрақты токтан бастап, белгілі бір - жоғарғы шекаралық жиіліктерге дейін барлық жиіліктердің тербелістерін өткізетін ТЖС (төменгі жиіліктер сүзгісі);

          2) белгілі бір - төменгі шекаралық жиіліктерден бастап, ақырсыз жоғарғы жиіліктерге дейін тербелістерді өткізетін ЖЖС (жоғарғы жиіліктер сүзгісі);

          3) белгілі бір - төменгі және -жоғарғы жиіліктер арасындағы барлық жиіліктердің тербелістерін өткізетін ЖӨС (жолақты өткізетін сүзгілер);

          4) белгілі бір жиіліктің  немесе - төменгі жиіліктен - жоғарғы жиілікке дейінгі жиіліктер жолағының тербелістерін өткізбейтін режекторлық (бөгеуші) сүзгілер (PC немесе БС);

          5) бірнеше өткізу жолақтары болатын тарақ тәрізді сүзгілер (ТТС);

          6) режекторлы тарақ тәрізді сүзгілер (РТТС).

ТЖС (төменгі жиіліктер сүзгісін) пайдаланғанда өткізу жолағын  келесі түрде табады: нөлден белгілі бір  - шекаралық жиілікке дейінгі ауқымда, осы  мәнінде кернеу бойынша сүзгінің беріліс коэффициенті нөлдін жиіліктегі К0- беріліс коэффициентінің 0,707 шамасын құрайтындай етіп алынады, яғни К0 шамасынан 3дБ- ге кем етіп алынады да, - шекаралық жиіліктің шамасын табады (37,а -сурет).

37 Сурет а) –ТЖС –тің өткізу және бәсеңдету жолақтары

Бұл ауқымда, яғни <кезінде беріліс коэффициентінің шамасы кішкентай болғанмен ақырлы мәнге ие болады. Өткізу жолағы мен бәсеңдету жолағының араларында өтпелі участке бар. Оның алатын ауқымы - жиіліктен бастап,  жиілігіне дейін жатыр. Бұл соңғы  жиіліктен бастап, тиімді (эффективті) бәсеңдету басталады. Өтпелі жиіліктегі беріліс коэффициентінің шамасы бәсеңдеу жолағындағы орташа мәнінен 3 дБ шамасына үлкен. Дәл осылай сүзгілердің барлық қалған түрлерінде беріліс коэффициентінің жиілікке тәуелдігін қарастырады. Оларда да өткізу және бәсеңдету жолақтар және олардың арасындағы өтпелі учаскелері де бар. (37,б -сурет)

 

37 Сурет –б) ЖӨС (жолақ өткізуші және бәсеңдету жолақтары)

Таңдаушылық деп отырғанымыз сүзгінің шешу қабілеттілігі, яғни жиіліктері бір - біріне өте жақын екі тербелістердің (немесе тербелістердің екі топтарының) бөліп беру қабілеті. Сүзгі таңдаушылығының мөлшері, “”   деп белгіленетін, - беріліс коэффициентінің өтпелі учаскесіндегі құлауының тіктігімен беріледі. Әдетте құлау тіктігі логарифмдік бірлігімен, яғни дБ\окт, бағаланады:

,                                   (55)

Бүл жердегі  (немесе ).

Пассивті элементтер RCL- элементтерінен жиналады. Резистор R- өзі арқылы өтетін токты жылу түрінде энергияны шашырататын элемент. Егер резистор арқылы “I” тоғы өтсе, онда Ом заңына сәйкесті бұл кедергіде келесі кернеу құламасы пайда болады:

                                                        (56)

Индуктивті орауыш L – магнит өрісі түрінде энергия жинаушы  реактивті элемент. Егер индуктивтік орауыш арқылы ток өтетін болса, онда орауышта келесі кернеу құламасы пайда болады:

Конденсатор С де реактивті элемент. Ол өзінің электр өрісінде энергия жинайтын қабілеті бар. Конденсатордағы - кернеу құлауының және I ток арасындағы байланыс келесі:

;                                (57)

Егер R, L, C элементтері арқылы кез келген ток өтетін болса, онда кернеу құламасы әрбір элементте болады да, оны келесі түрде жаза аламыз:

Егер ток синусоидалды және оның амплитудасы және - жиілігі тұрақты болса, онда оны комплексті түрде келтіруге болады:

Және де, бұл жағдайда келесі өрнектерді қолдануға болады:

Бұл жерде -индуктивті реактивті кедергі;

- сыйымдылықтық реактивті кедергісі

Бұл өрнектер тізбектердің және сүзгілердің (пассивті электр тізбектерінің) жиіліктік сипаттамаларын анықтауға мүмкіндік береді.

 

          4.2 Сигналдармен негізгі математикалық операцияларды орындайтын функционалдық түйіндер

 

          Дәлдік класы орташа (яғни сигналдарды өңдеу қателігі проценттері бірліктерден аспауын қамтамасыз ететін) арнайы е- дық аппартурада жиі түрлендіріліп отырған сигналдармен аналогты түрде (цифрлық емес) негізгі математикалық операцияларды (қосу мен азайту, көбейту мен бөлу, логарифмдеу мен антилогарифмдеу, дәрежеге шығару мен түбірді алу) іске асыратын функционалдық түйіндер мен элементтер пайдаланылады. Бұл амалдардың бәрі жиіліктердің өте кең ауқымында – тұрақты токтан жүздеген мГц жиіліктеріне дейін, үлкен жылдамдықпен нақты уақыт масштабында орындалады. Тәжірибе жүзінде барлық айтылған элементтер мен түйіндер ОК- лар негізінде жиналады.

Аналогты сигналдар үстінен орындалатын маңызды операциялар қатарына информациялы-өлшеуіш жүйелерде және құрылғыларда тәжіриби жүзінде барлық АЦТ- лер иен ЦАТ- тарда орындалатын қосу және азайту операциялары жатады.

Кірістер саны “n ” қарапайым қосындылауыштың схемасы 38,а –суретте келтірілген.

38 Сурет - Терістемейтін (а) және терістейтін (б) қосындылауыштау қосындылауыш-азайтқыш(в)

Қосындылаудың қателігі іріктеп алынған қосындылауыш және масштабтық резисторлардың қателігімен толық анықталады. Ескеру керек: қосындылауыш резисторлардың кедергісіне U1, U2… Un сигналдар көзінің ішкі кедергісі де кіреді. Схемада көрсетілген (берілген) резистор номиналдарына қарап, әрбір қосылып отырған сигналдың беріліс коэффициенті бірге тең екенін табамыз. Сондықтан шығыс сигнал барлық сигналдардың векторлық қосындысымен анықталады:

                                    (58)

 

Сондықтан, шығыс сигнал барлық сигналдардың қосындысына тең, бірақ теріс таңбалы:

                               (59)

 

Егер дифференционалдық схеманы пайдаланғанда, яғни терістеуші мен терістемеуші кірістерді бір уақытта қолданғанда қосу\азайту схемасын аламыз:

                    (60)

Керегінде қосындылау мен азайтуды түрлі коэффициенттерімен (демек арнаның әрбіреуінің сілтемелері болады) орындауға болады. Ол үшін сәйкесті түрде қосындылаушы және масштабтық резисторлардың кедергілерін өзгертеді.

Логарифмдік және антилогарифмдік (яғни логарифм lnA мәні бойынша А шамасының сәйкесті мәнін табатын) түрлендіргіштер, терістеушілер мен дифференциотарлар да, математикалық операцияларды орындайтын болғандықтан аналогты түйіндерге жатады.

 

          4.3 Гармоникалық тербелістер генераторлары

 

          Периодты кернеулерді генерациялау генераторлардың көмегімен іске асырылады. Бұл құрылғыларда өшпейтін электр тербелістері қоздырылады да, автоматты түрде сүйемелденіп тұрады.

Кез келген тікті ең жоғарғы сапалы тербеліс жүйесінде шығындар бар, сондықтан пайда болатын тербелістер бірте - бірте өшуі тиіс. Егер жүйедегі тербелістер өшпейтін болса, онда шығындар есесі белгілі бір энергия көзімен толтырылуы тиіс.

Жалпы жағдайда тербеліс жүйесіндегі шығындар белгілі бір балама кедергісі түрінде Rшығындар қарастыруға болады. Егер бұл кедергінің есесін теріс таңбалы кедергімен R* қайтарсақ (яғни келесі теңдеу орындалатындай әрекет жасасақ Rшығ –R*=0) онда контурда қоздырылған тербелістер ақырсыз ұзақ жүреді (себебі контур ішінде шығындардың есесін қайтаратын энергия пайда болады).

Теріс таңбалы кедергіні (R*) терморезонатордың, ТД – нің (туннельдік диодтың), динистордың, тиристолдың және т.с.с. ВАС- ларының құлау учаскесін пайдаланып немесе оң таңбалы КБ- мен қамтылған күшейткішті пайдаланып R* кедергіні алуға болады. Өшпейтін тербелістер генераторлары ең жиі оң таңбалы КБ- сі болатын құрылғылар түрінде орындалады. Осы ОТ КБ- нің (оң таңбалы КБ- нің) тереңдігіне тәуелді және жилікті беретін (тапсыратын) контурдың параметрлеріне тәуелді генерацияланатын тербелістер келесі болуы мүмкін:

          -гармоникалық (яғни синусоидалы формада);

          -релаксациалық (яғни тікбұрышты, импульсті, аратісті және т.с.с.).

