СХЕМОТЕХНИКА 1

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Коммерциялық емес акционерлік қоғамы

«Алматы энергетика және байланыс университеті»

 

 

А.Т.Ибраев, Т.М. Жолшараева, А.Б.Нусибалиева

СХЕМОТЕХНИКА 1

Оқу құралы

 

Алматы 2013

 

ӘОЖ 621.38.(075.8)

ББК 32.844я73

И 15 Схемотехника1

Оқу құралы / А.Т.Ибраев, Т.М. Жолшараева, А.Б. Нусибалиева

АЭжБУ. Алматы, 2013.− 82 б.

  

ISBN 978-601-7327-49-1

  

Электрондық аспаптар туралы негізгі мәліметтер, аналогты-сандық және сандық-аналогты аспаптардың жұмысы жайлы  қарастырылған. Құрылымдық және ұстанымдық  сұлбалар, уақыт диаграммалары келтірілген және қарастырылған аспаптың жұмыс істеу қағидалары келтірілген.

 Оқу құралы 5B070300 –Ақпараттық жүйелер мамандығы бойынша оқитын студенттерге арналған.

Кест.13, Без.102, әдеб.көрсеткіш  – 15 атау.

  

ПІКІР БЕРУШІЛЕР: КазҰТУ, техн. ғылым. д-ры, проф. Н.Исембергенов

                          АЭжБУ, техн. ғылым. д-ры,  проф. Ш.А.Бахтаев 

 

                                                                                                   ББК 32.844я73

  

Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігінің баспа жоспары бойынша 2012 ж. шығарылады

 

ISBN 978-601-7327-49-1

 

 © «Алматы энергетика және байланыс  университеті» КЕАҚ, 2013 ж.

 

Мазмұны

 

1  Электрондық аспаптар жайлы жалпы түсінік

4

1.1 Жартылай өткізгіштік аспаптар 

5

1.2 Металл-жартылай өткізгіш байланыстары

6

1.3 Жартылайөткізгіш диодтар

7

1.4 Биполярлы транзисторлар

8

1.5 Транзистор көмегімен күшейту

12

1.6 Өрістік транзисторлар

13

2  Аналогты аспаптар схемотехникасы

15

2.1 Дифференциалды күшейткіш

15

2.2 Күшейткіштің шығыс каскадтары

20

2.3 Операциялық күшейткіш 

22

3 Цифрлық аспаптар сұлбатехникасы

28

3.1Негізгі қисындық амалдар мен қисындық элементтер

28

3.2Қисындық интегралды сұлбалар 

31

3.3 Комбинациялы қисындық сұлбалар 

44

3.4 Тізбектелген қисындық сұлбалар 

52

3.5 Цифрлық есте сақтау құрылғысы

70

4  Аналогты-цифрлық және  цифрлы-аналогтық аспаптар

72

4.1 Параллельді  АЦТ

73

4.2 Тізбектелген АЦТ

74

4.3 Тізбекті –параллельді АЦТ

75

4.4 Цифрлық-аналогты түрлендіргіштер

76

Әдебиеттер тізімі

79

 

1  Электронды аспаптар жайлы  жалпы түсінік

 

Электронды аспаптар (ЭА) - деп еркін немесе байланысқан заряд тасымалдаушылардың электрлі, магнитті және айнымалы электромагниттік өріспен әсерлесу нәтижесінде ақпараттық сигналдардың немесе энергия түрінің түрленуінің қамтамасыз ететін аспаптарды атайды.

         Әсер ету қағидаларына, қолданылуына, дайындалу технологиясына, қасиеттері мен параметрлеріне қарай оларды кластарға бөлуге болады: сигналды түрлендіру түрі, жұмыстың орта түрі, жұмыстың ортасының түрі және заряд тасымалдаушылар типі; құрылымы (құрылғы) және электродтар саны, басқару тәсілі.

         Сигналды түрлендіру түріне қарай барлық ЭА екі топқа бөлуге болады. ЭА бірінші тобына энергияның бір түрін басқа түріне түрлендіретін ЭА жатады.  Бұл топқа электржарықтың ЭА (электрлік сигнал типін жарыққа айналдыратын), электромеханикалық (электрлік сигналды механикалыққа айналдыратын), механоэлектрлік ЭА (механикалық сигналды электрлікке) оптожұптар (электрлік сигналды жарықтық содан соң электрлікке) айналдыратын т.б.

Екінші топқа көбінесе электрқыздырғыш құралдар жатады, оларда электрлік сигналдың параметрлері (мысалы, амплитудасы, фазасы, жиілігі және т.б.) өзгереді.

         Жұмыстық  ортаның түрі мен заряд тасымалдаушылар тегіне байланысты электрондық аспаптарды төмендегідей кластарға бөледі: электрлівакуумдық, газдыразрядтық (сызылған газ, электрондар және иондар), шалаөткізгіштік (шалаөткізгіш, электрондар және кемтіктер), хемотрондық (сұйық, иондар және электрондар).

         Электронды аспаптардың электродтары - жұмыстық ортасын қалыптастыру үшін және оның сыртқы тізбектермен байланысын қамтамасыз ететін оның құрылымының элементтері. Электродтар санын және оның потенциалдарын аспаптағы физикалық үрдістер анықтайды.

         Электрондық аспаптың күйін немесе жұмысын анықтайтын талаптар жиынтығын электрондық аспаптың режимі деп атау қабылдаған, ал осы режимдік сипаттайтын кез келген шамалар (мысалы, ток немесе кернеу) –режим параметрлері деп аталады. Оған күшейткіштік, импульстік, жиіліктік, шулық, температуралық және механикалық қасиеттері, сенімділігі тағы басқалары жатады. Осы қасиеттер туралы мәліметтерді аспап параметрлері деп аталады. Оларға мысалы, ток жеткізу коэффициенттері, сипаттамалық жиіліктер, шу коэфициенттері, кері қайту қарқындылығы, соққының беріктілік және тағы басқалар жатқызылады.

         Аспаптың статистикалық және динамикалық режим түсініктеріне тоқталып өтелік. Аспаптың статистикалық режимі деп оның электродтардағы тұрақты (статистикалық) кернеулерде жұмыс істеуін айтады. Бұл режимде электродтар тізбектерінде токтар уақыт бойынша өзгермейді және құралдағы зарядтар мен токтардың өзгерісі де уақыт бойынша тұрақты болып  қалады.  Бірақ егер де режимнің ең кем дегенде бір параметрі, мысалы, кейбір электродтардағы кернеу уақыт бойынша  өзгертетін болса, онда режимді динамикалық деп атайды. Динамикалық режимде құралдың жұмысы әсердің (мысалы, кернеу) жылдамдығы  немесе өзгеру жиілігіне толық тәуелді болады.

         Көптеген құралдарды бұл тәуелділік құралдардағы физикалық үрдістердің инерттілігімен түсіндіріледі, мысалы, заряд тасымалдаушылардың жұмыс кеңістігі арқылы ұшып өтуінің соңғы уақытымен немесе тасымалдаушылардың өмір сүру уақытының шектілігімен анықталады. Сонымен, динамикалық режимдегі ток пен кернеудің лездік мәндерінің байланысы статикалық режимдегі ток пен кернеудің тұрақты мәндерінің байланысынан өзгеше болуы керек. Егер ұшу уақыты айнымалы кернеудің өзгеру периодынан әлдеқайда аз болса, онда бұл айырмашылықты өзара байланыста ескермеуге болады, яғни лездік мәндердің байланысы іс-жүзінде статикалық режимдегі тұрақты мәндердегіндей болып қалады. Осы келтірілген динамикалық режимнің түрі квазистатикалық режим («квази»-«қалай да»  немесе сол сияқты деп аталады).

         Негізінде динамикалық режим сыртқы әсердің нәтижесінен алынады. Мысалы, кіріс сигналы. Кіріс сигналы синусоидалы немесе импульстік болуы мүмкін. Кіріс және шығыс сигналдары амплитудаларының арасында сызықтық байланыс (тура пропорционалдық) болатын сигналды аз сигнал деп атайды.

 

1.1            Шалаөткізгішті аспаптар

 

Сыртқы кернеу көзі жоқ болған кездегі пропорционал өткелдегі үрдістерді қарастырайық (1.1 суретті қара). Заряд тасымалдаушылар ретсіз жылулық қозғалыста болғандықтан, олардың бір шалаөткізгіштен екіншіге диффузиясы өтеді. n-қабаттан  p-қабатқа өседі,  осы уақытта кемтіктердің p-қабаттан  n-қабатқа диффузиялық өтуі қатар жүріп жатады. Тасымалдаушылардың рекомбинациясы нәтижесінде n-қабатта оң иондардың теңеспеген көлемдік заряды (тиекінен донорлық қоспада), ал  p-қабатта – акцепторлы қоспаның теріс иондарының теңеспеген көлемдік заряды қалады. Түзілген көлемдік зарядтардың арасында контактілі потенциалдар айырымы пайда болады.   және кернеулігі   электр өрісі туындайды. n-p-өткелдің потенциалдық диаграммасында (1.1,б суретті қара) нөлдік                                         потенциал үшін шекаралық қабат потенциалы алынған.

П-р өткелде заряд тасымалдаушылардың диффузиялық орын ауыстыруына ықпал ететін потенциалдың тосқауыл пайда болады. Тосқауыл биіктігі контактылы потенциалдар айырымына тең және ол вольт оннан бір бөлігін құрайды. 1.1.б суретте диффузия есебінен n-облысынан р-облысына орын ауыстыруға тырысатын электрондар үшін тосқауыл көрсетілген.

Сонымен, n - p  өткелде электрондар мен кемтіктер  p және n -облыстардың түбіне кетуіне байланысты зарядтармен біріккен, тыйым салынған деп аталатын кедергісі п және p -облыстардың қалған көлемдерінің кедергісімен салыстырғанда өте үлкен болатын қабат пайда болады.

         Егер сыртқы кернеу көзінің оң полюсін p-типті, ал теріс полюсін п-типті шала өткізгішке (тура қосса), онда n - р  өткелде пайда болған  тура кернеулі электр өрісі,  контактылы потенциалдар айырымына қарсы әсер етеді.

Потенциалдық тосқауыл. Uк-Uпр - шамаға дейін кемиді де, тыйым салынған қабат екі және оның кедергісі Rпр  азаяды.

Егер сыртқы көз полярлығын керіге ауыстырсақ, онда потенциалдық тосқауыл Uк+Uобр - кері шамасына дейін артады. Бұл жағдайда өткел арқылы  тек тиекті емес тасымалдаушылар ғана өте алады:  электрондар р-облыстан n -облысқа және кемтіктер қарама-қарсы бағытта өтеді. Тиекті заряд тасымалдаушылар концентрациясы тиекті емес тасымалдаушылар концентрациясынан бірнеше ретке жоғары болғандықтан, ендеше тура токтар кері токтардан бірнеше көп болады. Сонымен, электронды-кемтіктік өткел түзеткіш  қасиеттерге ие, олар диодтар жасауда қолданылады.

 

1.2            Металл-шалаөткізгіш байланыстар

 

Олар шалаөткізгіштік электроникада шалаөткізгішті аспаптар облыстарымен омдық (түзетілмейтін) байланыс ретінде, не түзетілетін байланыс ретінде қолданылады. Осындай байланыстардың құрылымы мен қасиеттері металл мен шалаөткізгіштегі нысана деңгейінің өзара орналасуына тәуелді болады.

 

1.2 сурет

 

Металл мен шалаөткізгіштің шығу жұмысының айырмасына тең (jк = jМjn - 1.2 суретті қара) контактылы қабаттағы потенциалдың тосқауылды Шоттки тосқауылы деп аталады, ал осы тосқауылды қолданатын диодтарды немесе Шоттки диодтары (ШТД) деп атайды.

                Шоттки тосқауылдарының р-n  өткелмен салыстырғанда маңызды ерекшелігі тиекті емес тасымалдаушылардың инжекциясының болмауы болып табылады. Бұл өткелдер тиекті тасымалдаушылармен «жұмыс істейді», сондықтан оларды тиекті тасымалдаушылардың жинақталуы және шоғырлануымен байланысты болатын диффузиялық сыйымдылық болмайды.

Шоттки тосқауылды  өткелдердің ерекшелігі ВАС (вольтамперлік сипаттама) ішінен экспоненциальды ВАС жақыны идеалды р-п өткелдігі болатындығы болып келеді,  ал тура кернеу р-n өткелдігінен әлдеқайда аз (жуық шамамен 0,2В).

 

1.3            Шалаөткізгішті диодтар

 

Шалаөткізгішті  диодтар жіктелуі келесі белгілері бойынша болады: 

1) өткелдің дайындалу әдісімен: балқытылған, диффузиялық, планарлық, нүктелік, Шоттки диодтары және т.б.;

2) материалымен: германийлі,  кремнийлі, арсенид-галлиіл және т.б.;

3) диод жұмысы тиектелген физикалық үрдістермен: туннельдік,  лавинді аралық, фотодиодты, жарықдиодты, Ганна диодтары жәене т.б.;

4) қолданылуымен: түзеткіштік, әмбебап, импульстік, стабилитрондар, детекторлық, параметрлік, ауыстырғыш,  СВЧ-диодтар және т.б.  Оларды германий және кремний тиегінде дайындайды.

Түзеткіш диодтар төмен жиілікті айнымалы токты тұрақты токка айналдыруға арналған. Түзеткіш диодтың вольтамперлік сипаттамасы (ВАС), оның шартты графикалық бейнесі және әріптік белгісі 1.3-суретте келтірілген

 

1.3 сурет

 

1.4            Биполяр  транзисторлар

 

Транзистор (ағылшынша transter-тасымалдау және resistance-кедергі)-шалаөткізгішті материалдан қондырылған электрондық аспап әдеттегідей үш шығысты, кіріс сигналымен, электр тізбегіндегі токты басқарады деген.