Егер генератордың тербелмелі контурына енгізілетін энергия және шығын энергиясы тең болса, онда генерацияланатын тербелістер формасы бойынша синусоидалыққа жақын:

                                         (61)

Бірнеше ондаған килогерцтен жоғары жиіліктерде электр тербелістерін генерациялау үшін LC- тербелмелі контурлары болатын генераторлар қолданылады. Ал дыбыс және инфрадыбыс жиіліктерінің синусоидалық кернеулерін генерациялау үшін әдетте RC- генераторлары қолданылады.

 

4.4 Сурет - а) sin –лы тербелістер генераторының функционалдық схемасы

 

 

б) sin –лы тербелістер генераторының ӨТ (өрістік транзистор) негізінде  LC – генераторы түрінде іске асыру

 

 

 

 

в) кварц резонаторының балама схемасы

г) Пирс схемасы бойынша кварц резонаторының негізіндегі генератор

 

д) Колпитц схемасы бойынша кварц резонаторының негізіндегі генератор

 

Генератор деп отырғанымыз тұрақты ток қоректендіру көзінің энергиясын айнымалы сигналдың энергиясына түрлендіретін электрондық схема. Негізінен генераторлар үш түрге бөлінеді: синусоидалық сигналдардың генераторы, тік бұрышты импульстер генераторлары және басқа формадағы сигналдардың генераторлары.

Тербелістеріді сүйемелдеу үшін келесі шарттар орындалуы тиіс:

          -КБ тұзағы тұйықталғандағы күшейту коэффициенті “1”-ге мең (немесе асуы) тиіс ;

          -КБ тұзағындағы сигнал фазасының ығысуы нөлге немесе 3600 шамасына еселі болуы тиіс.

Синусоидалы сигналдардың генераторларында индуктивті – сыйымдылықтық тізбектерінің резонанстық қасиеттері немесе кварц кристалының пьезоэлетрлік қасиеттері пайдаланылады, ал RC- тізбектің қолданылуымен сигналдың фазалық ығысуы іске асыралады. Міне осы әдістер жиілігі 0,1 Гц- тен 400 МГц шамасынан да жоғары формалары синусоидалы сигналдар генераторларын жасауға мүмкіндік береді.

Тербелмелі контурлар теориясынан индуктивті - сыйымдылықтық тізбекінің резонанстық қасиеттері келесідей болатыны белгілі.

 

 

 

 

 


4.5 Сурет - а)тізбекті LC тізбегі

 

 

 

 

 

 

 


б) паралель LC тізбегі

 

Демек, тізбектей қосқанда контурдың импедансы резонанс кезінде тік болады, себебі индуктивтік пен сыйымдылықтық кедергілер резонанстық жиілікте тең, бірақ фазалары бойынша қарама- қарсы. Яғни резонанс кезінде келесі шарттар орындалады:

 немесе

Осы тізбектің резонансты контурын кейде акцепторлық схема деп те атайды.

Генераторларда жиірек параллель индуктивті – сыйымдылықты тізбек қолданылады. Мұндай тізбектің резонанс кезіндегі кедергісі мах- маль, ал резонанстық жиілігі жоғарыда келтірілгендей бірдей формуламен анықталады:

                                                (54)

LC- генераторлар тұрақтандарушы ТТКБ – мен (теріс таңбалы КБ - мен) қамтылған күшейткіштер негізінде орындалады. (2.3,а-сурет).

          Сонымен қатар жиілікке- тәуелді ОТКБ- мен де қамтылады. Бұл соңғы тізбекте тербелмелі контур түрінде орындалған жолақтық сүзге қосылған!

Өрістік транзистор (ӨТ) негізінде трансформаторлық ОТКБ- сі бар қарапайым LC- генератордың. ӨТ- нің бастау тоғының үзікті, яғни дискреттігінен, оның ішінде тұрақты токтан (ӨЖЖ – ге, яғни АЖЖ- ге) аса жоғарғы жиіліктерге дейін жететін бір қалыпты спектрдің – флуктуациялық (шуылдық) құраушысы пайда болады.

ӨТ- нің құйма тізбегіне КБ- нің Lcоffect ораушы қосылған. Бұл орауыш - контурымен индуктивті байланысқандықтан флуктуациялық құраушы  ораушында белгілі бір ЭҚК тудырады. Контур келесі жиілікке бапталғандықтан:

                                          (55)

 

Флуктуациялардың ЭҚК негізінен жиілігі  кернеуде бөлініп шығады. Міне осы кернеу транзистордың жаппасына әрекет еткенде құйма тоғының өсуіне, демек КБ орауышындағы тоғың арттырады. Контурда жаңа ЭҚК (жасайды ЭҚК) туады, ол да қайтадан күшейтіліп контурға беріледі. Сонымен, жүйе ОТКБ- мен қамтылған, ал оның күшейту коэффициенті келесі өрнекпен анықталады:

                          (56)

 

Егер контурды баптау жиілігінде, онда  , демек жиілігіфлуктуациялық құрушы қаншама кішкене болғанымен кез келген үлкен мәнге дейін күшейтіле алады.

          Бірақ келесі жағдайды ескеру керек! Жоғарыдағы флуктуациялық құрауыштың өсуі тербелістер амплитудасының шексіз өсуіне келтірмейді. Себебі, бастау тізбегіндегі резистор және ӨТ- нің сызықты емес ВАС- ы ТТКБ құрауыштан құйма тоғының артуымен сипаттаманың (ВАС- тың) тіктігін, демек күшейту коэффициентін - ді кемітеді.

Сондықтан - контурдың параметрлерімен, КБ- тізбегімен және ӨТ параметрлерімен анықталатын тербелістердің белгілі бір амплитудасында, бұл амплитудаға жеткенде шығындар энергиясы мен - контур ішіне енгізілетін энергия тең болады да, амплитуданың өсуі аяқталады.

Генерацияланатын тербелістердің жиілігі:

Бұл жердегі -- контурдың жиілік тапсырушы индуктивтік орауыштың тұрақты токта өлшенген кедергісі;

- ӨТ (өрісті транзистордың) ішкі кедергісі.

Соңғы өрнекті талдасақ, келесі қорытындыға келеміз. Генерацияланатын тербелістердің жиілігі, жиілік тапсырушы - контурдың негізгі параметрлеріне ғана тәуелді болмай, оның үстіне ӨТ- нің ішкі кедергісіне () де тәуелді болады. Сондықтан қоректендіру көздерінің кернеулері және температура өзгергенде генерацияланатын тербелістерді жиілігі де өзгереді. Бұл жағдай оны тұрақтандыру үшін арнайы әдістерді қолдануға итермелейді. Жиіліктің тұрақтылығын келесі салыстырмалы бірліктермен өрнектейміз:

Бұл жердегі - температура 10К өзгергендегі жиіліктің абсолютті өзгеруі.

Нақты LC – схемаларда жиіліктің тұрақтылығы 10К температураға көтерілгенде 10-6 шамасынан аспайды (егер де LC- контурды термотұрақтандырғанның өзінде де, тіпті транзисторды және схеманың барлық элементтерін, қоректендіру көзін бірге қосқанда термокомпенсациялық, яғни термотеңгеруші схемада көрсетілген 10-6 шамасынан аспайды).

Жиіліктің тұрақтылығын 10-11 температура 10К өзгергенде іске асыру үшін генераторларды кварц (яғни оның пьезоэлектрлік түрінен жасалған) резонаторларын пайдаланып, термостат ішіне салып қояды. Ал, егер төменгі жиілікті генераторлардың жиілік тұрақтылығы 10-11/10К болу үшін камертондық және магнитострикциялық вибраторларын, яғни дірілдегіштерін пайдаланып, оларды арнайы балқымалардан жасайды.

LC - генераторларда контурлық конденсатордың сыйымдылығын өзгертіп, жиілігін  есеге өзгертуге болады. Сыйымдылықты өзгерту механикалық немесе электрлік ( егер, мысалы, варикапты пайдалансақ ) әдістермен іске асырылады. Индуктивтікті жатық баптауға болады. Ол үшін орауыш өсінің бойымен ферриттен жасалған өзекшенің магниттік өтімділігін тұрақты ток көмегімен үстеме магниттеп өзгертеді. Баптау жиілігінің өзгертілуін дискретті орындауға болады, мысалы, индуктивтік орауыштар мен конденсаторларды ауыстырып - қосу жолымен.

 

          4.4 Лүпілдер генераторы.

 

          Дыбыс жиіліктерінің аймағында жұмыс істейтін жатық баптауы болатын генераторларды жиі лүпілдер генераторы түрінде орындалады.

 
 



4.6 Сурет - ТЖ (төменгі жиіліктер) үшін синусоидалы генератор

а) “лүпілдер” негізінде

б) Винның RC-көпірі негізінде

 

 

* Лүпілдер - жақын жиіліктерде  2 сигналдың қосылуы нәтижесінде болатын, уақыт аралығында сигналдың амплитудасының периодты түрде өзгеруі. Лүпілдер интерференция нәтижесі болып келеді: лүпілдер жиілігі  2 интерференцияланған сигналдың айырмасы арқылы анықталады.