Көбінесе электр сигналдарын күшейту, генерациялау және түзетуде қолданылады.

Қазіргі уақытта биополяр транзисторлар (БТ) және өрістік МОШ (металл-оксид-шалаөткізгіштік) транзисторлары, транзисторлардағы (МОШТ) немесе МДШ (металл-диэлектр шалаөткізгіш)-транзисторлары кеңінен қолданылады. Халықаралық термин — MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). Транзисторлар бір кремнийлі кристалда  (чипте)  интегралдық технологиялар аясында дайындалады және логика, жады, үрдіссор және т.с.с микросұлбаларының элементар «кірпішін» құрайды. Қазіргі МОШТ өлшемдері 90-нан 32 нм аралығында болады. Қазіргі бір чипте (өлшемі 1-2см²) бірнеше  (әзірше бірден) миллиард МОШТ орналасады.

Транзисторлар тиекті шалаөткізгіштік материалдары бойынша келесідей бөлінеді: германийлік, кремнийлік және  арсенид-галлийлік. Қазіргі кезде транзисторлардың басқа материалдары қолданылған жоқ. Қазіргі кезде мөлдір шалаөткізгіштік тиектегі дисплей матрицаларында қолдануға арналған транзисторлар бар. Транзисторлар үшін алдағы уақыттағы тиімді материал- шалөткізгіштік полимерлер. Сондай көміртекті нанотүтіктер тиегіндегі транзисторлар туралы жеке мәліметтер бар.

Жазықтықтың биполярлық транзистордың құрылысы 1.4-суретте сұлба түрінде келтірілген.

 

                                  

                                              1.4 сурет

 

Транзистор германий, немесе кремний, немесе басқа шалаөткізгіштік пластинасы болып келеді де, онда әртүрлі электрөткізгішті үш аймақ қондырылған. Мысалы үшін  n–p–n типті транзисторлардың орталық аймағы кемтіктік электроөтімділікті, ал екі шеткі аймағы электрондық электроөткізгіштікті болып келеді. p–n–p типті транзисторлар да кеңінен қолданылады, олардың екі шеткі аймағы кемтіктік электроөткізгіштікке ие болып келеді.

Транзисторлардың ортаңғы аймағы база деп, бір шеткі аймағы -эмиттер,  екіншісі  – коллектор деп аталады. Сонымен транзисторларды екі  n–p–өткел бар: эмиттерлік – эмиттер мен база арасындағы және  коллекторлық – база мен коллектор арасындағы өткел. Олардың арасындағы арақашықтықтық өте аз, бірлік микрометрден көп болмау керек, яғни база аймағы өте жұқа болуы қажет. Бұл транзисторлардың жұмысының жақсы болу шарты болып табылады. Сонымен қатар, базадағы қоспалар концентрациясы (яғни база аймағы ең жоғарыатомдық) коллектор мен эмиттердегіден әлдеқайда аз. Базадан, эмиттерден және коллектордан шығыстар қондырылған.

Базаға, эмиттерге және коллекторға қатысты шамалар үшін индекс ретінде «б», «э» және  «к» әріптерін қолданады. База, эмиттер, коллектор сымдарындағы токтарды сәйкес  iб, iэ, iк белгілейміз. Электродтар арасындағы кернеулерді қос индекспен белгілейді. Мысалы, база мен элементтер арасындағы Uб-э, коллектор мен база арасындағы Uк-б.

Транзистор оның өткелдеріндегі кернеуге байланысты үш режимде жұмыс істей алады.

Активті  режим – эмиттерлік өткелдегі кернеу тура, ал коллекторлыққа кернеу кері беріледі.

Тыйым салу режимі (жабу) – екі өткелге де кері кернеу берілген.

Қанығу режимі – екі өткелге де тура кернеу берілген.

Аналогты құрылғыларда активті күшейту режимі тиек болып табылады. Ол көптеген күшейткіштермен мен генераторларда қолданылады. Тыйым салу, қанығу және активті инверсиялық (эмиттерлік өткелдегі кернеу кері, ал коллекторлықтағы –кері) режимдер транзистордың импульстік жұмысына сипаттайды.

Транзисторлық сұлбаларда көбінесе екі тізбек пайда болады: кіріс (басқарушы) - оған күшейтілетін сигналдар көзі кіреді және шығыс (басқарылатын) - оған жүктеме кіреді.

Екі типті транзисторлардың да жұмыс қағидалары бірдей, айырмашылығы, n-p-n транзисторда тиекті заряд тасымалдаушылар электрондар, ал p-n-p транзисторларда – кемтіктер болады.

Биполярлық транзисторлардың жұмыс қағидае үш құбылысты қолдануға тиекделген:

-  эмиттерден базаға тасымалдаушылар инжекциясы;

-  базада инжекцияланған тасымалдаушылар коллекторлық өткелге жеткізілуі;

-   базада инжектирленген және коллекторлық өткелге базадан коллекторға жеткен тиекті емес тасымалдаушылардың экстракциясы.

1.5,а суретте  n-p-n типті транзисторлардың құрылымы көрсетілген. Сыртқы кернеу көздерінің көмегімен эмиттерлік өткел тура бағытта, ал коллекторлық кері бағытта ығысады. Сонымен, транзистор активті режимде  жұмыс істегенде оның күшейткіштер қасиеттері байқалады.

Осы құбылысты тереңірек қарастырайық. Эмиттерлік өткелген тура кернеу қосқан кезде қарама-қарсы бағытталған сыртқы өріс өткелдің ішкі өрісін теңестіреді және контактылы потенциалдар айырымын  Еэ шамаға азайтады (1.5 суретті қара). Бұл элементтер базаға қарай электрондар инжекциясының және базадан эмиттерге қарай кемтіктер инжекциясының пайда болуын тудырады. Сонымен, эмиттер тізбегінде  Iэ, эмиттерлік ток жүреді, ол кемтіктік және электрондық құраушыларлан тұратын тиекті тасымалдаушылардың диффузиялық тогы болып табылады.

 

φкэ

 

 

б)

 

a)

 

 

φкк

 

 

х

 

φ

 

1.5 сурет

 

Эмиттерлік токтың кемтіктік құраушысы эмиттер-база тізбегінде ғана тұйықталатын болғандықтан, ол коллекторлық токтың пайда болуына қатыспайды. Оны азайту қажеттілігі туындайды. Сондықтан транзисторларды қарастыруда база аймағы эмиттерлік облысқа қарағанда әрқашан нашарлайды (nэ>>pб). Осы кезде эмиттерден базаға, базадан эмиттерге қарағанда тасымалдаушылардың көп бөлігі инжекцияланады.

Инжекция үрдісі сандық тұрғыдан инжекция коэффициенті шамасымен сипатталады, ол эмиттерлік токтың пайдалы бөлігі  Iэn толық токтың  қандай бөлігін құрайтынын көрсетеді:

.

Базадан эмиттерге бағытталған  кемтіктер ағынын мүлдем алып тастау мүмкін емес, ендеше әрқашан  g<1 деп ұсыну керек және ең ыңғайлы жағдайда  g»0.9995.

Электрондардың базаға инжекциясы нәтижесінде олардың саны эмиттерлік өткелде көбейеді. Колекторлық өткел кері бағытта қосылған және экстракция режимінде жұмыс істейді. Ол өзіне жеткен барлық электрондардарды тартып алады және оларды коллекторларға өткізіп жібереді. Сонымен, коллекторлық өткелден базадағы электрондар концентрациясы эмиттерлік өткелдегіден әлдеқайда аз болады. 

Базада концентрация градиенті пайда болады, оның әсерінен электрондар коллекторлық өткелге диффунцияланады (1.5 суретті қара). Базадағы электрондардың таралуы 1.6-суретте көрсетілген. Базалық қабат екіден аз болғандықтан (wб<<Ln), ондағы таралу сызықтыққа жақындау болады. Базадағы электрондар концентрациясының градиенті коллекторлық өткел бағытындағы электрондардың диффузиялық тогын анықтайды. Жоғарыда келтірілген базадағы электрондардың қозғалыс сипаты тек базаның электрлік бейтараптың шарты орындалған кезде, база көлемінде болған электрондар саны кемтіктер санына тең болғанда ғана мүмкін бола алады.

 

1.6 сурет

 

База арқылы диффузия үрдісі кезінде электрондардың біраз бөлігі база кемтіктерімен рекомбинацияланады. Рекомбинация актілерінің нәтижесінде коллекторларға жеткен электрондар саны, эмиттерден келген электрондар санына тең болмайды да, осыдан коллектор тогының электрондық құраушысы Iкn эмиттерлік токтың электрондық құраушысынан аз болады.

Электрондардың кемтіктермен рекомбинациялауға қажетті кемтіктердің жетіспеушілігін тудырады. Қажетті кемтіктер база тізбегі бойымен транзистордың базалық тогы  Iбаза тудырады. Осыдан, эмиттерлік және коллекторлық токтардың электрондық құраушылары арасындағы айырма базалық рекомбинация тогына береді.

Базадағы кемтіктердің рекомбинация үрдісі сан жағынан тасымалдаушылардың база арқылы тасымалдау коэффициентімен анықталады, ол тасымалдаушылардың қандай бөлігі эмиттерлік өткелден коллекторлық өткелге жеткенін көрсетеді.

Өрнектен көрініп тұрғандай, әрқашан n<1.  Ең үлкен мәні  n » 0,95 – 0,99. Тасымалдау коэффициентін арттыру үшін  (n бірге жақындату үшін) және осы арқылы коллекторлық токтың электрондық құраушысын арттыру, ол үшін  Iбаза азайту керек. Ол үшін транзисторлық құрылымды дайындауда төмендегі шарттарды қамтамасыз ету керек:

1)      базаны оның екі базадағы тасымалдаушылардың диффузиялық енінен әлдеқайда аз болатындай (wб<<Ln) өте жұқа етіп жасау керек, сонда тасымалдаушылардың көп бөлігі, осы жағдайда электрондар, база кемтіктерімен рекомбинацияланып үлгермей, коллекторлық өткелге жетіп үлгереді;

2)      электрондардың база кемтіктерімен рекомбинациялану актілері санын тағы да азайту үшін базаны легирлеу қажет болады;

3)      базаның шеткі облыстарындағы рекомбинация ықтималдығын азайту үшін, коллекторлық өткел ауданы эмиттерлік өткел ауданы эмиттерлік өткел ауданынан (Sкп>>Sэп) көп болуы керек.

          Сонымен, ығысқан коллекторлық өткелге кері қайтқан электрондар өткел өрісімен тартылып коллекторлық токтың пайда болуына ат салысады.

 

1.5 Транзистор көмегімен күшейту

 

n–p–n типті транзисторлы күшейткіш каскадтың сұлбасын қарастырайық (1.7 суретті  қара). Келтірілген сұлба  ортақ электрлі  (ОЭ) сұлба  деп аталады. Себебі, эмиттер сұлбаның кірісі мен шығысы үшін ортақ нүкте болып табылады.

 

1.7сурет

 

Күшейтуге қажетті болатын кіріс кернеуі тербелістер көзі ТК-нен база эмиттер бөлігіне беріледі. Базаға да  E1 көзден оң ығысу берілген, ол эмиттерлік өткел үшін тура кернеу болып табылады. Коллектор тізбегі (шығыс тізбегі)  E2 көзден қоректенеді. Күшейтілген шығыс кернеуін алу үшін осы тізбекке  Rн жүктемесі қосылған.

C1 – үлкен сыйымдылықты конденсатор, E1-көздің ішкі кедергісінде айнымалы кіріс кернеуінің бөлігінің шығыны болмауы үшін қажет.  C2E2 көздің кедергісінде күшейтілген шығыс кернеуінің шығыны болмауы үшін қажет.

Транзисторлы күшейткіш каскадтың жұмысы төмендегідей түрде өтеді. E2 көз кернеуі жүктемес кедергісі мен транзисторлардың ішкі кедергісі r0 арасында бөлінеді, ол коллектордың тура тогына әсер етеді.

Бұл кедергі жуық шамамен тұрақты ток үшін коллекторлық өткелдің rк0 кедергісіне тең. Шындығында rк0 кедергіге тағы да аздаған эмиттерлік өткел кедергісі, сондай-ақ  n– және  p–областар кедергілері қосылады, бірақ бұл кедергілерді есепке алмауға болады.

Егер кіріс тізбегіне тербеліс көзі қосылатын болса, онда оның кернеуі өзгерген кезде эмиттер тогы өзгереді, сонан, коллекторлық өткел кедергісі  rк0 өзгереді. Сонда, E2 көз кернеуі  Rж және  rк0 арасында қайта бөлінеді. Міне осы кезде Rн жүктеме резисторындағы айнымалы кернеу кіріс айнымалы кернеуінен 10 есе көп болып алынуы мүмкін. Коллектор ток өзгерісі  жуық шамамен эмиттер ток өзгерісіне тең және база ток өзгерісінен көп есе үлкен. Сондықтан, осы берілген сызба бойынша токтың едәуір күшеюі мен қуаттың өте үлкен ұлғаюы алынады.

 

1.6            Өрістік транзисторлар (ӨТ)

 

ӨТ басты артықшылығы жоғары кедергісі болып табылады, яғни олар іс-жүзінде кіріс тізбегінде ток пайдаланбайды. Сонымен қатар, олар биполярлықтарға қарағанда технологиялық жағынан жоғары және арзан, талап етілген параметрлердің жақсы шығуына ие болады.

Жасалу тәсіліне қарай ӨТ n–p ауысумен басқарылатын қондырылған арналы және индукцияланған арналы деп бөледі. Соңғы екі типі бөлектенген транзисторлардың бір түріне жатады.

Басқарушы n өткелді ӨТ (1.8 суретті қара) арна-бұл n-типті  шалаөткізгіш қабаты  (мүмкін  p-типті болуы) екі n-p-өткел арасына қысылған. Арнаның сыртқы өріске екі шығысы бар: тиек (Т), зарядтар арнаға кіретін шығыс (Б),  құйма (Қ) зарядтар арнадан кіретін кіріс. p-тип қабаттары өздері бір-бірімен жалғанған және сыртқы тізбекке шығатын құйма (Қ) деп аталатын шығысы бар.  Құйма  арнаның көлденең қимасын реттеу үшін жұмыс жасайды. ӨТ ерекшелігі, біртаңбалы негізгі заряд тасымалдаушылар қозғалысы арна бойымен тиектен-бастауға қарай, биполярлық транзистордағы сияқты өткел арқылы болмайды.

                                                 1.8 сурет

 Т және  Б арасында басқаратын кернеу екі  n-p-өткелдер үшін кері болады (Uтб<0). Ол арна бойымен  Uбқ=0 болғанда заряд тасымалдаушылармен біріккен бірөлшемді қабат түзеді.  Uқт өзгерісі  n-p-өткелдер енін өзгертеді, сол арқылы токөткізгіш арнаның қимасын мен оның өткізгіштігін реттейді. Uбқ>0 кернеуі зарядтарымен біріккен қабаттың бірқалыпсыздығын тудырады, арнаның ең аз қимасы сток маңында болады.

Құйманың басқару жұмысын жеткізуші (сток-құйма) сипаттамасы  соңғысында Iқ(Uтб) болса Uбқ=const көрсетіледі.  Iб(Uбқ) жүзінде көбінесе   Uқт =const болған кездегі шығыстың (стокты) сипаттамалары Iқ(Uбқ)  жиі қолданылады, олар арқылы беріліс сипаттамалары  тұрғызылады (1.8 суретті қара)

 

1.9 сурет

 

Қондырылған арналы МДШ-транзисторлар құрылымы металл –диэлектрлік шалаөткізгіш болып келеді. Шалаөткізгіш кристалының бетінде  (p-типті төсеніш) екі n-типті облыс және олардың арасындағы жұқа қосқыш –арна   (1.9 суретке қара) орналасқан.  n-типті  облыстар мынандай шығыстарға ие:  Б - бастау және   С - құйма. Кристалл SiO2 диэлектригінің тотықты жұқа қабатымен жабылған, онда метал тиек  (Т) тізбектен электрлік оқшауланған бастау – құйма орналасқан. Төсеніш бастаумен аспап ішінде қосылады, не сыртқы тізбекке шығысқа ие болады.

Кері потенциал  құймада UТБ<0 құйма өрісі электрондарды арнадан p-төсенішке бастау мен құймаға итереді. Арнада электрондардан ажырайды, оның кедергісі артады және құйма тогы азаяды. Осындай режимді кедейлену режимі деп атайды.  IҚ(Uбқ) сипаттамалары UТБ=0 болған кезде қисықтан төмен орналасады (1.9 суретті қара). Егер құймаға  UТБ>0 кернеуі берілсе, онда құйма өрісі әсерінен арна  p-төсеніш, бастау, құйма электрондарымен қанығады-бұл байыту режимі деп аталады.

Сонымен, қондырылған арналы МДШ-транзисторы, оның сипаттамалары кедейлену режимінде жұмыс істей алады. 1.9 суретте қондырылған арналы ӨТ құрылымы, шартты графикалық кескіні,  Uбқ=const болғандағы IҚ(UТБ)  және  UТБ=const  кезіндегі құймалық IҚ(UҚБ) беріліс сипаттамалы келтірілген.

Индукциялық арналы МДШ-транзисторының бастау мен құйма арасында арнайы қондырылған арнасы болмайды, және  UТБ=0 болғанда шығыс тогы  IҚ=0. Арна құймандағы кернеудің оң мәнінде  UТБ>0 болғанда  p-төсеніштен, бастау және құйма электрондары легімен индукцияланады. Бұл аспап тек байыту режимінде ғана жұмыс істейді.

Өрістік транзисторлардың тиекті параметрлері Uбқ=const болғанда, қисықтығы  S=DIҚ/DUТБ және UТБ=const болған кездегі ішкі (шығыс) кедергісі  Ri=DUҚБ/DIҚ болып табылады.  Кейде үшінші параметр-күшейту коэффициенті  m=DUБҚ/DUТБ қолданылады,  IҚ=const; m=Sri болады.

2 Аналогты құрылғылар сұлбатехникасы

2.1 Дифференциалдық күшейткіш  

2.1.1 Дифференциалдық күшейткіштің жұмыс істеу  режимдері.

Дифференциалдық күшейткіш (2.1суретті қара) дифференциалдық деп аталатын кіріс сигналдарының айырмасын күшейтеді. Оны биополярлық және униполярлық транзисторларда құрастыруға болады. Олар параллель-баланысты каскад немесе теңестірілген көпір болып табылады. Ортақ Rэ эмиттерлік кедергілі екі тұрақтыток күшейткішінде құрастырылады.

Коллекторлық жүктемелер  Rк1 = Rк2. Бірдей  VT1 және  VT2 транзисторлары Rк1 және Rк2 резисторларымен бірге бір диоганалына Ек қуат көзі, ал екіншісіне  Rн-жүктеме қосылған көпір иығы болып келеді.

Каскад екі көзден  Eк = Eэ, қуат алады, яғни қорытқы қуат.

 көмегі арқылы ортақ нүктеге қатысты эмиттерлердің потенциалы  VT1  және  VT2 азаяды, осы кезде потенциалдарды келістіру қажеттілігі керек болмайды.

Дискретті транзисторларда абсолюттік   симметрияны   алу   қиын,        

                                                    сондықтан ДК интегралдық микросұлба-

         2.1 сурет                            ларда құрастырылады.

 

ДК мүмкін жұмыс режимдерін қарастырайық:

а) Тыныштық режимі  ДК екі кірісі де жермен қысқа тұйықталған, яғни  .

База  - эмиттер тыныштық кернеу минусі  Uэ  тең.  Өз кезегінде эмиттердегі кернеуі .

Осыдан базадағы кернеу е.

Екі транзистор да ашық активті режимде жұмыс істейді. Тыныштық токтары  ағып жатыр.  Олар  Rк1 және  Rк2 бірдей кернеу түсуін тудырады, осыдан  .  кернеу с Rн алынады.  .

Эмиттер токтары   Iэ1= Iэ2;  Iэ = Iэ1+ Iэ2.

Сұлбаның артықшылықтары:

-       ЭҚК теңестіруші көзі керек емес;

-       қуат кернеуінің тұрақсыздығы мен температураның тұрақсыздығынан  дрейф азаяды. Мысалы,  Ек кернеу немесе қоршаған орта температурасын арттырған кезде коллекторлардағы кернеудің өсімді бірдей  шамалары жағынан да, таңбасы жағынан бірдей, ендеше   Δ.

б) Кіріс сигналды режим. Сигналды берудің үш тәсілін қарастыралық:

1) сигнал ес>0 транзисторлар базаларының арасына беріледі (2.2 суретті қара). Сонда,  ,.

Коллекторлық токтар өсімшелері  0<, коллекторлық кернеулер өсімшелері 0>. Шығыс кернеуі  .

Коллектор тогының өзгерісін эмиттер тогы өзгерісі тудырады  0<, жалпы эмитттер тогы  , осыдан,  эмиттер тогы тұрақты.

Эмиттерде кернеу өсімшесі жоқ,  Э  де тұрақты.  Яғни, тұрақты құраушы бойынша кернеу тұрақтану орын алады, айнымалы құраушы бойынша кері байланыс жоқ.

 

                                                 2.2 сурет

 

2) сигнал базалардың біреуіне беріледі, ал екіншісіне жермен қосылған  (2.2 суретті қара). Мұндай кіріс дифференциалдық кіріс деп аталады.

База тогы артады  . Осыдан коллектор тогы да  мен   эмиттер тогы да  артады. Колектордағы кернеу    азаяды.  Эмиттерлік токтар қосындысы   тұрақты. Осыдан, , , . Шығыс кернеу, алдыңғы жағдайдағы сияқты ;

3) сигналдар бір-біріне тәуелсіз көздерден екі кірісіне   және   берілген  (2.2 суретті қара).  Бұл жерде суперпозиция қағидасы орындалады.

        

2.1.2 Тұрақты ток генераторлы диффузиялық күшейткіш.

Кіріс сигналдарының айырмасы дифференциалдық сигнал деп аталады. Синфазалық сигнал-екі кірісте де бір уақытта әсер ететін сигнал, мысалы, кернеу көзі, температура немесе тағы басқа өзгергеннен кейінгі сигнал, яғни бөгет, оның әсерін азайту қажет. Синфазалық сигнал (СС) әсерін азайту үшін эмиттер тогын 2.3-сурет                              2.3 сурет                                               тұрақтандыру   керек.   Екі  кіріс  син-     

 

фазалық кернеу әсер етсін делік, ол  Iк1 және  Iк2, коллектор токтарын күшейтуге тырысады, ал олардың қосындысы Iэ тең тұрақты шама. Яғни, коллектор тогы артпайды, коллектор кернеулері және шығыс кернеуі өзгермейді. Эмиттер тогын тұрақтандыру үшін эмиттерлік кедергіні  арттыруға болады, бірақ ол кезде кернеу көзін де арттыру керек, оны өзгертудің керегі жоқ.  орнына ток көзін немесе транзисторлардағы тұрақты ток генераторын (ТТГ) (2.3 суретті қара).

ТТГ сызбаны:  VT3-транзисторы, VD-диод, R1, R2, R3 - резисторлары және қуат көзі  – Еэ кіреді.

Iэ тогы дифференциалды күшейткіш транзистор элементтеріндегі  VT1 және VT2 токтар қосындысы болып табылады және ол тұрақты ток генераторынан  VT3 беріледі.

ТТГ сұлбасы  – ортақ базалы сұлба бойынша құрылған күшейткіш. База берілетін  VT3 ығысуы  R1, VD, R2 бөлгіші арқылы беріледі.  VD диод телекомпенсация үшін қызмет көрсетеді, орындалады.

 

 R1>> R2, Rэ шарты орындалуы керек. R1 арқылы жүретін  ток  тұрақты, R1 үлкен температураға тәуелсіз. Кирхгофтың 1-заңы бойынша  .

Температура артқан кезде  VT3 кіріс сипаттамасы солға жылжиды, яғни элементтер тогы  Iэ3. артады. Осымен біруақытта  VD диод кедергісі кемиді,  I2, ток артады, осыдан  I1I2 тең болатын Iб3  тогы кемиді. Iк3 = a Iб3 да азаяды. Сонымен, дифференциалды күшейткіштің элементтер тогы  Iэ  тұрақты болып сақталып қалады.

 Iэ  аналитикалық жолмен табалық.

 Iб3 << Iэ және  Iэ3 = Iк3 = Iэ,

онда   .                                                                              (1.1)

Деп есептуге болатындықтан, онда   Iб3 << I1, то I1 = I2.

 2.3-суреті бойынша

.                                                                                 (1.2)

Одан (1.1), ендеше   табамыз  Iэ

,

ескере отырып   Iэ ток температураға аз ғана тәуелді,  ТТГ талап ететін болып табылады.

2.1.3 Дифференциалдық күшейткіштер сұлбаларының әртүрлігі.

ДК сұлбаларының әртүрлерін қарастырудың негізгі міндеттері күшейткіштің күшейту коэффициентін және кіріс кедергісін арттыру болып табылады. ДК сұлбаларының келесі түрлері қолданылады:

а) ДК кірістеріне құрама транзисторлар (Дарлингтон жұбы), олардың кіріс кедергісі әлдеқайда жоғары және токты жеткізу коэффициенті екі транзистордың ток жеткізу коэффициентінің көбейтіндісіне тең;

б) ДК кірістеріне эмиттерлік қайталағыштар қойылады, олардың кіріс кедергісі жүздеген  килоОм болып келеді;

в) Кірістерінде өріс транзисторлары бар ДК;

г) динамикалық жүктемелі ДК.

2.1.4 Динамикалық жүктемелі дифференциалдық күшейткіш.

Күшейткіштің күшейту коэффициенті  Ku арттыру үшін  Rк коллекторлық жүктемені арттыру қажет, бірақ онда қуат көзінен кернеуі  Ек арттыруға тура келеді. Интегралдың сұлбаларда  Rк арттыру микросұлба габариттерін және ауданын арттыруға әкеледі. Сондықтан,  ИС –да динамикалық жүктеме қолданылады, яғни   Rк1 және  Rк2  резисторларының орнына   3 және  4, транзисторлары қойылады, олар тұрақты ток бойынша төмен кедергіге, ал айнымалы ток бойынша жоғары кедергіге ие болады. 3 және  4 транзисторлары тиектіге қатысты қарама-қарсы полярлылыққа ие болды ( 2.4 суретті қара)

VT1 және  VT2 (n-p-n-типті) транзисторлары – тиекті,  VТ3 және  4 (n-p-n-типті) транзисторлары – коллекторлық жүктеме. Бұл транзисторлар коллекторлармен жалғанған.  3 транзисторлары диодтың жалғауда қолданылады. Эмиттерлік тізбекте тұрақты ток генераторы (ТТГ) синфазалық сигналдың сұлбаға әсерін азайту үшін қойылады.

ДК кірісі-дифференциалды, шығысы – біртактілік.

3 және  4, транзисторлары токтың айна сұлбасы бойынша  қосылған. Iк1 тогы 3 арқылы ағып  3 және  4 транзисторларының  базаларында бірдей ығысулар тудырады, Uбэз = Uбэ4.   Сондықтан да, Iк4= Iк3,  ал  Iк3 тогы  Iк1  тогынікі  болып есептеледі. Сонымен,  Iк4=Iк1.      