Жоғарыдағы 2.4, а – суреттегі схемада екі генератор бар: жиілігі бекітілген кварцтық генератор-1 және жатық бапталатын жиілікті қайта реттейтін генератор-2 (мысалы, синусоидалы кернеуді генерациялайтын делік). Жиілігі бекітілген генератор-1 келесі синусоидалы кернеуді өндіреді: 

Генератор-2 келесі синусоидалы кернеуді өндіреді:

Бұл екі генераторлар шығыстарынан кернеу қайта көбейткіш құрылғыға келіп түседі. Бұның нәтижесінде жиіліктері комбинациялық болатын кернеу пайда болады. Міне осылардың ішінде (араларында) жиіліктері айырымдық және қосындылық болатын келесі сигнал пайда болады:

Бұл жердегі ,- тұрақтылар қосындылған жиілікті кернеу әдетте қолданылмайды және жайдан - жай сүзгіленіліп алынып тасталады да, шығыста тек айырымдылықтық жиілігі ғана болатын кернеу пайда болады:

, бұл жерде

Жиілік -ні жатық өзгертіп, резонанстық жиілікті кең шектерде - оншақты герцтен оншақты килогерцке дейін өзгертуге болады. Жуықтап алғанда осындай схема бойынша жиіліктердің синтезаторлары орындалады.

Дыбыстық және инфрадыбыстық жиіліктердегі синусоидалық тербелістерді тікелей генерациялау үшін ОТКБ тізбегінде RC- сүзгілері болатын генераторлар жиі қолданылады.

Келесілер RC - сүзгі ретінде жиі колданылады:

          - жолақтық (Виннің көпірі түрінде),

          - квазирезонанс жиілігінде (сәйкесті  түрде элементтерді таңдап жинағанда) 1800 – қа тең фазалық ығысуы болатын режекторлық (қос Т - тәрізді көпір);

          - берілген (тапсырылған) жиілікте 1800 шамасына фазалық ығысуды қамтамасыз ететін төменгі және жоғарғы жиіліктердің көпбуынды сүзгілері.

Виннің көпірі негізіндегі генератордың функционалдық схемасы 34, б- суретте келтірілген. Күшейткіш ретінде әдетте ОК қолданылады. Виннің көпірі келесі беріліс коэффициентімен беріледі:

Бұл коэффициентің квазирезонанс жиілігіне сәйкесті оң шамаға 1,3-ке тең.

Егер күшейту коэффициенті  болса, онда өшпейтін тербелістер пайда болады, себебі:

Генерацияланатын тербелістердің формасы синусоидалы болу үшін, күшейту коэффициенті үшке (3) тең болуы тиіс. Бірақ бұл жағдайда өзіндік қозу өте баяу болады. Егер  болса, онда автотербелістер тумайды. Сондықтан генератор ішіне сызықты емес ТТКБ- ні енгізеді. Бұл ТТКБ терморезистор R2 көмегімен іске асырылады. Генерация жоғында ОК- ның кірісі мен шығысындағы кернеу жоқ болады, сондықтан терморезистор арқылы ток ақпайды да, оның ішкі кедергісінің шамасы өте үлкен, демек ТТКБ- нің тереңдігі кішкентай, ал күшейту коффициентінің шамасы үлкен .

Генератор ішінде тербелістердің пайда болуымен- ақ, және оның шығысында айнымалы кернеудің пайда болуымен- ақ терморезистордың ішкі кедергісінің келуі орын алады да, ТТКБ- нің тереңдігі артып, ал  күшейту коэффициенті төмендей (кеми) бастайды. Бұл процесс, жүйе динамикалық тепе- теңдікке жеткенше жүреді, ал бұл тепе- теңдік  тең болғанда байқалады.

RC- генераторының жиілігінің тұрақтандырылуы қолданылған резисторлардың (R), конденсаторлардың (C) және күшейту элементтерінің (БПТ,ӨТ ж.т.т.) параметрлерінің тұрақтылығымен анықталады. Резисторлар мен конденсаторлардың температуралық коэффициентерінің шамасын кішкентай етіп және күшейткіштерді терең ТТКБ- мен қамтып тұрақтандырудың шамасын 10-4/10К етуге болады. Егер жиілік тұрақтылығын одан да жоғары ету керек болса, онда кварц резонаторларын және жиілік бөлгіштерін қолданады.

Жиіліктің жатық бапталуын немесе өзгеріліп RC- тізбектердегі айнымалы резисторлар көмегімен іске асырылады. Жиілікті  есе қайта құру үшін барлық резисторларды синхронды реттеу керек. Ал егер қайта құру (30-50%) пайыз шамасында орындалуы тиіс болса,  резисторлардың біреуін- ақ өзгертіп отырсақ жеткілікті.

RC- генераторларда жиілікті қайта құруды е- дық түрде  іске асыруға болады. Ол үшін RC- тізбектердегі резисторларды  ӨТ- лермен алмастырады, себебі олардың ішкі кедергісі жұмыс істеу режімдеріне тәуелді омдардан жүздеген  омдарға дейін  ығысу кернеуін бірнеше вольтқа өзгертіп алуға болады. Кернеуді қолмен немесе автоматты түрде өзгертіп тұруға болады.

Мысалы, егер ӨТ- нің жаппасына ара тісті кернеу түсіретін болсақ, онда теңселме жиілік генераторын аламыз. Бұндай генераторлардың түрі аспаптардың жиіліктік сипаттамаларын зерттеу үшін қолданылады. Мысалы, периодты сигналдар спектрлерінің анализатор, жиіліктік модуляторларында ж.т.т..

Цифрлық е- ке элементтерін пайдалану, ең бірінші қатарда ЦАТ (цифрлы аналогты түрлендіргіш) сияқтылар делік, қайта құру генераторларын (ҚҚГ) жасауға мүмкіндік береді.

Генераторлар арасында шуыл генераторлары ерекше орын алады. Ең қарапайым бұл генераторлардың түрі кеңжолақты күшейткіштің кірісінде шуыл кернеуінің көзі (электронды- вакумдық немесе ШӨ диод, әдейі қанығу режімінде жұмыс істейтін, стабилитрон ж.т.б.)  қойылады. Әсіресе жауапты жағдайларда шуыл генераторлары цифрлық түрде іске асырылады.

 

          4.5 Релаксациялық тербелістер генераторлары

 

          ОТКБ- сінің шамасы, дәлірек айтқанда тереңдігі, азғантай және КБ- сі тербеліс контурындағы (немесе оның аналогындағы) шығындар есесін ғана қайтаратындай гармоникалық тербелістер генераторларынан айырмашылығы релаксациялық генераторларда терең, кейде 100% пайызды ОТКБ (демек, шығыстағы кернеу түгелімен кіріске түсірілетін деген сөз) қолданылады. Бұл жағдайда генератор ішіндегі тербелмелі процесс гармоникалы жүрмейді, себебі тербелмелі контур ішіне енгізілетін энергия жұмсалатыннан артық болады, сондықтан контурда энергия жиналады да, генерацияланатын тербелістер амплитудасы өсе бара, аяғы генератордың күшейту элементтері сызықты емес кілттік режімдерде жұмыс істей бастайды: дәлірек айтқанда олар (БПТ- лер, ӨТ- лер ж.т.б.) біресе қанығу режіміне кіреді, біресе шамасы асып кеткен кірістегі кернеулермен жабылады. Генератор синусоидалық кернеулер орнына күрт формасы синусоидалы емес релаксациялық тербелістерді генерациялай бастайды.

Әдетте релаксациялық тербелістің формасы белгілі бір дәрежеде тікбұрыштыға жақын болады, себебі күшейту элементтері ауыстырып – қосу режімінде жұмыс істейді де, бір күйден басқа бір күйге көшуі секіріспен орындалады.

Генерацияланатын тербелістерінің түрі бойынша релаксаторлар тікбұрышты кернеулер импульстерінің генераторларына; сызықты өзгеретін кернеулер (ара тісті, үш бұрышты ж.т.т.) генераторларына бөлінеді (жіктеледі).

4.7,а -сурет сызықты өзгеретін кернеулер (ара тісті, үшбұрышты ж.т.т.) генераторларына бөлінеді (жіктеледі).

 

4.7,а –сурет Релаксациялық тербелістер кезіндегі кернеу формалары

 

б)      в)

қанығу

Формасы тікбұрышты қысқа импульстер генераторының, демек блокинг- генераторының, қағидалық  схемасы (б)  және оның жұмысын түсіндіретін диаграмма (в)  4.7- суреттің жалғасы.

Блокинг- генератор трансформатор арқылы жүз пайызды (100%) ОТКБ беретін бір каскадты күшейткіш түрінде орындалған.

БПТ (p-n-p түріндегі) негізінде орындалған блокинг- генератордың жұмысын қарастырайық. Уақыттың бастапқы мезетінде коллектордың қоректендіру кернеуі нөлге тең болсын делік және жатық түрде абсолюттік шамасы бойынша Еқорек дәрежесіне дейін өсетіп болсын.