1  тогының өзгерісін  VT4 қайталайды, яғни 4  толығымен                                                                             Iк1 қайталайды, сондықтан да 3

және  4 жұбы токты айна деп

 аталады.

                     2.4 сурет                                          

 

   және  Кu табамыз.  Кіріске  ec сигналы берілсін делік.  База токтарының өзгерісі  . Сонда, коллектор токтары  . к  болғандықтан, ендеше  . ДК  шығысындағы ток.  . ДК шығысындағы ток b есе күшейтілген және екі еселенген көрініп тұр.

 

Шығыс кернеуі ДК , мұндағы  - каскадтың шығыс кедергісі.  

ДК күшейту коэффициент  .

  кезде,        .

 кедергісі бірнеше жүздеген  килоом болуы мүмкін, осыдан кернеу  бойынша күшейту коэффициенті  бірнеше жүзге немесе мыңға жетуі мүмкін.

Сонымен, токтар шағымдырғыш кернеу бойынша жоғары күшейту коэффициентін алуға және біртактілі шығыстағы сигналды екі еселеуге мүмкіндік тудырады.

 

2.2 Күшейткіштердің шығыс каскадтары

 

Шығыс каскадтары – бұл қуат күшейткіштері. Олар ең үлкен мүмкін ПӘК және ең төмен сызықты емес өзгерістерде жүктемеде ең үлкен қуат алу үшін қолданылады.

 Микроэлектроникада  А класы ПӘК төмен болуына байланысты сирек қолданылады. Ең көп тараған В және АВ класындағы екітактылы күшейткіштер.

2.2.1 Қарапайым екітактілі сұлба.

В класындағы компленетарлық транзисторлардағы қарапайым екітактілі күшейткіштің тірек сызбасын қарастырайық (2.5 суретті қара).VT1 – n-p-n,VT2 – p-n-p–типті транзисторлар.

 жүктеме эмиттерлік тізбекке қосылған,

    2.5 сурет                   яғни транзистор ортақ коллекторлы сұлба бойын-

 

ша қосылған, осыдан осы эмиттерлік қайталағыш токтың жоғары күшейту коэффициентімен қамтамасыз етілген қуат бойынша үлкен күшейту береді. Тыныштық режимінде екі транзистор да жабық, өйткені  Uэб = 0 ( В-класы).

 Кіріске айнымалы кернеудің оңжартытолқынын берген кезде  VT1 – ашылады,  VT2 – жабылады. Ток +Е1КЭ1Rж ‑  – Е1  ағады.

Айнымалы кернеудің теріс жартытолқынын берген кезде VT1 – жабылады.  VT2 – ашылады.  Ток  +Е2Rж ЭК2 ‑ – Е2 ағады.  Сонымен, сұлба екі тактіде жұмыс істейді: бірінші тактіде   VT1 ашылады, екіншіде   ‑ VT2, яғни, күшейткіштің шығысында екіполярлық сигнал пайда болады. Қуат бойынша күшейту коэффициенті .

Бірақ сұлбаның кемшілігі оның сызықты емес өзгерістерінің коэффициентінің жоғары болуында. 2.6 суретте   біріктірілген жеткізу сипаттамасы келтірілген.

Шығыстағы оң және теріс жартытолқынды ұзақтығы сигналдың жарты

 2.6 сурет                                                           

периодынан аз (синусоиданың жартысы күшейтілмейді). Шығыс тогы  Iэ импульсті сипатта болады, яғни өз спектрінде жоғары гармониктердің көп санына ие. Бұл әсіресе  Uшығ өте аз болғанда айқын көреді.                               

2.2.2 Жеке бастапқы ығысулы қуат күшейткіш.

Кернеу деңгейі ығысу сызбасындағы сызықты емес өзгерістерді жою үшін транзисторлардың базасына жеке ығысу енгізіледі (2.7 суретті қара).  VD1 және  VD2 диодтарда пайда болған  U* кернеудің түсуі координат басынан 1 транзисторының жұмыс нүктесін солға, ал VT2 – оңға ығыстырады

 

 

 

 

2.7 сурет  

 

Жеткізу сипаты түзу сызық                                                                                                                                                                                                              болады. Осыдан сызықты емес өзгерістер азаяды. Бұл диодтар әрқашан ашық, себебі қуат көздерінің  жалпы кернеуі   әрқашанда кіріс сигналынан қарағанда көп.

 

 

 

                                               

                                           2.8 сурет

 

Базалық тізбектегі кернеу бөлгіштікті трансформаторларсыз қуат күшейткішінің түрлерін қарастырайық (2.9 суретті қара). Мұндай сұлба қосымша симметриялы сұлба деп

аталады. Мұнда  R1, R2, R3 – АВ класындағы                                   

                  2.9 сурет                 ығысу тудыру үшін қажетті кернеу бөлгіш.

                            

Мына шарт орындалуы керек  .  Ортадағы нүктенің потенциалы нөлге тең.

Екі транзистордың да базаларын айнымалы ток бойынша қысқартылған деп есептеуге болады және базалардың біреуіне кіріс кернеуін беру керек. Сигнал бір база бойынша екі транзисторға берілгендіктен, онда олар кезекпен істейді.  R2 орнына көбінесе диодтар орнатады. Әр диодқа U*= 0,7 В кернеу келеді, ол АВ класының режимін қамтамасыз ететін ығысу тудырады.

Транзисторларды қосу сызбасы-ортақ коллекторлармен.

2.3 Операциялық күшейткіш

2.3.1 Операциялық күшейткіштердің қажеттілігі және негізгі параметрлері.

Операциялық күшейткіш – дифференциалдың кірісті және біртактілі шығысты тұрақты токтың әмбебап күшейткіші.

Мінсіз ОК төмендегі параметрлерге ие:

-    кернеу бойынша күшейту коэффициенті ;

-    кіріс кедергісі ;

-    шығыс кедергісі  .  

Мұндай сипаттамалар терең кері байланысты (КБ) қолдануға мүмкіндік береді және ОК қасиеттері тек КБ тізбегі элементтері параметрлерімен анықталады. Әртүрлі КБ қолдана отырып, әртүрлі математикалық операцияларды іске асыруға болады. Сондықтан да күшейткіштер операциялық деп аталады. ОК шартты белгіленуі.

Мұнда: кіріс 1 – инвентирленбейтін кіріс, яғни шығыс сигналы кіріс сигналымен фазалары бойынша сәйкес келеді.

кіріс 2 – инвентирленген кіріс, яғни шығыс сигналы кіріс сигналымен қарама-қарсы фазада болады;  шығыс – біртактілі;

п және  ‑Еп қуат көзінің немесе биполярлық көздің шығыстары.

Нақты ОК көбінесе шығыстары өте көп болады, олар күшейткіштің талап етілетін амплитудасы- жиіліктің сипаттамаларын  қалыптастыратын жиілікті коррекциялы

2.10 сурет                       сыртқы тізбектерді қосу үшін қажет.

                   

 Нақты ОК сипаттамаларының мінсіз ОК сипаттамаларынан айырмашылығы бар. Нақты ОК негізгі параметрлері

      

а) дифференциалдық сигналды күшейту коэффициенті

 

              дейін;

 

б) синфазды сигналды күшейту коэффициенті ;

 

в) ОК синфазалық сигналды әлсірету коэффициенті децибелмен өлшенеді. ;

г) кіріс кедергісі  Rкір көбінесе 400 кОм (ондаған кОм –нан ондаған МоМ жетуі мүмкін);

д) шығыс кедергісі  Rшығ = 20 ¸2000 Ом;

е) амплитудалы-жиіліктік сипаттамасы  (АЖС) – күшейту коэффициентінің жиілікке тәуелділігі (сызықтандырылған сипаттама логарифмдік масштабтағы – Боде диаграммасы)  2.11,а-суретте келтірілген.  ОК-дің АЖС әрбір каскадтың жеке АЖС қосындысына тең. Жиіліктің 10 есе өзгеруі кернеу бойынша күшейту коэффициентінің 10 есе азаюына әкеледі. (яғни  20 дБ минус).

Екікаскадты ОК  АЖС екі сынуына сәйкес келеді  (әрбір каскад 1 сынуға сәйкес);

ж) физиожиіліктік сипаттамасы (ФЖС) – сигнал фазасының жиілікке тәуелділігі  (2.11,б суретті қара). Жоғары жиіліктегі әрбір каскад минус   тең фазалық ығысу қосады.

         ФЖС    кешігеді,  мұндағы  n –  ОК каскадтар саны.

 

           2.11сурет 

                                  

ОК жұмысын стабилизациялау үшін АЖС және АЖС коррекциялау талап етіледі;

и)  ‑ бірлік күшейту жиілігі, яғнм күшейту коэффициенті бірге тең болған кездегі жиілік;

к) амплитудалық сипаттама немесе сигнал жеткізу сипаттамасы-шығыс сигналының кіріс сигналына тәуелділігі    2.12-суретте келтірілген.  .

л) егер Uшығ = 0 сол сияқты және  Uшығ = 0 болса, ОК балансы орын алады.                                                                                          

Нақты ОК сызба ішінде баланс болмауы орын алуы мүмкін, оның әсерінен   болғанда  Uкір = 0 пайда болады  (2.13 суретті  қара);

 

         2.12 сурет                                 

 

м) U кір.нөл.ығысу  немесе бастапқы ығысу бұл кірістердің біреуіне шығыс кернеуі нөлге тең болу үшін берілетін тұрақты кернеу.

 Ол жуық шамамен  1...3 мВ;

н) кіріс токтарының айырмасы   ‑ 5…50 нА;

 

 

           2.13 сурет 

                             

п) синфазалық кернеулердің рұқсат етілген диапазоны – бұл ОК қанығу немесе тоқтап қалуға кіріп кетпеу үшін екі кірістегі бірдей ең үлкен кернеу  – 3…13 В;

2.3.2 Екікаскадты операциялық күшейткіш.

Екі каскадты операциялық күшейткіштің сұлбасы  2.14 суретте келтірілген. Кіріс дифференциалдық күшейткіші VT1 ¸ VT4 транзисторларында құрастырылған. Негізгі транзисторлар VT1 және  VT2 – p-n-p-типті.

Динамикалық жүктеме (транзисторы VT3 және VT4 ‑ n-p-n-типті) транзисторлары токтың айна немесе токтар шағымдарғыш болып табылады. Токтың айналы ДК дифференциалдық кірісі және біржактылы кірісі болады.

         Эмиттерлік тізбектегі ТТГ эмиттерлік токты стабилизациялау және кернеу дрейфін азайту үшін қажет. Каскад ОК талап етілетін кіріс параметрлерімен қамтамасыз етеді.

       Екінші каскад VT5 және  VT6 құрама транзисторларын орташа эмиттер құрастырылған амплитудалар күшейткіші болып табылады. ОК кернеу бойынша  қажетті коэффициентін қамтамасыз  етеді. Каскадтың жүктемелік кедергісі ретінде ТТГ2 ток көзі

алынады.

                 

                        2.14  сурет                            

 

СК »30 пФ – сиымдылығы жиіліктік сипаттамасы коррециялау үшін қажет. VD1 және  VD2 диодтары шығыс каскадында бастапқы жұмыс нүктесінің ығысуын тудыру үшін керек.

Шығыс каскадына мыналар кіреді:  VT7    (n-p-n-типті) және  VT8 (p-n-p-типті) транзисторлардың комплектарлық жұбы, VD1 және  VD2  диодтары, тұрақты ток генераторы ТТГ2,  VT6. транзисторы. Шығыс каскады АВ класындағы екітактілі күшейткіш болып табылады.  СТГ2, VD1, VD2 және  VT6, тұратын кернеу бөлгіш  VT7 және  VT8 транзисторларының жұмыс нүктесін ығыстырады.  Айтылып өткендей қажетті бастапқы ығысу VD1 және VD2 диодтары арқылы беріледі. Осы диодтар шығыс күшейткіштің тыныштық режимінің температуралық стабилизациясын қамтамасыз етеді.  

ОК кірісінде сигнал  болмаған кезде Uшығ = 0, жүктеме арқылы жүретін ток   Iж = 0.  VT7 және VT8 транзисторлары арқылы өте үлкен емес бастапқы ток жүреді, ол  VT7   транзисторында    UVD1 плюс ығысуынан және VT8 транзисторларында  UVD2 – минус ығысуынан туындайды. Диодтар тура бағытта қосылған және әрқашан ашық, сондай-ақ  VT6 коллекторынан кернеудің оң төмендеуі берілген кездің өзінде қуат кернеу көздері  + Еп1 және  ‑ Еп2 есебінен диодтар анодтарына катодтарға қарағанда оң кернеу берілген. Екі транзисторлық базалары айнымалы ток бойынша қысқартылған, себебі айнымалы құраушы бойынша диодтардың кедергісі нөлге жуық. VT7  және  VT8 транзисторлары кезекпен ашық.  VT6 коллекторынан кернеудің оң төмендеуін берген кезде  VT8 транзисторы жабылып қалады, ал  VT7 – алынады. Ток мына тізбек бойынша жүреді:  + Еп1, кэVT7, Rн, ‑ Еп1. коллекторынан кернеудің  теріс төмендеуін берген кезде, а VT7 транзисторлары жабылады, ал  VT8 –ашылады. Ток мына тізбек бойынша жүреді:  + Еп2, Rн, кэVT8, ‑ Еп2.

2.3.3 Сыртқы тізбектер.

Операциялық    күшейткіштерде    сыртық тізбектер қолданылады:

а)       жиілік сипаттамалары  коррекциялау  тізбектері- жиілікті тәуелділікті RC-тізбектер;

б)      нөлдік  кірістегі шығыста  нөлдік  кернеу орнату үшін  теңестіру тізбектері;

в)      қорғау тізбектері:

     1) жоғары  кіріс кернеудегі  кірістегі  тесіктен;

     2) шығыстағы    қысқаша  тұйық  талудан  шығыста  жуық шамамен тізбектей  400 Ом резистор қосылады;

     3) көздің плюсінің   ауысуынан қосуда полярлылықтың  дұрыс  еместігінен;

     4) қуат көзінің кернеуінің  артып  кетуінен;

г)       кері байланыс  тізбектері.

Көбінесе  ОК теріс кері байланыс  қолданылады, себебі  онсыз    болғанда  өзінде  күшейту коэффициенті   шексіздікке ұмтылады және    өзінің   шектік  мәніне  жетуі мүмкін.

Теріс  кері байланыс төмендегі мүмкіндіктерді  тудырады:

­    берілген  функцияларымен  сызба құруға;

­    керекті  күшейту коэффицентіне жетуге;

­    сызбаның тұрақтылығы  мен   төзімділігін  арттыруға;

­    керекті және    мәндерін алуға;

­    сызықты және сызықты емес  өзгерістерді  кішірейтуге.

Сигналдар күшейткішін және шешуші күшейткіштерді қарастырайық.  

2.3.4 Терістейтін операциялық күшейткіш.

         Сызбада  (2.15 суретті қара)  өткізуді қабылдаймыз:

         ; .                                                                         (2.1)

 және  , ендеше   . Осыдан А –ны дерге  тұйықталған деп есептеуге болады.

Кирхгофтың  I заңы  бойынша   ,  болатын,  , осыдан .

Терістейтін   күшейткіштің  күшейту   коэффициентін анықтаймыз:

 

                                           

         .      (2.2)            

 

(2.2) көрініп тұрғандай,  инвертирлеуші  күшейткіштің  күшейту  коэффиценті  ОК, параметрлеріне  тәуелді  есем, ол тек кері байланыс  элементтерімен анықталады

  2.15 сурет                

 

Бұл  жерде  кернеу  бойынша  параллель кері теріс байланыс ерекше орын алады. 

Егер  болса, онда (2.15 суретті қара) күшейткіш инвертор болып табылады.

Кіріс  токтарын  симметирлеу (теңестіру үшін ) R, резисторы  қойылады, ол  Rос  және R1 параллель жалғанған болып  анықталады.

.

 

2.3.5 Терістемейтін операциялық  күшейткіш.

2.16 суретте терістемейтін операциялық күшейткіштің  сызбасы  келтірілген. Rос–R1 тізбек кернеу бойынша  тізбекті   кері байланыс (ТКБ) құрайды.

 

Кіріс сигналы  инвертирлеуші емес  кіріске беріледі. (2.1) шарты орындалсын делік. Сонда  және  - ді  2.16 суреттен мынаны табамыз.

Uкір = I1R1, Uшығ = I1 (R1+Rос),     осыдан терістемейтін                                             

күшейткіштің  күшейту  коэффициенті                                                                       мынаған тең                                                                      2.16 сурет

   

Егер  және  (2.16 суретті қара), онда  бұл кернеу  қайталанғыш. Кернеу бойынша  100% ТКБ орын  алып отыр.

Шығыстағы сигнал кіріс сигналын қайталайды.

 

2.3.6 Шешуші күшейткіштер.

2.3.6.1 Терістеуші  қосқыш (2.17 суретті қара).

2.17 суреттен, , екені көрініп тұр, себебі ;

  , .

Егер , онда

                                                                                                    2.17 сурет

3.6.2  Терістеуші  интегратор (2.18 суретті қара).

         (2.1) шарттан,  екендігі шығады. Конденсатор арқылы  өтетін  ток мынаған тең , кіріс тогы    .

(2.1) шарты  орындалғандықтан,

                  және .

         Осыдан,      ;

                                 2.18 сурет                                                                                                                    

 

                  

 

Осыдан, интегралдап, мынаны аламыз

 кернуі  , сызықты түрде  тәуелді яғни интегратор сызбасы  кернеуі сызықты  түрде  өзгеретін  генератордың  қарапайым сызбасы  болып табылады.

2.3.6.3 Инвертирлеуші  дифференциатор        (2.19 суретті қара). Rос  арқылы жүретін ток ,  С сыйымдылық  жүрген ток . Кіріс тогы  нөлге  тең болғандықтан,         

онда  и   

2.19 сурет                      Осыдан .

 

3.6.4 Логарифмдеуші  күшейткіш (2.20 суретті қара).

 

Мұнда

мұндағы ,    .

Осыдан, .

 

2.20 сурет                                Логарифмды, мынаны аламыз                      

                                                                             

3 Сандық құрылғылар сұлбатехникасы

3.1 Негізгі қисындық  операциялар мен қисындық элементтер

 

Қисындық функциялар – екі мән қабылдайтын функциялар:

Егер  ақпарат  жалған болса, F=0.

Егер ақпарат  ақиқат болса, F=1.

Қисындық  операциялар   қисындық   функциялар  арасындағы байланысты  бейнелейді.

Қарапайым қисындық операцияларды іске асыратын  электрлік   сұлбалар қисындық  элементтер  (ҚЭ) деп атайды.

 3 қарапайым қисындық операция бар  ЖОҚ, НЕМЕСЕ, ЖӘНЕ:

 

 

а) ЕМЕС амалы – қисындық терістеу, инверсия.

 (F ға тең емес)

ЖОҚ  операциясын орындайтын қисындық элемент инвертор дейміз (3.1 суретті қара).

                                                                                                              3.1 сурет

б) НЕМЕСЕ операциясы  ‑ қисындық қосу, дизъюнкция. 

F=АÚВ, немесе F=А+В (F не А немесе В).

НЕМЕСЕ логикасын сипатын орындайтын ҚЭ, жинауыш немесе дизъюнктор деп аталады (3.2 суретті қара).                                          

                                                                                                     3.2 сурет

в) “ЖӘНЕ” операциясы –қисындық  көбейту немесе конъюнкция.

F=AB (F не А және В);   F =AÙB.

ЖӘНЕ операциясын орындайтын  қисындық элемент сәйкестік сұлбасы немесе  конъюнктор деп   аталады                   3.3 сурет

(3.3 суретті қара).                                                                                 

 

ЖӘНЕ, ЕМЕС, НЕМЕСЕ  элементтерінің жиыны тиекті базис немесе элементтердің функционалды  толық жүйесі деп атаймыз. Яғни тек осы  элементтердің  көмегімен ғана кез келген  қисындық сызбаны құрастыруға болады. 

Сұлбатехникада басқа базистер элементтері екі сатылы НЕМЕСЕ-ЕМЕС, ЖӘНЕ-ЕМЕС қолданылады:

а) Пирс стрелкасы, немесе дизъюнкцияны терістеу, немесе  НЕМЕСЕ-ЕМЕС  операциясы  

А¯В = .

Шартты белгісі 3.4 суретте келтірілген. Логикалы

             3.4 сурет                 элемент Пирс элементі деп аталады.

        

б) Шеффер штрихі, немесе конъюнкцияны терістеу, немесе ЖӘНЕ-ЕМЕС операциясы

А½В = .

Шартты белгісі 3.5 суретте келтірілген. Қисындық       элемент Шеффер элементі деп аталады.

                3.5 сурет                       

 

Біртипті микросұлбалар  көмегімен НЕМЕСЕ-ЕМЕС, не ЖӘНЕ-ЕМЕС кез келген қисындық  сызбаны 3.5 суретте құрастыруға болады, яғни олардың  әрқайсысы негізгі базис болып табылады.

Ең көп тараған ЖӘНЕ-ЕМЕС Шеффер элементі. Сол сияқты көпсатылы қисындық элементтер кеңінен таралған: 

а) 2 ЖӘНЕ-НЕМЕСЕ-ЕМЕС,   операциясын орындайды. Шарт  белгісі 3.6 суретте келтірілген;

б) НЕМЕСЕ жоққа  шығаратын немесе екі модуль бойынша  қосынды немесе теңеместік  функция  түрі мынандай F = Бұл F не  A, не  B тең  дегенді көрсетеді. НЕМЕСЕ  жоққа                         3.6 сурет

шығаратын  қисындық  элементті  кейде «бірдеңе,

 бірақ бәрі емес» типті деп атайды.  белгісі  (әрқашанда оң) А және В кірістері НЕМЕСЕ жоққа  шығаратын қисындық  функция  мен байланысты дегенді білдіреді.  

Қисындық  алгебрасынан  білеміз:

  ; .

 

3.1 кесте

А

В

АВ

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

  НЕМЕСЕ  жоққа шығаратын  ақиқат кестесі 3.1кестеде  

  көрсетілген.

  Кестеде көрініп тұрғандай, егер де кірістердің біреуіне  

  қисындық  бір берілсе, онда шығыста да бір пайда

  болады. Тең емес мәнділік  элементінің шартты белгісі

  3.7 суретте келтірілген. Бұл элемент 2 модуль бойынша қосу операциясын орындайтын болғандықтан, оны  3.7 суреттегі сияқты белгілейді;

3.7 сурет

 

в) НЕМЕСЕ-ЕМЕС жоққа шығару, немесе тең мәңділік функциясы мына түрде болады . Бұл, F-тің не  A инверсиясына, не B инверсиясына тең екенін  көрсетеді.

НЕМЕСЕ-ЕМЕС жоққа  шығаратын элемент  үшін ақиқат кестесі  3.2 кестеде  келтірілген. Элементтің  шартты белгісі 3.8 суретте келтірілген.

 

         3.2 кесте

А

В

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

1

 

 

 

3.8 сурет

Қисындық  алгебрасы күй алгебрасы болып табылады және мүмкіндік береді:

а) электрондық аспаптың жұмысын  қисындық  функциялар түрінде  сипаттау үшін;

б) теңдеулерден электрондық сызбаларға өту үшін;

в) тиімді сызбаларды  сараптау үшін.

ЕМЕС-ЖӘНЕ-НЕМЕСЕ операциясының орындалу  тәртібі. Бөлу және азайту операциялары  қолданылады, жақшалар  қолданылуы мүмкін.

Қисындық  алгебрасының  аксиомалары мен функцияларды  түрлендірулерінен  басқа кеңінен де  Морган формулалары  қолданылады.

;

.

3.2 Қисындық интегралды  сұлбалар

         3.2.1 Қисындық  интегралдық микросұлбалардың  тиекті параметрлері.

а)   қисындық бірдің  U1кір  кіріс,  U1шығ шығыс кернеулері-  микросұлба кірісі мен шығысындағы жоғары  деңгейлі  кернеудің мәні;

б)  қисындық нолдің U0кір кіріс және U0шығ  шығы  кернеулері – микросұлба  кірісі мен шығысындағы төменгі деңгейлі  кернеудің мәні;

в)   қисындық бірдің I1кір кіріс және  I1шығ шығыс токтары, қисындық нолдің I0кір кіріс және  I0шығ шығыс токтары;

г)   Uтаб кір   табалдырық  кернеуі  микросұлба күйі  қарама- қарсыға  көшетін  кіріс кернеуі;

е)   қисындық  ИМС – кіріс  кедергісі кіріс кернеуі  өсімшесінің кіріс тогы  өсімшесіне  қатынасы (R0кір және R1кір айырмашылығы бар ), шығыс кедергісі-шығыс  кернеуі өсімшесінің шығыс тогы  өсімшесіне  қатынасы  (R0шығ және  R1шығ айырмашылығы бар);

ж)  статистикалық бөгетке төзімділік  кіріс кернеуінің жоғарғы  U1бөг және төменгі U0бөг деңгейлері  бойынша  сипатталып бөгеттің  ең үлкен  рұқсат етілген кернеуі, бұл кезде  микросұлбаның  шығыс кернеуі деңгейінің  өзгерісі  әлі де  болмайды;

и) P қолд ср = (P0қолд + Р1қолд)/2  қолданылатын орташа  қуат, мұндағы P0қолд  және  Р1қолд – шығыстағы қисындық  нөл мен бірге сәйкес  микросұлба  күйінің  пайдаланған қуаттары;

к)   Кбк кіріс бойынша бірігу  коэффициенті, осындай  қисындық  ИМС  қандай  санын  осы сұлбаның  кірісіне қосуға  болатынын  көрсетеді және  қисындық ИМС  ең  үлкен кірістер санын анықтайды;

л)   Кбірт шығыс бойынша   тармақталу  коэффиценті  осындай  қисындық ИМС  қандай  санын осы  сұлбаның  шығысына  қосуға  болатынын  көрсетеді және қисындық ИМС жүктемелік  қабілетін  сипаттайды.

Сандық интегралдық сұлбалар  сандық ақпаратты өңдеу,  қайта  шығару және сақтау үшін  қажет. Олар сериялармен  шығарылады. Әрбір серияның ішінде  функционалдық  белгісі  бойынша  біріктірілген  аспаптар топтары бар:  қисындық элементтер, триггерлер,  регистрлер, есептегіштер, дешифраторлар, шифраторлар, мультиплексорлар, демультиплексорлар  және т.б.  Серияның неғұрлым  функционалдық  құрамы  кең  болса,  сандық  аспаптар берілген серияның   микросұлба базис  соғұрлым  үлкен  мүмкіндіктерге  ие болады. Әрбір  серияның  құрамына  кіретін микросұлбалар  конструкциялы-технологиялық  жасалынуы ортақ  қоректену  кернеу  көзі  бірдей  және қисындық  нөл және қисындық  бір сигналдарының бірдей деңгейлеріне  ие болады.  Осылардың  барлығы  бір сериядағы микросұлбаларды  сәйкес келетіндей етеді.