Демек, бастапқы база тоғы (Iб=0) нөлге тең болатындықтан коллектр тізбегімен жылуық е- дар беретін (Iк0) шамасы азғантай ток ағады. Бұл күй орнықты емес – себебі, коллектор тоғының, мысалы флуктуация нәтижесінде, кездейсоқ артуы жағдайды күрт өзгеруіне келтіреді:

*- коллектор тоғының артуы КБ- нің

- орауышында магнит өрісін тудырады да

*бұның нәтижесінде трансформатордың

- екінші орамында ЭҚК тудырады

*ал бұл ЭҚК – нің “-” (минусы) базаға, ал “+” (плюсі) БПТ- нің эмиттеріне келіп түседі.

Демек, ЭҚК база – эмиттер өткеліне тура бағытта түсетіндіктен, база тоғы (Iб)  пайда болады да, ол оның үстіне коллектор тоғын () арттырады. Бұл ЭҚК- нің одан да артық өсуіне және демек, база тоғының да өсуіне келтіреді. Сонымен қатар Сб – конденсаторының зарядталуы орын алады.

 

          4.6 Компаратор және оның интегралдық таймеріндегі төменгі және жоғарғы жол айырымдары

 

          Таймер электрондық аспап, оның басты міндеті импульстік сигналдарды түрлендіру. Осы анықтамаға сәйкес интегралдық схема негізінде жасалған  цифрлық құрылғылар жатады. Олар уақыт реттеуші болып саналады. Қазіргі күнде қолданып жүрген таймерлерді екі үлкен топқа бөлеміз: счетчик санағышы қондырылған көптактілі және біртактілі болады.

Біртактілі таймерлер-уақыттық интервалдың уақыт аралығын микросикундтан бір сағат аралығында болу.Олар негізінен комбинацияланған аналогтын бөлігі, яғни компаратордың тізбектей орналасуы.

Ол схема 2.6-суретте көрсетілген;

4.8 Сурет

 

Уақыттық интервалдың параметрлері ішкі RC-тізбегінен анықталады. Сигналдың активтік мәні Uзап , RC-тригері арқылы бірлік қалыпқа қойылады. Бұл жерде S1 кілті ажыратылады. Сыртқы уақыт беруші тізбектен С сиымдылық- ты зарядталу басталады. Сыиымдылықтағы кернеу шамасы Uon мәніне жеткен- де, DA1 компараторы жұмыс жасайды. Осы кезде компаратордың шығыс сигналы RS-тригерін шығарып тастайды.Бұл кезде S кілт жабылады да конденсатор разрядталады.

          Осы схема негізінде жасалған біртактілі тригерлер, шығысында бірлік импульстар ғана шығара алады. Бірлік импульстар мәндерінің тізбектей болуы үшін оған қосымша компаратор қосылуы тиіс.

Таймерлер өте төмен жиіліктегі импульстардың ондаған сағат болуын қам-

тамассыз етеді. Оларды өз ішінен екі кіші топқа бөлуге болады: програмдық

таймерлер, оларда уақыттық интервал программа бойынша беріледі. Бұл жерде счетчиктің кірісіне қосқыштар қосу арқылы жүреді. Ал арнайы таймерде, счетчиктердің қатаң берілген санау коэфиценті болады. Көптактілі таймерлердің құрылымдық схемасы 2.7-сурет берілген. Ол бір біртактілі таймер мен екілік счетчиктен тұрады. Олар өзара логикалық блоктың

көмегімен байланысады.

4.9 Сурет

          Көптактілі таймерде негізінде уақыттарды қосылуы сыртқы RC-тізбектің модульдегі счетчигінің мәніне байланысты. Беріліс сигналын бергенде Uбер мультивибратор іске қосылады. Ол біртактілі таймер негізінде жасалған. Мультивибратор шығысындағы сигнал счетчиктің кірісіне келіп кіреді. Счетчиктің шығысында тізбектелген импульстар шығады, оның периоды Ти дан (2n -1) Ти шамасында; мұндағы Ти-біртактілі таймердің шығысындағы импульстар периоды, ал N счетчиктегі тригер саны. Енді біртактілі таймер негізінде жасалған схемалармен жұмыс жасаймыз.

 

          4.7 Интегралдық таймер

 

          Өндірісте көп қолданып жүрген біртактілі таймерлерді қарастыратың болсақ, оған мысал ретіңде 1006ВИ1 интегралдық схеманы алуымызға болады. Бұл интегралдық таймер шетелдерде 555 сериалы болып қолданыста. Қолдану ауқымына байланысты ол стандартты операциондық күшейткіштермен тең қолданыста екенін ұмытпауымыз керек.1006ВИ1 интегралдық таймердің құрылымдық схемасы 2.8 -суретте көрсетілген. Таймер екі компаратордан тұрады: DA1 жоғарғы аймақты компаратор да DA2 төменгі аймақты компаратор болып есептеледі. Ол R1,R2 және R3 кедергілердегі кернеу бөлгіштің арқасында жұмыс жасайды. Бұл жерде R1=R2=R3 шарты орындалған кезде Uжоғ  және Uтөм  мәндері былай табылады:

                                      Uжоғ =      Uтөм =                            (59)

4.10 Сурет

Компаратор шығысын ассинхронды RS тригерлері арқылы басқарылады. Ол

екітактілі күшейткіштің кірісінде кернеуді тұрақтандырады. Ол VT1 жәнеVT2

транзисторлары арқылы жүзеге асады. RSтригері қосымша инверсті ассин- хрондалған кіріспен жалғанған. Инверсті ассинхрондалғанның шығысындағы

сигнал VT3 транзисторын басқаруға арналған. Таймердің шығыс сигналының

кіріс сигналға байланыстылығы 1-кестеде көрсетілген

1 к е с т е

 

Uсб

Uтөм

Uжоғ

Uшығ

VT3

Лог.0

#

#

Лог. 0

Тыйм

Лог.1

<Un/3

< 2Un/3

Лог. 1

Толы

Лог.2

> Un/3

>2Un/3

Лог. 0

Тыйм

Лог.3

> Un/3

< 2Un/3

Кіріс сигнал Uтөм   Uжоғ

мәнімен анықталады

           

          5.2 Тұрақты еске сақтау құрылғысы (ТЕСҚ)

 

          Бұл тақырыпта ПИЛС-ке қатысынсыз комбинациялық логикалық схемалар сияқты программаланатын тұрақты еске сақтау құрылғылары (ТЕСҚ) туралы айтылады. Тұрақты еске сақтау құрылғысы немесе ТЕСҚ (read-only memory— ROM) - жадыдағы мәліметті өзгертуге емес тек оқуға ғана арналған жады түрі. Жартылай өткізгішті тұрақты еске сақтау құрылғыларыда ПИЛС сияқты токқа байланысты емес, яғни ондағы мәліметтер ток желісінен ажыратылса да жойылмайды. Мұндай құрылғыларды қолданудың негізгі орталығы компьютер жүйесін іске қосу кезінде информацияны  сақтау болып табылады. Кейде тұрақты еске сақтау құрылғылары басқа электронды логикалық схемаларда да кеңінен қолданылады. ТЕСҚ базалық құрылғысы  (кез келген жартылай өткізгішті еске сақтау құрылғысы сияқты) әр ұяшықта бір екілік разряд (0 немесе 1) сақталған  екі өлшемді массив жады ұяшығынан тұрады.

          Жадының құрылымдық "xl" типі -суретте функционалдық схемасында көрсетілген, яғни тек бір бит ғана келіп түседі.  Керек жолды таңдап алу үшін r—разрядты сан берілуі, ал бағана адресін таңдау үшін N-разрядты сан берілуі керек. Ұяшықтың толық адресі екі санның конкатенация (бір санның екінші санның соңына қосылуы) жолымен беріледі. Берілген жады ұяшығының санынан квадратты массив кезінде минималды жол саны және бағаналар алынуы мүмкін.  Схема құрылғаннан кейін өзгеруге келмейтін мәлімет яғни жаппай тұрақты есте сақтау құрылғысын қоса алғанда (read-only memory— ROM), жады ұяшығы әртүрлі технологиялардың көмегімен құрыла алады   Жадының  мынандай да түрлері бар: таңдалған жады ұяшықтағы мәндерді өшіру арқылы өзгерту. Бұл программаланатын ТЕСҚ немесе ПТЕСҚ (programmable ROM— PROM) және өшірілетін программаланатын ТЕСҚ немесе ПТЕСҚ (erasable programmable ROM— EPROM)'.

Жүйеден микросхеманы шығарып алуды талап ету сияқты жаңа мәліметті жазу баяу жүретін процесс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.1 Сурет-Жады ұяшығы

          Жартылай өткізгішті еске сақтау құрылғылары

 

          ЭЕМ ең негізгі функционалды бөліктерінің бірі ақпаратты қабылдау, сақтау, шығаруға арналған – командалар мен деректер кодаларын есте сақтау құрылғысы. Жадыдағы ақпарат ұяшықтарда екілік кодалар түрінде сақталады. Ақпараттың санының өлшем бірлігі логикалық “0” немесе логикалық “1” мәндерін қабылдайтын бит болып табылады. Әдетте 1 битке тең ақпарат жады элементі (ЖЭ) деп аталатын элементтер ұяшықта сақталады. ЖЭ әр ұяшығының өз мекені бар, ал оны белгілі бір координат жүйесінде анықтайды. ЖЭ-де ақпаратты сақтаудың минималды мекендеу бірлігі 8 биттен тұратын байт.