Сандық микросұлбалар серияларының әрқайсысының  тиекті базалық  қисындық элементтері болады. Әдеттегідей, базалық қисындық элементтер ЖӘНЕ-ЕМЕС не НЕМЕСЕ-ЕМЕС операцияларын орындайды  және қағида  бойынша  келесідей  тиекті  типтерге бөлінеді: резистивті-транзисторлық  логика (РТЛ), диодты-транзисторлық логика (ДТЛ), транзисторлы-транзисторлық логика (ТТЛ), эмиттерлі-байланысқан  логика (ЭБЛ), интегралды-инжекциялық  логика (ИИЛ) элементтері, биполярлық транзисторда  орындалатын  базалық элементтер. Комплементарлық МДШ-құрылымдардағы микросұлбалар (КМДШ) металдарды электрик  шала өткізгіш  құрылымды  р- және  n-типті  арналы  МДШ-транзисторлар жұбы  қолданылады.

3.2.2 Диодты-транзисторлық логика – ДТЛ сұлбасы.

 

 

                                                 3.9 сурет

         ДТЛ  тиекті сұлбасы 3.9 суретте көрсетілген. Мұнда VD1, VD2, VD3 диодтар  және R1 резистор конъюнктор (ЖӘНЕ), VT, R2, R3  элементтері ‑  инвертор (ЕМЕС), д VDСМ1, VDСМ2 – ЖӘНЕ және ЕМЕС ығыстырушы диодтар–  қисындық  элементтерінің  арасында  байланыс  орнатады және U1   кернеуіне қатысты VT база потенциалын төмендетеді.  R2 резисторы VT-да    ығысуы берілуі үшін қызмет етеді және оны транзистор жабық болғанда базаның кері тоғының қосымша тізбегі секілді кіріс диодтары ашық болған кезде жабық күйде ұстап тұруға кепіл болады.

Кірістегі жоғары деңгейінде кернеу UA = UB = UC = U1  , VD1…VD3 диодтары жабық,  U1 нүктесінің  потенциалы  артады,    VDСМ1, VDСМ2  ығысу  диодтары  тіркеледі, VT  база  тогы  ағады және  транзистор  қанығуға кіреді. Коллектордағы  кернеу   нөлге  дейін түседі, яғни F = 0.

Егер  кірістердің әйтеуір  біреуінде  кернеудің төменгі  деңгейі    UA немесе UB немесе UC  U0 -ге тең болса, онда  сәйкес диод  тіреледі де,  U1 потенциалы  төмендейді,  VDCМ1, VDСМ2 ығысу диодтары жабылады. VT транзистор  базасындағы   жабылатын кернеу төмен. Uшығ = UF = U1, яғни элемент  шығысында  қисындық  бір шығады.

Егер тізбектің  үзік сызықпен   белгіленген бөлігін  алып тастаса  (3.9 суретті қара), ол   инверторға  айналады. 3.9 суретте оның беріліс сипаттамасы UF = f(UA) берілген. Егер кернеу А кірісінде 0-ге тең болса, онда VD1  диоды  тура бағытқа ығысқан және  U1  кернеу +0,6 В тең . Бұл шама VDСМ1, VDСМ2 диодтарының ашылуына  және  транзисторының  база- эмиттерге өтуіне жеткіліксіз. Сондықтан I1  тогы VD1 диоды  UA  сигнал  көзі  арқылы өтіп  жерге кетеді. VТ  транзисторы  жабық, осы кезде UF = +5 В. ЕгерUA артса, ондаU1  1,2 В жеткенде  артады. Осы  мезетте VDСМ1, VDСМ2, VТ  ашылады және I1  тогы  VТ транзисторы  арқылы  өтеді де оны қанығуға ауыстырады. UA кернеуінің  одан  ары қарай  артуы VD1 диодын жабады, бірақ U1  шамасына  немесе V транзисторларының күйіне  әсер ете алмайды. Графикпен  көрініп  тұрғандай,  0 және  1, қисындық  күйлеріне  сәйкес келетін  кернеу  аралықтары  жуық шамамен  0 ≤ U0 ≤ 1,2 B, 1,5 ≤ U1 ≤ 5 В.

Іс жүзінде  U0 0,4 В-тен кіші, ал U1 5 В-қа  өте жақын, ол тұрақты ток  бойынша  жақсы   шу  қорын  қамтамасыз етеді.

Егер кіріске  қисындыққа  сәйкес келетін  кернеу  берілсе, онда VD1 диоды  кері  бағытта  ығысқан  және осыдан  оның  алдыңғы сұлбаның  шығысынан ең аз  қуат   тұтынатыны шығады. Бірақ, егер кіріске қисындық 0 кернеуі қалыптасса, онда  I1   тогы  элементтің кіріс  клеммасынан  қаныққан  транзистор арқылы жерге ағуы керек. Бұл  бір бірлік  жүктемеге сәйкес келеді. Егер бір шығысқа n  кіріс  жалғанса, онда  қаныққан  транзистор Iқарағанда  n есе  көп ток  өткізуі керек. Егер n өссе, онда  UА шығыс кернеуі транзисторға    эквивалентті  өседі. Бұл әсер  3.16 суретте  жалғыз  шығыс  бірлік  жүктемесі  (ДТШ базалық   элементі  үшін ең үлкен  рұқсат етілген саны келтірілген).

Егер сұлбаға  3.9 суретіне сәйкес VD2, VD3 диодтарын  қосса, онда , UF кернеуі  қисындық 1 сәйкес келеді, егер де  кірістердің  әйтеуір  біреуі қисындық  нөлге  сәйкес  келген жағдайда  орын алады. Егер барлық  кірістерде  қисындық бір  кернеу  бар болған  кезде ғана  шығыста  қисындық  нөл  алуға болады, яғни  осы сұлбамен   орындалатын  қисындық  операция,    түрінде  болады, ол ЖӘНЕ-ЕМЕС  операциясына сәйкес  келеді. Кіріс көлемін  диодтарды  қосу  арқылы ДТШ-ның  базалық  элементіндегі ЖӘНЕ-ЕМЕС  кірістер санын   20-ға  дейін  жеткізуге болады.

ДТШ –ның  типтік  элементі үшін ақпаратты ұстау 30 нс құрайды. Бұл  салыстырмалы  түрдегі  үлкен шама көп жағдайда  толығымен  мүмкін болып танылады.

3.2.3 Транзисторлы-транзисторлық  логикалы-ТТЛ  сұлбасы.

3.2.3.1 Қарапайым инверторлы   транзисторлы-транзисторлық логикалы  ТТЛ сұлбасы.

Транзисторлы-транзисторлық  логикалы сұлбасы  (3.10 суретті қара) – ДТЛ  дамыту нәтижесі  болып табылады. Диодтар матрицасы көп эмиттерлік транзистормен (КЭТ) алмастырылады. Бұл диодтың  қисындық сұлбалар мен транзисторлық  күшейткішті  біріктіретін  интегралдық аспап.

КЭТ  бірнеше эмиттерлерден тұрады,  олар өзара әсерлесуі  болмайтындай етіп  орналастырылады.

3.10 сурет

 

КЭТ  микросұлбалардың  тез әсер  етуін  арттырады және  оларды дайындау   технологиясын жетілдіреді.  КЭТ  интегралдық  сұлбатехника  сатысында  құрастырылғандықтан, ТТЛ үйлесімдігі  дискреттік  құраушыларда болмайды.

ТТЛ потенциалдық  элементке жатады. ЭЕМ  сұлбалары  құрастырған кезде  олар потенциалдық  байланыстар негізінде байланысады, яғни  конденсаторлар  және  трансформатор.

Қисындық 1 кернеуі  U1 = 2,4 В қисындық  нөл кернеуі  U0 < 0,4 В.

3.10 суретте  VD1…VD3 диодтары  КЭТ эмиттерлік  өткелдерімен, ал   DСМ1, DСМ2 –  КЭТ-тің коллекторлық  өткелдерімен  ауыстырылған. Сонда  Еығ  және R  қажеттілігі болмай қалады.

ТТЛ базалық  элементі,  ДТЛ  сияқты  ЖӘНЕ-ЕМЕС қисындық  операция  орындайды. Сигналдың төменгі  деңгейінде  (қисындық 0)   көпэмиттерлік  транзистор КЭТ  кірістері  активті  инверсорлық  режимде  жұмыс істейді (эмиттерлік өткел кері  бағытта, ал  коллекторлық өткел- тура бағытта  ығысқан), VT1 қанығу күйінде болады. Сұлбаның  шығысында  сигналдың деңгейі төмен, яғни  нөл.

Осында  айтылған  ТТЛ  базалық  элемент,   ықшамдалған  дайындау  технологиясына  қарамастан,  төмен бөгет  тұрақтылығына  сыйымдылық  жүктемеге  жұмыс  жасаудағы  аз  тез әсерлі  байланысты  кеңінен   қолданыла алмай келеді. 

Төменгі  жүктемелік  қабілеттілік немесе аз байланысу  коэффициенті  төмендегідей түсіндіріледі. VT1  транзисторы  жабық  болған кезде, R2  арқылы  жүктеме  элементтерінің  кіріс  токтары   жүреді және олар  көп  болса R2 коллекторлық  жүктемеде   кернеудің  түсуі өседі.  VT1 коллекторындағы    кернеу  азаяды, яғни   жоғарғы  қисындық  деңгей мәні, сұлба жұмысы  бұзылады. Сондықтанда  күрделі  инверторлы ТТЛ  қолданылады

3.2.3.2 Күрделі инверторлы  ТТЛ сұлбасы ТЛ сұлбасы   (3.11 суретті қара) екі бөліктен тұрады:

а) КЭТ  көпэмиттерлік  транзистор мен  R1 резисторын  ЖӘНЕ  конъюнкторына  қосатын. ЖӘНЕ  сұлбасы –ден 8-ге дейінгі  кірістерге  ие болуы мүмкін (кірістер санын көбейту ТТЛ қисындық  мүмкіндіктерін кеңейтеді);           

 

                    3.11 сурет

 

б) VT1, VТ2, VТ3, VD, R2, R3, R4  кіретін ЕМЕС инверторы.

 

Өз кезегінде күрделі  инверторды   фаза ыдыратушы   каскад пен шығыс   күшейткішінен тұрады деп  қарастыруға болады.

Фазаыдыратушы  немесе  фазатерістейтін  каскад (VT1, R2, Rтұратын) 2 және 3  транзистоларын  басқару  үшін  қажет.  1   транзисторы  қайта қосу  табалдырығын арттырады, ТТЛ бөгет  берілетінін  өсіреді.

Шығыс күшейткіші  (VТ2, VТ3, VD, R4) эмиттерлік  қайталағыш  болып табылады Құрама  транзистор немесе  Дарлингтон жұбы  болып табылады. Сұлбаның  статикалық жұмыс режимінде VT3  транзисторы VT1  күйін  қайталайды. VT1  жабылған кезде VT3 транзистор  базасы  R3 резисторы  арқылы  корпусқа  қосылады,  осымен  VT3  жабық күйі  қамтамасыз етіледі.

2 транзисторы  қанығуда  және торда  жұмыс істеуі  мүмкін. Оның  сұлбаның  статистикалық  режиміндегі күйі  VT3  күйіне,  осыдан VT1  әрқашан  қарама-қарсы  болады.   VT3   қанығу транзисторында, VT2транзисторы  жабық  және керісінше  2, VТ3 транзисторлары  екітактылы  қуат  күшейткіші  ретінде  бола алады

ДVD диоды  3  ашық  болған кезде 2 секілді жабу  үшін  жұмыс істейді. VT2  секілді жабу  үшін  жұмыс істейді. 2-нің тірелу табалдырығын арттыра отырып, ол    VT3  қанығу транзисторында  оның жабық күйін қамтамасыз етеді.

 Шындығында:

UБЭ2 = UКЭН1 + UБЭ3 – UКЭН3 – UVD ≈ U БЭ3 - UVD < Uтаб2, UБЭ = 0,7 В; UКЭ=0,3 В; UVD = 0,7 В; Uтаб = 0,6 В.

UБЭ2 = UБ2 ‑ (UD+UКЭ3) = UКЭ1+UБЭ3 – UVD ‑ UКЭ3 = 0,3 + 0,7 ‑ 0,7 ‑ 0,3 = 0.

Егер VD болмаса  UБЭ2 = UКЭ1 + UБЭ3 ‑ UКЭ3 = 0,7 В, осы кезде  2 ашық.

UБЭ2 = UБ2 ‑ UЭ2 = (UКЭ1+UБЭ3н) ‑ (UКЭ3н+UD) = 0.

Егер VT1қаныққан болса, онда  VT3 базасы арқылы

IБ3 = IЭ1 – IR3 = [(EК ‑ UКЭН1 – UБЭ3)/a2·R2] – (UБЭ3/R3).

VT2 транзисторы мен  VD диоды  жабық болғанда  VT3  қанығу  режимін   қамтамасыз ету үшін  мына  шартты орындау керек

IБ3·В3 IКН = n·I0КІР НАГР,

мұнда В –  үлкен  сигнал режимі  кезіндегі  токты  жеткізу коэффициенті;

n – қарастырылған сұлбаның  жүктемелік ТТЛ схемаларының саны;

I0КІР Жүкт – жүктемелік  ТТЛ-сұлбасы.

Осыдан берілген сұлбаның  жүктемелік қабілеттілігін  анықтауға мүмкін  болады, яғни  VT3 транзисторы  әлі де  қанығу  режимінде  жұмыс істей алатын жүктемелік сұлбалардың максимал саны:

NЕҢ ҮЛКЕН  = IБ3·В3 / I0кір жүкт.