          ЕҚ-да негізгі операциялар жадыға ақпаратты енгізу – жадыдан ақпаратты таңдау және жазу – санау. Бұл операциялар жадыға қатынас құрғанда орындалады. Мұнда сонымен қатар, кейбір дерек бірліктер әртүрлі типті ЕҚ үшін жазылады және саналады. Мұндай бірлік, мысалы байт, машиналық сөз немесе деректер блогы болуы мүмкін.

          ЕҚ негізгі көрсеткіштері: жадының сыйымдылығы және шапшаңдылығы, сондай-ақ деректер бірлігін сақтаудың үлестік сыйымдылығы. ЕҚ көрсеткіштерінің мұндай мәндеріне ЭЕМ-нің аппараттық және программалық құралдарының пайдаланылуының тиімділігі тәуелді болады. ЕҚ сыймдыығы және шапшаңдылығының артуы себебінен техникалық және эксплуатациялық сипаттамалары, ең алдымен ЭЕМ өнімділігі жақсарады.

          ЕҚ сыйымдылығы С сақталатын ақпараттың максималды мәнін көрсетеді және жады ұяшықтарының санымен анықталады. ЕҚ сыйымдылығы битпен немесе сөздер санымен N және олардың ұзындығымен (разрядтылығы L) анықталады. Үлкен көлемді ақпаратты өлшеу үшін кило (К) және мега (М) бірліктері қойылады, яғни 1Кбит=1024бит және 1Мбит=1048576 бит. Сақталатын сөздердің саны мен ЕҚ ұйымдастырылуына тәуелді (NхL). Мысалы, сыймдыығы С=16 Мбит ЕҚ таңдауды ұйымдастыруы 1х16М, 2х8М, 4х4М, 8х2М немесе 16х1М молуы мүмкін. Мұнда ЕҚ ұйымдастырылуына байланысты ақпаратты жазу-оқу операциялары бір (бірразрядты таңдау) немесе бірнеше (сөздік таңдау) жадының есте сақтау элементтерінде орындалады. Сөздік таңдауда бір мезгілде сөз немесе 2, 4, 8 жады есте сақтау элементінде сақталған оның бөлігі сақталады.

          Шапшаңдық қатынас құру уақытымен tқат ,жазу немесе оқудың физикалық үрдістерінің ұзақтығымен, ақпаратты оқу кезіндегі бұзылуларды қайта қалпына келтіруге қажетті регенерация уақыты tрег арқылы анықталады. ЕҚ кейбір түрлері үшін (мысалы, статикалық типті ЕҚ), егер онда оқу кезінде ақпарат бұзылмайтын болса, регенерация операциясы орындалмайды, tрег=0. Қатынас құру уақыты дегеніміз деректерді жазуға немесе оқуға сұрату сигналы берілген моментпен салыстырғандағы пайдалы ақпарат алмасуды бастаудың орташа кідірісі.

Жоғарыда айтқан көрсеткіштерден ЕҚ құрылғы ерекшеліктерін және өзге қасиеттерін сипаттайтын басқа да көрсеткіштер бар, мысалы, эрготәуелділік (сыртқы қорек көзін өшіргенде ақпаратты сақтау мүмкіндігі), сенімділік (деректерді сақтау сенімділігі, сыртқы әсерлерге төзімділігі), сақтау уақыты, алып өлшемдер, салмағы және т. с. с. бұл көрсеткіштер әртүрлі ЕҚ үшін әртүрлі болады және жасалуының сұлбатехникалық және құрылмалық ұстанымдарына, жасалуының технологиялық әдістеріне және олардың жасалынатын физика-техникалық материалдарына тәуелді.

          Қазіргі ЭЕМ құрамында тағайындалуы, қатынас құру әдістері, ақпаратты сақтау және әрекет ету ұстанымдары бойынша жіктелетін әртүрлі ЕҚ типтері қолданылады. Сыймдыығы үлкен цифрлық жүйелерде, мысалы әмбебап ЭЕМ, ЕҚ әрекет ету ұстанымдарымен сақталатын ақпарат көлемінен ажыратылатын сыртқы және ішкі ЕҚ деп бөлінеді. Ішкі ЕҚ-на қазіргі персоналды компьютерлердің (ПК) жүйелік тақтасында орнатылатын электронды жартылайөткізгішті ЕҚ жатады.  Үлкен көлемді ақпарат сақтауға арналған сыртқы ЕҚ-на магнитті (дискілік және ленталық), ақпаратты сақтау ұстанымдары әртүрлі оптикалық және магниттіоптикалық ЕҚ жатады.

          Сыртқы ЕҚ ПК жүйелік блогында, сондай-ақ жеке корпустарда орналастырылады. Қатынас құруды ұйымдастыру (таңдау) әдістері бойынша кездейсоқ, тікелей және тізбектей қатынас құру ЕҚ деп бөлінеді. Кездейсоқ қатынас құрунемесе кездейсоқ таңдаулы ЕҚ (КҚЕҚ) жады ұяшықтарының матрицалық жиынынан тұрады. КҚЕҚ-да қатынас құру уақыты, сонымен қатар, жазу немесе оқу үшін кез-келген ұяшықтың қатынау циклы ұяшықтың матрицалық жиынындағы орналасуына (мекеніне) тәуелсіз. Тікелей қатынас құруда (дискілік ЕҚ жатады) ұяшықтарға емес, басы және соңы арнайы символдармен (файлмен) көрсетілетін деректер блогына қатынау кездейсоқ ретпен жүреді. Дискілік жады ішкі жадымен салыстырғанда арзан  бағаға ие (қатынас құру уақыты сәл артығырақ).Тікелей қатынасты дискілік жады ішкі жады секілді ПК-дің міндетті атрибуты болып табылады.

Тізбекті қатынас құру ЕҚ-да (мысалы магнитті ленталық тасығыш) ақпарат дискілік ЕҚ сияқты, бір тасығыш шегінде тізбекті мекендері бар блоктар түрінде сақталады. ЕҚ-да кезкелген блокқа, оның мекені бойынша қатынас құру үшін магнитті лентаның (том) басын маркерді табу керек. Осыдан соң барлық алдыңғы блоктарды тізбектей қарап шығу керек, бұл қатынас құру уақытының блок мекеніне тәуелділігін тудырады. Кәдімгідей кемшілігіне қарамастан (аса үлкен қатынас құру уақыты және алмасу жылдамдығының төмендігі) тізбекті қатынас құру ЕҚ арзан болуы себепті жылдам қатынас құруды талап етпейтін үлкен көлемді ақпараттарды (архивтерді) сақтауды қолданылады.

Тізбекті ЕҚ-ға сондай-ақ санашық құрамындағы регистрлік ЕҚ, зарядты байланысты құралдардағы ЕҚ (ЗБҚ) және терминалдарда және есептеу құрылғыларында (мысалы, шеткері құрылғылар контроллері) ақпаратты сақтау үшін шапшаңдығы әртүрлі құрылғылар арасында оны алмастырғанда қолданылатын буферлік жады жатады. Буферлік жады мысалдарына дисплейлік адаптердің бейнежадысы FIFO-COM–порттар буфері “бірінші келіп–бірінші шығу” (First in–first out) тәртібімен және стекті ЕҚ, мұнда сөздер кезегімен кері жазба ретімен, яғни, “соңынан келіп– соңынан шығу” (LIFO) тәртібі жүзеге асады.

Бейнежадыда сөздерге жады сыймдыығымен анықталатын тұрақты периодпен қатынас құрамыз. Дисплейлі бейімдеуіш үшін қажетті жады сыймдыығы бейнережім және графикалық бейімдеуіш типімен анықталады. Дисплейлік бейімдеуіш бейнежадысы растрлық бейне құрастыру және оны мониторға тұрақты циклмен шығару үшін қолданылады. Қарастырылған ЕҚ-ларда ұяшықта сақталатын ақпаратқа кездейсоқ қатынас құру оның мекені бойынша жүзеге асырылады. Мекендіктен ассоциативті ЕҚ-ның айырмашылығы– мұнда ақпаратты іздеу жадыдағы орны бойынша емес, ал белгілі бір ассоциативті белгісі бойынша жүзеге асады. Осы белгілермен сөздердің белгілі бір өрістері салыстырылады. Ішкі ЕҚ орындалатын функцияларына байланысты оперативті және тұрақты деп бөлінеді. Оперативті ЕҚ (ОЕҚ (ОЗУ)) кезкелген уақытта санашықпен өзгертілетін ақпаратты оқу, жазу, сақтау қызметін атқарады. Тұрақты ЕҚ санашық оқитын тұрақты жазылған ақпаратты ғана шығарады немесе сақтайды. Осылайша, ОЕҚ және ТЕҚ-те (ОЗУ, ПЗУ) сақталатын ақпаратқа санағыш тікелей қатынас құрады. ОЕҚ-ң кез-келген ұяшығына қатынаудағы қатынас құру уақытын кездейсоқ қатынас құру ЕҚ (Random Access Memory, RAM) деп атайды. Қатынас құрудың кездейсоқтығы деп ОЕҚ ұяшықтарына кездейсоқ ретпен оқу және жазу операциялары түсіндіріледі. ТЕҚ (Read Only Memory, ROM) де кездейсоқ таңдаумен жұмыс істейді, яғни барлық ұяшықтарға бірдей қатынас құрады. Бірақ ТЕҚ-де жүйе жұмысы кезінде бұрынырақ жазылған ақпарат өзгертілмейді немесе оның алмастырылуы оқуға қарағанда көп уақыт талап етеді.

ЕҚ элементтері жұмыс ұстанымы және есте сақтау элементінде ақпаратты сақтау принципі бойынша оперативті жедел жады динамикалық және статикалық деп бөлінеді. Динамикалық ОЖЖ жазылған ақпаратты сақтау және қайта қалпына келтіру үшін регенерация үрдісі орындалады. Ал статикалық ОЖЖ динамикалықтан айырмашылығы сақтау режімінде ақпарат ұзақ сақталады (регенерациясы).

Кездейсоқ қатынас құру ОЖЖ санашыққа өте жақын ету мақсатымен жүйелік тақтада орнатылатын бірнеше жеке бөлшектерден тұрады. Бұл жақындату (физикалық және логикалық) ОЖЖ өнімділігін арттырады. өнімділік жазылатын немесе оқылатын деректер ағыны жылдамдығымен анықталады. ОЖЖ. Өнімділігі қолданылатын жады элементтері типіне және жылдамдығына, жады шиналарының разрядтылығына және кейбір архитектуралық шешімдерге тәуелді.

 

          Жартылай өткізгішті жадының екіөлшемді құрылымы

 

          Жады ұяшығындағы жазылған мәліметті оқу үшін жолдардың ішінен тек бір ғана жолды таңдайтын адресі беріледі. Тура осындай жолмен бағана таңдалып, қорытындысында таңдалған жады ұяшығы алынады.  Оқу процесі кезінде микросхема шешімі шыққанша информация ұяшықтан бағана  бойынша өтеді.  (Жазу процесі кезінде егер мұндай мүмкіншілік ТЕСҚ-да қарастырылған болса, информация таңдалған ұяшыққа кері бағытта түсіп отырады.)

Ұяшықтар сөздер жиынынан  құралып  және сөздегі барлық биттер бір мезгілде саналады.  Оған әрбір сөз биті үшін Хтипін ұйымдастырушы деп аталатын х1 типті құрылымды қайталау арқылы қол жеткізуге болады, мұндағы n- әр сөздегі бит саны. Жадыны ұйымдастыру құрылымында  бір жол  дешифраторы, бірақ бір сөз биті үшін жекеше бағаналар таңдау схемасы пайдаланылады.

Сонымен қатар бір корпустан шығатын шешімдердің көлеміне қойылатын шектеулердің әсерінен бір микросхемалы  құрылымда n санының үлкен мәнін алу проблемалы болып шығуы мүмкін. Кейде бір корпусты микросхемаға  х8 сияқты құрылым стандартты болады.

Жады ұяшығы

Тұрақты еске сақтау құрылғысын әрқайсысы жеке адресті информация сақтайтын зоналық микросхема корпусы ретінде қарастыруға болады. Микросхемада кіріс (кіріс адресі) және шығыс (мәліметтер шығысы) бар. Шығыс сигналдарының мәні кіріс сигналдарының көмегімен таңдалынатын жады ұяшығының мазмұнына байланысты. Еске сақтау құрылғысын комбинациялық логикалық схема ретінде санауымызға болады.

 

          6 Цифрлық құрылғылар.Тригерлер

 

          Триггердің атқаратын қызметі. Триггер бір логикалық айнымалының мәнін сақтау үшін (немесе бірразрядты екілік сан мәнін; көп разрядты  екілік сандарды сақтағанда, санының әр разрядының мәнін есте сақтап қалу үшін жеке триггер пайдаланылады) арналған. Осыған сәйкесті триггердің екі күйі бар: олардың біреуі 0 күйі ретінде, басқасы –1 күйі ретінде белгіленеді. Триггер кірістеріне әсер етіп, оны керек күйге орнықтырады.

Негізгі белгіленулері (белгілері). Триггердің екі шығысы бар: тура Q және терістелген. Триггердің  болатын күйі осы шығыстардағы  кернеулердің деңгейлерімен анықталады : егер Q-шығысындағы кернеу лог.0 деңгейіне  сейкес болса (Q═0), онда триггер 0 күйінде деп, ал Q=1 болғанда триггер 1 күйінде деп есептеуге келісілген. Терістелген  шығысындағы логикалық деңгей триггер күйінің терістелуін береді (0 күйде   ═ 1,      және керісінше)

Триггер кірістерінің бірнеше түрлері бар. Олардың белгілері мен атқаратын қызметін келтірейік.

R (ағылшынша Rest) –0 күйіне орнатылудың (келтірілудің) бөлек кірісі,

S (ағылшынша Set) – 1 күйіне орнатылудың (келтірілудің) бөлек кірісі;

К - әмбебап триггердің 0 күйіне келтірілудің кірісі;

J - әмбебап триггердің 1 күйіне орнатылудың  кірісі;

Т – санау кірісі;

D (ағылшынша Delay) – триггерді осы кірісіндегі логикалық деңгейге сәйкес күйіне келтіретін информациялық кіріс;

С – басқарушы (синхрондщаушы) кіріс.

Триггердің  аталуы, оның кірістерінің түрлерімен анықталады. Мысалы,  RS-триггер –R мен S кірістері болатын триггер.

Кіріс сигналдарына жауабы қалай өтетініне байланысты триггерлер екі түрге бөлінеді: синхронды емес және синхронды болып. Синхронды емес триггерде кіріс сигналдары триггер күйіне кірістерге  келіп түсісімен  тікелей әсер етеді, ал синхронды триггерлерде – басқарушы С кіріске синхрондаушы сигнал келіп түскенде ғана әсер етеді.

Триггерлер түрі. Триггерлердің негізгі түрлерінің жалпы сипаттамаларын қарастырайық. Триггердің әр түрі өту кестесімен (6.2.-кесте) сипатталады, 62.,а-кестеде келтірілген өту кестесі RS –триггерінің жұмысына сәйкесті. Бұнда Qс – триггердің ағымдағы күйі (кіріске активті сигналды түсіргенге дейінгі күй).

R мен S кірістерде, активті деңгей жоғында трирггер ағымдағы күйін сақтайды. Активті сигнал R═1 триггерді 0 күйіне келтіреді, ал сигнал S═1 – 1 күйіне. Кіріс сигналдарының тыйым салынған комбинацияларына сәйкес болатын триггер күйі кестеде жұлдызшамен белгіленген.

62,б –кесте –JK-триггерінің өту кестесі. Триггердің бұл түрінің RS триггерден айырмашылығы - кіріс сигналдырының тыйым салынған комбинациясының жоқтығы. Егер, J═ К═ 1 болса, триггер Q0 – ағымдағы күйге қайшы (қарама-қарсы) күйге келеді.

6.2,в- кесте –D- триггерінің өту кестесі. Триггер, D- кірісіндегі сигнал деңгейіне сәйкесті күйге келеді.

6.2,г – кесте Т-триггердің жұмысын анықтайды. Кіріс сигналы  Т═0 болғанда триггер ағымдағы күйін Q0-ді сақтайды да, кіріс сигналы Т═1 болғанда ағымдағы күйге қайшы - күйге өтеді (ауысады).

6.2 – кесте

 

Синхронды емес триггерлер

Тікелей кірістері бар RS триггер. Триггердің логикалық құрылымы 6.0,а- суретте келтірілген.

                                                  6.0- сурет

 

          Триггер екі НЕМЕСЕ-ЕМЕС логикалық элементтерден жиналған. Бұл элементтердің әрбір шығысы басқасының кірістерінің біреуіне, қосылып байланысқан. Элементтердің құрылғы ішінде осылай жалғануы екі орнықты күйді қамтамасыз етеді.

R мен S кірістерде НЕМЕСЕ-ЕМЕС элементтері үшін белсенді болмайтын, яғни триггер күйіне әсер етпейтін лог. О деңгейлері бар делік.Триггердің 0 күйінде А-элементінің шығысында  Q=0-ді аламыз; бұл мән В-элементінің кірісіне келіп түседі; бұл жағдайда В-элеметінің екі кірісінде де лог.0 әсер етеді, ал оның шығысында ═1 пайда болады; В-элементінің шығысынан бұл мән А – элементінің кірісіне келіп түседі де, бұл жағдай оның шығысында  Q═0-дің болуын қамтамасыз етеді . Міне бұл триггердің орнықты күйлерінің бірі. Триггердің 1 күйінде А элементің шығысында Q ═1 – ді аламыз, ал бұл  жағдай В элементінің шығысында ═0-дің пайда болуына  себепші болады да, А элементінің кірістерінің екеуіндегі лог.0 деңгейлері бұл элементтің шығысында лог.1-деңгейін тудырады. Сонымен, триггердің әрбір күйінде А мен В элементтер қарама-қарсы күйлерде болады.