R4 резисторы мыналар үшін қажет:

а) шығыста  қысқа  тұйықталу болған жағдайда VТ2 және VD қорғау;

б) сұлба қисындық  нөлден  қисындық бірге  қайта қосылған кезде   VТ2 коллекторлық токты шектеу, VT1  қабылдағаннан соң VT2 транзисторы  VT3 қанығу  режиімнен  шығуы үшін  базадағы тиекті  емес  тасымалдаушылар тұтылу үшін  біраз уақыт қажет болады. Нәтижесінде, біраз уақыт өткеннен кейін, екі транзистор  VT2 және VT3 ашылады да, Ек, VT2, VD және VT3,  элементтерінен тұратын  тізбектен  Ек,  қуат   көзінен   тұтынатын ток  жүреді, және қуат  шинасында  бөгет  импульсы  пайда болады. Бөгет   амплитудасын  шектеу  үшін  бірнеше  ондаған  омға тең  R4, резисторы қойылады.

ТТЛ  сұлбасы  төмендегідей  жұмыс істейді. Егер де  шығыстардың  ең болмағанда  біреуі де  U0кір  кернеудің  төмен  деңгейі  болса, эмиттерлік  өткел  жабылады да  ток  жүреді, К –дан R1,   арқылы  база эмиттер арқыл, база эмиттер арқылы әсерге кетеді. МЭТ  колекторлық өткелі кері бағытта ығысқан  (МЭТ активті режимде).  База тогы  IБ1 = 0,  осыдан VT1  транзисторы жабылады. VT1 коллекторында  UК1 = ЕК.   VT1 эмиттерінде  UЭ1 = 0 болады.

2 транзисторы  R2 резисторы арқылы табылады. Себебі, UБ3 = UЭ1 = 0, онда транзистор  VT3  жабық және  Uшығ= U1шығ.

Егер де ТТЛ транзисторлардың кірістерінде МЭТ эмиттерлік өткелдері жабылса, база потенциалы өседі, МЭТ коллекторлық өткелі тура бағытта ығысады. МЭТ активті – инвессорлық режимде жұмыс істейді. 1 және 3 транзисторлары қаныққан және ашық.  2 транзисторы және VD диоды жабық. Содан, ТТЛ және –емес операциясын орындайды, яғни Шеффер элементі UВЫХ = U0 = 0 болып табылады.  ТТЛ сұлбаларының тез әсер етуі транзисторларды қосу кезіндегі өткелдік үрдістермен, сондай-ақ жүктемелік сұлбаларының паразиттік қорытқы сыйымдылығы Сж  зарядымен анықталады.

Қарапайым инвенторлы ТТЛ сұлбасында (3.17 суретті қара). Сж сыйымдылық заряды коллекторлық резистор R2 арқылы үлкен тұрақты уақытпен өтетіндіктен сұлбаның тез әсер етуін нашарлатады.

Күрделі инвенторлы ТТЛ сұлбасында жүктемелік сыйымдылықтың заряд тұрақтысы едәуір төмендейді, себебі Сн сыйымдылық транзисторларының шығыс кернеуі арқылы VT3 (Rшығ3 << R2) эмиттерлік қайталағыш сұлбасында зарядталады. Осының есебінен тез әсер ету жоғарылайды.

3.2.3.3  ТТЛ сұлбаларының түрлері.

Сондай-ақ тәжірибеде ТТЛ  сұлбаларының әртүрлері кеңінен қолданылады:

а) Үш шығыс күйі ТТЛ сұлбаларын қуат көзінің токты көп тұтынуына байланысты шығыстары бойынша біріктеруге болмайды. Сондай-ақ шығыс сигналы қисындық тұрғыдан анықталмаған болып келеді.

Бірақ кей кезде (мысалы екі бағыттың ақпараттық шиналарда құрастыру кезінде) шығыстарды біріктіруге тура келеді. Ол үшін үшінші  (жоғарыимпедансты) шығыс күйлері пайдаланылады.  

 

 ТТЛ базалық сұлбасына (3.11 суретті қара) қосымша  R5 резисторы және 4 транзисторы жалғанған (3.12 суретті қара). Z кірісіне төменгі деңгейлі кернеу  UZ = U0ВХ, берген кезде, 4 жабық және ТТЛ жұмысына әсер етпейді. Сұлба шығысында кіріс сигналдары байланысты 1 немесе 0 болады.

 4  кірісіне  UZ = U1ВХ  жоғарғы  деңгей берілсе  4 транзисторы қанығуға кіреді. Бұл VТ2. және 3 жабылуын қамтамасыз етеді.  ТТЛ толығымен жүктемеден ажыратылады, яғни тұтынбайды және ток бермейді. Бұл күй UА және UВ кіріс сигналдарына тәуелсіз болады. Осы сұлбаларды шығыстары бойынша бір ортақ жүктемеге       

                         3.12 сурет                      біріктіруге болады және кез келген

 

уақыт мезетінде жүктеме кез келген элементпен жұмыс істеуі керек, ал қалған элементтер үшінші күйде болулары қажет.

б) Шоттки транзисторларымен ТТЛ сұлбасы.

ТТЛ-сұлбаларының тез әсер етуін арттыру үшін базалық элемент сұлбасындағы кәдімгі транзисторлардың орнына активті режимде жұмыс істейтін Шоттки транзисторлар қолдануға болады. Осыған байланысты сұлба транзисторларының қайта қосылу уақыты транзистор базасында оның жабылуы кезінде заряд тасымалдаушылардың тұтылу уақытын шегеріп тастау есебінен қысқарады. ТТЛ қисындық микросұлбалары Шоттки транзисторлары базасында орындалған ТТЛ микросұлбалары ТТЛШ сұлбалары деп аталады; в) ашық коллекторлары ТТЛ сұлбасы ашық коллекторлары ТТЛ сұлбасы сыртқы орындалатын және индикаторлық аспаптар мен қисындық сұлбаларды, мысалы жарық диодтың индикатормен, қыздыру шамдарымен, реле орамдарымен және т.б. үйлестіруге арналған.

Оның алдыңғы қарастырылғаннан айырмашылығы шығыс қуат күшейткіш меншікті емес жүктеме резисторынсыз біртактылы сұлба бойынша орындалғаны болып табылады.

 

Осындай элементтің қағидалы сұлбасы 3.13-суретте келтірілген. Осы

берілген элементте сол сияқты сызықты емес коррекция тізбегі де болмайды. Бұл элементтің қисындық аспап шығысында орнатылуына және оған аз дәрежеде сигналдық кванттау талаптары қойылуына байланысты болады. Көбінесе сұлбаның VT2

шығыс транзисторы жай элементке қаағанда коллекторлық ток пен кернеудің рұқсат етілген үлкен мәндерімен орындалады.

МЭТ қорғау қауіпті кіріс кернеуінің теріс түсулерінен сақтау үшін ТТЛ-ге элементтер мен жер арасына қосымша диодтар қосылады (3.13-суретте  VD1 және VD2   көрсетілген).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.13 сурет                    

 

3.2.4 Эмиттерлі байланысқан логика ЭБЛ – сұлбалары.

3.2.4.1 ЭБЛ сұлбаларының ерекшеліктері .

Эмиттерлі байланысқан логиканың сандық микросұлбаларын ТТЛ (үлкен шашыраған қуат құнына да) сұлбаларына қарағанда жоғары тез әсер етуге ие болады, олар қазіргі уақытта  субнаносекундтың диапазон уақытына жеткен, сондықтан:

а) транзисторлар қанығуы жойылады ( артық заряд тасымалдаушыларын жұту уақыты t рас = 0);

б)  сұлбада жүктеме сыйымдылығын заряд үрдісін жылдамдататын эмиттерлік қайталағыштар қолданылады, себебі эмиттерлік қайталанғыштықтың шығыс кедергісі  Rшығ аз, ал шығысы үлкен;

в) қисындық күрт түсу аз  .

Жұпфазалық шығыстың болуы тура және инверсиялық мәндерді тіркеуге мүмкіндік береді, ол қолданылатын микросұлбалар санын азайтуға мүмкіндік тудырады.

ТТЛ қарапайым сұлбалар санын азайту мүмкіндік тудырады.

ТТЛ қарапайым сұлбаларынан айырмашылығы ЭБЛ элементтерінің шығысын қисындық мүмкіндіктерді кеңейту үшін қолдануға болады.

3.2.4.2 Ток ауыстырып қосқыш.

ЭБЛ ерекшелігі қисындық элемент сұлбасының интегралдық дифференциалды күшейткіш (ДК) тиегіндегі кілттік режимде (токтық кілт) екі транзисторда орындалғаны болып келеді  (3.14 суретті қара), олар токты қайта қосады және бұл кезде ешқашан қанығу режиміне енбейді.

Дифференциалдық күшейткіш деп екі теріс сигналдарының айырмасын күшейтетін күшейткішті айтады. Бұл кезде алынған шығыс кернеуі кіріс сигналдарының абсолют мәнінен, сондай-ақ орта температурасы және және басқа факторлардан тәуелсіз болуы керек.

,

мұндағы Ку — күшейткіштің күшейту коэффициенті.

Транзисторлардың базаларының біреуіне, мысалы  VTтір, қайсыбір тірек кернеуі  Uтір берілген,  
          .

Кіріспе  берілген кернеу өзгерісі д Uкір төмен немесе жоғары  болуы ток стабилизаторлық резистор  Rэ арқылы VT1 және  VTоп транзисторлары арасына берілген эмиттерлік тұрақты токтың қайта

3.14 сурет                      таралуына әкеліп соғады.

                        

Бұл кезде транзисторлар қанығу режиміне кірмейді және осыдан кілтте қағидаты түрде оның тиекті емес тасымалдаушыларын жұту интервалы болмайды.

Берілген сұлбаның белгілі кемшілігі- шығыстардың шығыс кедергісінің үлкен болуы, ол сұлбаның жоғары жылдам әсер еткізгіштігін қамтамасыз етуге мүмкіндік тудырады. Шығыс кедергісін төмендету үшін коллекторлық шығыстарға эмиттерлік қайталағыштар қосады. Бірнеше  қисындық кірістер алу үшін бір табалдырықты транзистор және бірнеше параллель қосылған кіріс транзисторларын қосу керек.

3.2.4.3 ЭБЛ базалық сұлбасының жұмыс істеу қағидасы.

ЭБЛ функционалдық сұлбасы үш түйіннен тұрады  (3.15 суретті қара):

а)  VT1 ¸ VT4 транзисторлары мен    R1¸R3 резисторларының ток ажыратып қосқыштарынан тұрады. Екі тармағы бар: кіріс тармағы ‑  1 ¸3 транзисторларындағы  (ең көп 9 кіріске дейін болуы мүмкін) және  R1 резисторында  4  транзисторларындағы  R2 резисторында. Тарнзисторлар кілттік режимде жұмыс істейді, олар мынандай: активті режим-ашық, қанығуға кірмейді, және жабық. Тармақтардың жалпы кедергісі  R3 тең.  Қуат көзі En және R3 резисторы ток генераторын құрайды   R3 >> R1, R2. Бұл эмиттерлік токтың тұрақтылығын береді ;

б)  R5, VD1, VD2, R6 элементтеріндегі параметрлік стабилизатор кіретін тірек кернеу көзі және  VT5  және  R 4. VD1, VD2 – элементтеріндегі қайталағыш- U температуралық теңестірілуін қамтамасыз етеді;

 

 

                                      3.15 сурет

 

в)  VT6 және VT7 транзиторларындағы эмиттерлік шығыстық қайта шығыстардан тұрады.

 VT6 және  VT7 транзисторларының жүктеме тізбегі  ИС-дан  ЭБЛ көшірілген, ондағы шашыраған қуаттың төмендеуіне және функционалдық мүмкіндіктерінің байытуына көмектеседі.  VT6 және VT7 эмиттерлік қайталағыштары да деңгейлерді жылжытқыш болып  Uвх, қайталайды, бірақ оны  төменгі деңгейін және жоғарғы деңгейін қамтамасыз ету үшін  0,7 В ығыстырады.  

Сонымен  VT6 және VT7 эмиттірлік қайталағыштары қамтамасыз ете алады:

1)      шығыс сигналдарының қалыптасуы;

2)      ток ажыратып қосқыштары мен  жүктеме арасындағы байланыс үшін;

3)      жоғары жүктемелік қабілеттілін;

4)      аз шығыс кедергісі есебінен жүктеме сыйымдылығының  тез қайта зарядталуын.

Сұлбада жалпы шина +Еп, шинасы болғандықтан нәтижесінде сұлбаның нүктелері потенциалдары жалпы шинаға қатысты теріс болады.  Бірақ ЭБЛ сұлбасында ТТЛ сұлбаларындағы сияқты оң логика қағидасы іске асырылған, оған байланысты үлкен шығыс кернеуіне қисындық бір сигналы, ал  аз кернеуге- қисындық нөл сигналы сәйкес келеді.

Токтық ажыратып қосқыштың тездік әсері транзисторлардың қанығуға кірмеуіне байланысты, сондай-ақ қисындық нөлмен қисындық бір мәндері арасындағы кернеудің түсуі аз болуына байланысты жоғары болады. Осы сұлбаның R1 және R2 резисторлар кедергілерінің аз мәнін таңдау арқылы іске асырылады, транзистролардың шығыс сиымдылығының қайта зарядталу уақыт тұрақтысын азайту мақсатында өте пайдалы болып табылады.

Қарастырылған сұлбаның y1 шығысында НЕМЕСЕ-ЕМЕС, ал у2 – шығысында-НЕМЕСЕ операцясын орындайтынын көру қиын емес.

.

1 ¸3 транзисторлары базалары арасына қосылған RБ резисторлары және  – En  кіріс сигналы болмаған жағдайда осы транзисторлардың жабық жағдайын қамтамасыз етеді. Бұл ИС пайдаланылмаған кірістерін қоректендіру көзі шығыстарына қосу туралы ойламауға мүмкіндік тудырады.     ЭБЛ шартты белгісі мына түрде болады 

 

3.2.5 Өрістік транзисторлардағы қисындық элементтер.