Триггердің бір орнықты күйден екіншісіне ауысып-қосылуы кірістерге активті сигналдар келіп түскенде іске асады.

R=1 болғанда А –элементі шығысында Q═0 күйге келеді, яғни терістелген (инверсті) шығыста ═1 болады да, триггер 0 күйіне орнығады. Егер триггер  R═1 сигналын түсіргенге дейін 0 күйінде болған болса, онда оның күйі өзгермейді. Ал егер тригер 1 күйінде болған болса, онда R═1 –дің келіп түсуімен А – элементтің ауысып-қосылуы жүреді де оның шығысында Q═0 орнығады; бұл мән В элементінің кірісіне әкетіп, оны ауыстырып-қосады да, В элементтің шығысында ═1 орнығады, яғни триггер 0 күйге шығады.

Сонымен, триггердің бір күйден екіншісіне айырылып-қосылуы, оның элементтерінің тізбекті түрде ауысып-қосылуымен байланысты, ал ауысып-қосылу уақытын алатын болсақ, ол НЕМЕСЕ-ЕМЕС логикалық элементінің  ішінде сигнал таралуының екі еселенген орташа кіріс уақытына тең: tа-қ ═2tкідір

Неғұрлым tа-қ кіші болса, соғұрлым бірлік уақыт аралығында триггердің ауысып-қосылуын көбірек орындауға болады, яғни ауысып – қосылудың рауалы жиілігі жоғарырақ болады немесе басқа сөзбен айтқанда, триггердің тез әрекеттілігі артады.

           Триггер кірісіне S═1-ді бергенде оның 1 күйге орнығу процессі, жоғарыда  талдағанымыз тәрізді.

          R мен S кірістердің екеуіне бір мезетте активті лог.1 деңгейлерді түсіру рұқсат етілмеді, себебі бұл жағдайда шығыстардың екеуінде де  лог.0 орнығады да, кірістерден активті логикалық деңгейлерді алып тастағанда триггер анықталмағандық күйде болып қалады: кездейсоқ себептерден триггер не 0 күйге, немесе 1 күйге орнығуы мүмкін.  6.1,б-суретте Beйч кестесі түрінде  RS- триггердің күйлер кестесі келтірілген. Бұл кестенің көмегімен RS – трирггерінің жұмысын анықтайтын логикалық өрнек жазуға болады: Q S V  *Q0,

Яғни, триггер 1 күйге S═1 болғанда орнығады, немесе осы 1 күйінде қала береді, егер R═0 және триггердің бұрынғы күйі Q0═1 болса.

          6.1,в-суретте синхронды емес RS  триггердің шартты белгіленуі көрсетілген.

          Tерістеуші (инверсті) кірістері бар RS-триггер. Триггердің логикалық құрылымы 6.1,а суретте келтірілген.

         

 

 

 

 

 

 

                                   а)                                                                        б)

                                                           6.1 – сурет

          Жоғарыда қарастырылған тікелей кірістері бар RS-триггерден айырмашылық – бұл жерде ЖӘНЕ-ЕМЕС логикалық элементтер пайдаланылған.

          Бұл жағдайда кірістерде активті логикалық деңгей болып лог.0, ал белсенді емес – лог.1 болып табылады. Алдағы қарастырылған триггердегідей  S═1 мен R═1 кіріс сигналдары активті болу үшін, кірістерге терістелген  пен  түсіріледі  деп есептейік. Онда ═ 1 (немесе ═ 1) болғанда алынатын S═0 (немесе R═0) болады да, триггердің кірісінде активті деңгей лог.0 әрекет етеді. Кіріс шамаларының бұл түрде  белгіленуінің тағы да бір қолайлығы – терістеуші  кірістері болатын триггер тікелей кірістері бар триггердің күйлер кестесімен сипатталады (6.1, б- сурет).

          Триггердің орнықты күйлерін қарастырайық. Кірістерде S═0 мен R═0 (═1 мен ═1) белсенді емес деңгейлер әрекет етеді делік. Триггердің 0 күйінде Q═0 бұл деңгей В элементінің кірісіне беріледі де, оның шығысында =1-ді тудырады, ал бұл мән В элементінің шығысынан А элементінің кірісіне келіп түседі де, А элементінің екі кірісінде  де  енді лог.1 деңгей болғандықтан, оның (А элементінің )  шығысында Q═0. Осыған ұқсас триггердің екінші орнықты күйі анықталады.

═0 (S═1) активті деңгейді түсіргенде А элементтің шығысында Q═1, В элементтің шығысында ═0 орнығып, триггер 1 күйге шығады.═0 (R═1) активті деңгейді түсіргенде триггер 0 күйіне орнығады. Тікелей кірістері бар триггерлердегідей кірістердің екеуіне активті логикалық деңгейлерді бір уақытта түсіру рұқсат етілмейді.

          6.1, б-суретте  терістеуші кірістері бар RS-триггердің шартты белгіленуі көрсетілген.

 

          6.1 Статикалық басқарылатын синхронды триггерлер

 

          Синхронды триггердің синхронды емес триггерден айырмашылығы келесі. Синхронды триггер, синхрондаушы (екінші аталымы тактілеуші кіріс) деп аталынатын қосымша кіріспен жабдықталған. Синхрондаушы кірістің атқаратын міндеті – бұл кіріске сигналдың келіп түсуімен тапсырылған уақыт аралықтарында информациялық кірістерден (бұл кірістердегі сигналдармен триггердің айырылып-қосылуы орындалады) сигналдарды қабылдауға рұқсат беріп тұру. Синхрондаушы кірісте сигнал жоғында информациялық кірістер логикалық үзіліп тасталады да, бұл кірістердегі сигналдар триггер күйіне әсер етпейді.

          Синхронды триггерлердің құндылығы (жақсы жағы) – олар схеманың жеке элементтеріндегі сигнал таралуындағы кірістер мәндерінің айырмашылығынан болатын әсерді жоюға мүмкіндік береді. Бұндай триггерлердің көмегімен схеманың түрлі бөліктері тапсырылған уақыт кесінділерінде сигналдарды бір уақытта қабылдай алуын қамтамасыз етеді.

          Синхронды триггерлер өз кезегінде: статикалық басқарылатын және динамикалық басқарылатын синхронды триггерлер болып екі түрге бөлінеді. Бірінші триггерлер синхрондаушы кірістегі сигнал әректі уақытында болып жататын информациялық кірістердегі сигналдардың өзгеруін сезінеді. Сондықтан бұл өзгерулер синхрондаушы кірісте сигнал жоғында ғана рұқсат етіледі. Динамикалық басқарылатын синхронды триггерлерде информациялық кірістерден сигналдардың қабылдануы синхрондаушы кірісіндегі сигнал шебінің (оң немесе теріс) қысқа ұзақтығы ішінде жүреді. Қалған уақытта информациялық кірістер логикалық үзіледі де, информациялық кірістердегі сигналдардың өзгерулеріне  синхрондаушы сигнал әрекеті ішінде (кезінде) рұқсат етіледі (оның шеп ұзақтығын қоспағанда).

          RS-триггер 6.2,а,б- суретте синхронды RS-триггердің  логикалық құрылымдары көрсетілген.                 

6.2 -сурет синхронды RS- триггердің шартты белгіленуі көрсетілген

Бұл құрылымдардан көрініп тұрғандай, синхронды RS-триггер R мен S кірістеріне ЖӘНЕ (ЖӘНЕ-ЕМЕС) логикалық элементтері қосылған тікелей кірістері бар (немесе терістеуші кірістері) синхронды емес триггерден тұрады. ЖӘНЕ (ЖӘНЕ-ЕМЕС) логикалық элементтерінің  көмегімен синхронды  триггердің S пен R информациялық кірістерінің активті логикалық деңгейлерінің, оның құрамына  кіретін синхронды емес триггердің S пен R кірістеріне берілуі синхрондаушы С кірісте лог.1 деңгейі болғанда ғана қамтамасыз етіледі.

          Сонымен, С═0 болғанда синхронды емес триггердің кірістеріне активті деңгейлер келіп түспейді де, триггер, ішінде бұрын орныққан Q0 күйін, сақтайды. С═1 болғанда триггер күйі, жоғарыда қарастырылған синхронды емес RS- триггердегідей, кірістерінде әрекет етіп отырған деңгейлермен анықталады. Сондықтан,  синхронды RS-триггердің жұмысын келесі логикалық өрнекпен түсіңдіруге болады

Q*Q0 V C (S V  * Q0)

 

Синхронды RS-триггердің қалыпты жұмыс істеуі С синхрондаушы  кіріспе лог.1-дің әрекет ету уақыты аралығында S пен R  информациялық кірістердегі деңгейлердің өзгермей тұруын талап етеді. Кірістердегі деңгейлер алмасуы – тек С═0 болған уақытта ғана және триггер S пен R кірістеріндегі деңгейлерге сезінбегенде ғана рұқсат етіледі.

           

D-триггер. Триггердің бұл түрі тек қана бір информациялық кіріске-D  кірісіне ие болады. С кірісі-басқарушы және синхрондаушы сигналды келтіру үшін керек.

D-триггердің жұмыс істеу тәртібі, 6.3,а- суретте келтірілген күйлер кестесімен беріледі. Кестеден көрініп тұрғандай, С═1 болғанда триггер, D кірісіндегі логикалық деңгеймен анықталатын күйге көшеді (С═0 болғанда ол бұрын орналған Q0 күйін сақтайды).

Триггердің былай жұмыс істелуін келесі логикалық өрнекпен түсіндіруге болады:Q* Q V C * D

          Кірістерінде логикалық элементтері бар синхронды емес RS-триггерден тұратын D-триггердің логикалық құрылымдары 6.3,б,в-суреттерде кетірілген. С═0 болғанда ЖӘНЕ (ЖӘНЕ-ЕМЕС) элементтердің шығыстарында синхронды емес RS-триггердің кірістері үшін белсенді емес деңгейлер қалыптасады. С═1  болғанда D информациялық кірісіне түсірілген деңгей синхронды емес RS-триггердің не R кірісінде (D ═0 болғанда ) немесе S кірісінде (D═1болғанда) активті деңгейді тудырады да, триггер D кірісіндегі логикалық деңгейге сәйкесті күйге орнығады. Сонымен, D триггер- C═ 1 болғанда D кірістен  информацияны қабылдайды да, содан кейін оны белгісіз уақыт бойы, С═0 болғанға дейін, сақтай алады.

          6.3,г-суретте D-триггердің шартты белгіленуі көрсетілген.     

          6.2 Информацияны екі сатылы жадтау принципі бойынша құрылған синхронды триггерлер

 

          Информацияны екі сатылы жадтауы бар триггерлердің ерекшелігі – екі триггерлік құрылымдардан тұратыны: олардың біреуі жетекші триггер деп, ал екіншісі - жетектелінуші триггер деп аталады (6.5-сурет)

6.5 Сурет

Триггерлерді екеуі де статикалық басқарылған синхронды триггерлер сияқты жұмыс істейді. Егер синхрондаушы кірісте С ═1 болса, жетекші триггер информациялық кірістерге келіп түсетін сигналдар сәйкесті болатын күйге орнығады. Терістеуіш  синхрондаушы кірісі бар жетектелінуші  триггер, оны кірісіне жетекші триггердің шығысынан келіп түсетін информацияны сезінбейді. Ол бұрынғы орныққан (алдыңғы тактілік периодта) күйінде қала береді.

          С мәнін өзгерткенде (С═1 ден С═0-ге) жетекші триггер информациялық кірістерден ағытылады да, бұл кірістердегі сигнал мәндерінің өзгеруіне сезінуін қояды; жетектелінуші тирггер жетекші триггердің Вейч  тұрған күйіне орнығады. Осы мезеттен бастап синхрондаушы кірістегі сигналдың қарастырылып отырған шеп мезетіне келіп түсетін Вейч сигналдарына сәйкесті мәндер шығыстар да орнығады.

          Сонымен, тактылық период уақытының аралығында информацияны екі сатылы жадтау триггерінің ішінде жүретін процесстерді басқару синхрондаушы кірістегі сигналдың екі шебімен іске асырылады: оң шептің келуімен жетекші триггердің орнығуы, ал теріс шепте жетектелінуші триггердің орнығуы. Мысал ретінде информацияны екі сатылы жадтайтын JK-триггерді қарастырайық.

          JK-триггер. 6.6,б-суреттегі Вейч  диаграммасы түрінде келтірілген JK-триггердің күйлер кестесінен оның жұмысын түсіндіретін келесі логикалық өрнекті жаза аламыз:QJ*V*Q0

          Бұл өрнектен триггердің орнығатын Q күйі J мен K информациялық  кірістердегі логикалық деңгейлермен ғана анықталып қоймай, триггердің бұған дейінгі Q0 күйімен де анықталатынын көреміз. Бұл жағдай екі  RS-триггерлерді пайдаланып, JK-триггердің логикалық құрылымын жинауға болатындығын көрсетеді. RS – триггерлердің біреуі (жетектелінуші) ағымдағы Q0 күйін сақтау үшін арналған, ал оны (RS триггердің) шығыстарынан алынатын Q0 мен 0, J мен K кірістерінің информациялық сигналдарымен бірлесіп, екінші RS –триггерде (жетекші) жаңа Q күйін қалыптастыру үшін пайдаланылады. Осындай логикалық құрылымды ЈΚ –триггер 6.7, а-суретте келтірілген. Триггерлердің әрбіреуі кірістердегі ЖӘНЕ элементтерімен бірлесіп RS-триггердің синхрондау схемасын беретіндіктен, логикалық құрылым 6.7,б-суретте көрсетілгендей болуы мүмкін. Бұл схемада жетекші триггер ЖӘНЕ операциясымен байланысқан Ј мен К кірістерінің қосжұптарын иеленіп отыр.

             

6.6 – сурет

Лог. 0 деңгейі 1- триггердің С кірісінде болғанда, бұл 1-триггермен J мен К кірістеріндегі сигналдарды сезінбейді. 2-триггердің синхрондаушы кірісіне бұл жағдайымызда лог. 1- деңгейі келіп түседі де, жетекші 1-триггердің күйі жетектелінуші 2-триггерге беріледі. Триггерлердің екеуі де бір күйге шығады. С кірісте лог. 1 деңгейге ауысқанымызды инвертор арқылы лог.1 деңгейі 2-триггердің синхрондаушы кірісіне беріледі, сондықтан триггерлер арасындағы логикалық байланыс үзіледі. 1-триггер () өрнекпен анықталатын Q күйіне орнығады, С кіріске лог. 0 деңгейінің қайтадан түсірілуі 1-триггердің Q күйін 2-триггерге жіберілуіне әкеліп соғады.

          Сипатталған JК-триггердің  символдық көрінісі 6.7, в –суретінде келтірілген.

          6.8 суретте JKтриггердің D-триггер қызметін атқару үшін қалай қосылуы тиіс екені көрсетілген.

 

Т-триггер. 6.7,а-суретте Т-триггердің  логикалық құрылымы

 

 

6.8-сурет

келтірілген  Т-кіріске келіп түсетін импульстің шебі оң болғанда жетекші 1-триггер жетектелінуші 2-триггерге қарама-қарсы болатын күйге орнығады, ал кіріс импульсінің шебі теріс болғанда 1-триггер күйіне сәйкесті сигналдың 2-триггерге берілуі орындалады.

6.8,б суретте Т-триггердің шартты бейнесі келтірілген. Т-триггер режімі 6.8,а,б,-суретте көрсетілгендей не JK-триггердің көмегімен, немесе D-триггердің көмегімен орындауға болады.

 

 

          Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

 

1.     Б.М.Шайхин, Ұ.Қ.Дегембаева. Электроника және аналогтық құрылғылардың схемотехникасы. – Алматы: АЭжБИ, 2008. – 82 б.

2.                 Т.М.Жолшараева, З.М.Рахымжанова Микроэлектроника және жартылайөткізгішті аспаптар– Алматы: АЭжБИ, 2009. – 79 с.

3.     М.Ш.Нұрманов. Микросхемотехника негіздері. –Алматы: КазҮТУ, 2008. – 82 б.

4.     Ә.Берікүлы. Электроника негіздері. .–Алматы:  1990. – 82 б.

5.     М.Ш.Нұрманов. Автоматиканың электрондық құрылғылары.1 және 2 бөлімі.–Алматы: КазҮТУ, 1990. – 82 б.

6.                 Жолшараева Т.М. Микроэлектроника. Полупроводниковые приборы. – Алматы: АИЭС, 2006. – 79 с.

7.     Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов. – М.: Лаборатория базовых знаний, 2000. – 488 с.

8.     Пасынков В.П., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. 5-е издание. – СПб.: Лань, 2006. – 479 с.

9.     Шустов М.А. Практическая схемотехника. Полупроводниковые приборы и их применение - Вып. 5. ‑ М.: Альтекс, 2004. ‑ 304 с.

10. Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.

11. Булычев А.Л., Лямин П.М., Тулинов В.Т. Электронные приборы: Учебник для вузов. – М.: ЛАЙТ ЛТД., 2000. – 416 с.

12. Бериков А.Б., Ордабаев Б.О. Полупроводниковые приборы. – Алматы: АЭИ, 1992. – 136 с.

13. Лачин В.И., Савельев Н.С. Электроника: Учебное пособие. – Ростов- на-Дону: Феникс, 2000. – 448 с.

14. Гусев В.Г., Гусев М.Ю. Электроника. – М.: Высшая школа, 1991. – 495 с.

15. Валенко В.С. Полупроводниковые приборы и основы схемотехники  электронных устройств. – СПб.: Лань, 2001. – 470 с.

16.  Жеребцов И.П. Основы электроники. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр.отд-ние, 1989. – 352 с.

17. Носов Ю.Р., Сидоров А.С. Оптроны и их применение. – М.: Радио и связь, 1991. – 280 с.