3.2.5.1  МДШ –тің қисындық элементтері.

ЕМЕС. НЕМЕСЕ-ЕМЕС, ЖӘНЕ-ЕМЕС қисындық элементтерін қарастырайық.

а) МДШ-тегі инвертор сұлбасы 3.16 суретте келтірілген VT1 транзисторы кілттік режимде жұмыс істейді,  VT2 - әрқашан активті режимде болады. VTсызықты емес жүктеме болып                                3.16 сурет              табылады.

 

VT1 жабық болғанда, VT2 – транзисторы активті режимде, қаныққан  VT1 болғанда, VT2 –  транзисторы тесілуге жақын қанығу режимінде болады.

 Х кірісіне төменгі деңгейлі кернеу берген кезде VT1 кернеу жабылады,  VT2 қанығуға жақын, кілт шығысында кернеудің жоғарғы деңгейі болады. Х кірісіне жоғарғы деңгейлі кернеу берген кезде VT1 тіреледі, VT2 тесілуге жақын, ал кілт шығысында кернеудің төменгі деңгейі орын алады.  операциясы орындалады.

б) НЕМЕСЕ – ЕМЕС екікірісті сұлбада (3.17 суретті қара) кіріс транзисторлары VT1 және VT2 параллель жалғанған. Егер кірістердің ең болмағанда біреуіне жоғары деңгейлі кернеу берілсе, сәйкес транзистор тіреледі, сұлбаның шығысында төменгі деңгей болады.

     3.17 сурет                            

Тек сұлбаның барлық кірістеріне төменгі деңгейлі кернеу берілгенде VT1 және VT2  транзисторлары жабылады да,              шығысында жоғары деңгей пайда болады.

 операциясы орындалады.

в) ЖӘНЕ – ЕМЕС екі кірісті сұлбасында  (3.18 суретті қара) кіріс транзисторлары VT1 және VT2 тізбектей жалағанған. Егер де кірістердің әйтеуір біреуіне төменгі деңгейлі кернеу берілсе, сәйкес транзистор жабылады, кіріс транзисторлары арқылы ток жүрмейді, ал сұлба шығысында

3.18 сурет                    жоғары деңгей болады.

 

Тек сұлбаның барлық кірістеріне жоғары  деңгейлі кернеу берілгенде VT1 және VT2 транзисторлары ашылады, ток жүреді, шығысында төменгі деңгей болады.  опреациясы орындалады.

3.2.5.2 КМДШ қисындық элементтері.

КМДШ микросұлбаларының тиегін VT1 және VT2 МДШ транзисторларындағы өзара жалғанған стоктардан тұратын әртүрлі типті өткізгіштілікті кілттік каскат құрайды ( 3.19 суретті қара). VT1 транзисторы  n-типті өткізгіштілік арналы; VT2 - р-типті өткізгіштілік арналы болады. Бірге қосылған құйманға х кіріс сигналы беріледі,  КМДШ үшін бір

3.19 сурет         жоғары деңгеймен, ал нөл төменгі деңгеймен белгілену  

                           қабылданған.

Кернеу көзі Е оң полярлықты болса, 3-тен 15В дейін бола алады. КДМШ микросұлбалары үшін төменгі деңгейлі кернеу 0,001 В, ал жоғары деңгейлі кернеу іс жүзінде кернеу көзінің кернеуіне тең.

Кіріске жоғары деңгейлі кернеу берген кезде VT1 транзисторы ашылады, ал VT2 транзисторы жабылады.Шығыста төменгі деңгейлі кернеу тұрақталады. Кіріске төменгі деңгейлі кернеу берілген кезде VT1 транзисторы жабық, ал VT2 транзисторы ашық. Кернеу көзінен кернеу VT2 ашық транзисторы арқылы каскат шығысына беріледі — бұл жоғары деңгейлі            

кернеу. Сонымен, берілген кілттік каскат ЕМЕС  қисындық функциясын орындайды. 

КМДШ кілті және оның тиегіндегі интегралдық микросұлбалардың ең маңызды бір ерекшелігі — статистикалық режимдегі ток көзіне тұтынған ең аз қуатты  ТТЛ және ТТЛШ қисындық элементтерінің қуаттарымен салыстырғанда бірнеше

ретке аз болуы керек екенін атап көрсеткен

 3.20 сурет                           жөн. Бұл статистикалық режимде

транзисторлардың біреуі жабық болуына байланысты токтың кілт арқылы өтпеуімен түсіндіріледі.

НЕМЕСЕ – ЕМЕС қисындық элементінің КМДШ кілті тиегіндегі сұлбасы 3.20 суретте келтірілген. ЕГЕР екі кірісіне де төмен деңгейлі сигналдар берілсе, онда  VT3 және VT4 транзисторлары ашық, себебі олар  р-типті өткізгіштікке ие болады, ал VT1 және VT2 — жабық, себебі олар  n-типті өткізгіштікке ие болады.  Сонымен, шығыста жоғары деңгейлі сигнал (қисындық бір) алынады. Жоғары деңгейлі кернеуді кірістерді әйтеуір

3.21 сурет                                     біреуіне берген кезде сәйкес  VT3 немесе

 

VT4 транзисторлары жабылады, яғни олар арқылы ток жүрмейді,  ал VT1 немесе VT2  транзисторы сәйкес ашылады. Шығыста төменгі деңгейлі сигнал  (қисындық нөл) алынады. Берілген сұлбаның НЕМЕСЕ – ЕМЕС қисындық функциясын іске асыратыны көрініп тұр.

ЖӘНЕ – ЕМЕС базалық элементінің құрылымы НЕМЕСЕ – ЕМЕС элементінің құрылымына кері болады: р-типті арналармен транзисторлар параллель жалғанған, ал  п-типті арналармен тізбектей жалғанған  (3.21 суретті қара).  Берілген сұлба жұмысы НЕМЕСЕ – ЕМЕС элементі жұмысымен мүлдем бірдей, тек айырмашылығы, шығыста төменгі деңгейлі кернеу тек элементтің екі кірісіне де жоғарғы деңгейлі кернеу берген кезде ғана, ал қалған жағдайлардың бәрінде шығыста жоғарғы деңгейлі кернеу бола алады. Шығысында, x1 және x2  кірістеріне жоғарғы деңгейлі кернеу берген кезде VT1 және VT2  транзисторлары ашылады, ал VT3 және VT4  жабылады. Шығыста төменгі деңгейлі кернеу (қисындық нөл) алынады. Кірістердің әйтеуір біреуіне төменгі деңгейлі кернеу қосылса, VT3 немесе VT4 транзисторларына біреуі ашылады, ал оған сәйкес комплементарлы транзистор (VT1 немесе VT2) жабылады. Бұл жағдайда шығысқа сәйкес ашық транзистор арқылы ток көзі кернеуі беріледі. Шығыста жоғары жеңгейлі кернеу (қисындық бір) тұрақталынады.

 3.3 Комбинацияланған қисындық сұлбалар

 3.3.1 Комбинацияланған қисындық сұлбаларды синтездеу. 

Берілген есепті шешу үшін:

а)   берілген шындық кестесі бойынша дизьюктивті қалыпты түрдегі қисындық өрнекті жазу (ДҚТ);

б)  Карно карталарын пайдалана отырып, қисындық өрнектің қысқартылуын жүргізу;

в)   өрнекті базистердің біріне келтіру;

г)   қисындық элементтердегі электрлік сұлбаны құрастыру;

д)  сұлбаның кірістері мен шығысындағы сигналдардың уақыттың диаграммаларын тұрғызу.

Мысалы, берілген 3.1 кестесі бойынша сұлбаны синтездеу.

 

       3.1 кесте

X1

X2

X3

Y

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

 

а) Берілген ақиқат кестесі бойынша  (ДҚТ) қисындық өрнек мына түрде болады:

.

б) Карно картасы көмегімен ықшамдауды іске асыру (3.22 суретті қара) .

3.22 сурет

 

Торларды сәйкесінше минтермдермен (минтерм – мәліметтерді жинаудың барлық мүмкіндігінде тек қисындық 1 мәнін қабылдайтын айнымалы) толтырамыз. Көрші торлардың  контурын анықтаймыз.

 Контурларды анықтау ережелері төмендегідей:

1) контурдағы торлар саны 2n тең болуы керек;

2) контурлар тікбұрышты болулары керек;

3) контурға тек көрші торлар ғана кіре алады, яғни бір-бірінен айырмашылығы тең болатын торлар;

4) контурдағы барлық торлар 1 болуы керек;

5) контур ауданы ең үлкен болуы керек;

6) контурлар саны ең аз болуы керек;

7) контурлар қиылыса алады, яғни бір уақытта әртүрлі контурларға  жата алады.

Сонан соң көршілес торларды жабыстыру керек. Ықшамдалған функцияны есептеу. Ол мына түрде болады.

.                                                 (3.1)

(3.1)  көрініп тұрғандай әрбір миниметр екі көбейткіштен тұрады.

(3.1) теңдеуде Морган теоремасы бойынша  ЖӘНЕ-ЕМЕС базисіне түрлендіреміз.

(3.2)

(3.2) бойынша тұрғызылған ұстанымдық сұлба  3.23 суретте келтірілген.

3.23 суреттегі  сұлба  үшін  сигналдардың уақыт  диаграммалары 3.24 суретте келтірілген.

 

 

 

                       3.23 сурет

3.3.2 Дешифратор.

3.3.2.1 Жалпы мағлұматтар.

Дешифратор – бұл  көп шығысты комбинациялық қисындық сұлба (КЛС), онда кірістегі айнымалылардың әрбір комбинациясына тек бірғана  ығыстағы бірлік сигнал сәйкес келеді.

Екілік дешифратор екілік кодты «k-ден 1» кодына  түрлендіреді.

ЭЕМ-да дешифратортакт номерін, есте сақтау ұяшық адресін, арналарды коммутациялау  үшін қолданылады.                                                        k шығыстан  n кіріске ие болады.                                   3.24 сурет

 

Дешифратор кірістері 1,2,4,8…разрядты екілік салмақтармен шығыстары олардың қоздыруын тудыратын  жиындар номерлері  –  белгіленеді. 3.25 суретте үш разрядты екілік дешифратордың шартты белгіленуі келтірілген. Кейде дешифраторда белгілі уақыт аралығымен шығыс сигналдарын өңдеуге рұқсат ететін стробирлеу операциясы орындалады. Мысалы, қосымша кірістерді енгізу

(3.25 суреттегі С кірісі), ол дешифратордың әрбір қисындық элементіндегі  (ҚЭ) ақпараттық кірістерге параллель немесе барлық ҚЭ кіріс тізбектерінің біреуі арқылы оқшаулауға арналған.

 Егер k =2n   болса дешифратор толық деп аталады, яғни ол барлық минтермдерді ( кірістегі әрбіп  комбинация үшін шығыс шинасы бар) іске асырады.

Егер кіріс жиындарынын бөлігі қолданылмаса онда  дешифратор толық емес k<2n .                                                     

 

Жалпы жағдайда дешифратор сұлбасы меншікті функцияларының жиынтығы түрінде жазылуы мүмкін.

3.25 сурет   

 

мұндағы  - кірістегі екілік айнымалылар.

Дешифраторды әртүрлі элементтік базистерде құрастыруға болады.

Мысалы,   «ЖӘНЕ» болса кіріске тура және инверстік кіріс сигналы беріледі.

Дешифраторларды құрастырудың тиекті үш әдісі қолданылады:

а) сызықтық немесе матрицалық;

б) пирамидалық – немесе ағаш сияқты;

в) тікбұрышты және сатылы.

3.3.2.2 Матрицалық  дешифраторды синтездеу.

Матрицалық дешифратор – бұл  k жеке жұмыс жасайтын

[n,1] полюсниктердің қарапайым бірігуі, шығыс  функциясы  қандайда бір минтермге тең болады.

Мысалы  n=3 (үш разрядтық), k =23 =8 шығысы бар дешифраторды  синтездеу керек болсын делік.

3.2 кестеде ақиқат кестесі келтірілген :

 

3.2 кесте

Х3

Х2

Х1

F0

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

1

0

0

0

0

0

0

2

0

1

0

0

0

1

0

0

0

0

0

3

0

1

1

0

0

0

1

0

0

0

0

4

1

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

5

1

0

1

0

0

0

0

0

1

0

0

6

1

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

7

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

1

Меншікті функциялары мына түрде болады:

F0 = ;       F4 = ;

F1 = ;       F5 = ;

F2 = ;       F6 = ;

F3 = ;        F7 = .

 Дешифратордың ЖӘНЕ қисындық   элементтердегі жұмыс істеуі 3.26 суретте келтірілген.

Дешифрлеу  С строп сигналын берген кезде ғана іске асырылады.

Артықшылықтары:

− құрастыруының  қарапайымдылығы;

− жоғары тез әсерлігі.

Матрицалық дешифраторларды 4- тен 8 разрядқа дейінгі ИС пайдалану тиімді болып келеді.

 

 

 

             3.26 сурет

 

3.2.3 Дешифратор разрядтылығын өсіру сұлба.

Аз разрядты дешифраторларды үлкен разрядты  дешифраторларға құрастыруға болады, ол аппарттаттық шығындарды азайтады. Пирамидалық құрылым бойынша кіріс коды разрядтылығы аз разрядты  дешифратор кірістер санына тең топтарға бөлінеді.

Мысалы, 6-разрядты  сөзге арналған дешифратор 3 разрядты стробталған (оқшауланған) дешифраторларда  бірдей  9 ИМС тұрады (3.27 суретті қара).

Жалпы стробтау (оқшаулау)  бірінші ДС-1 кіріс сигналы  С бойынша жүргізіледі.                                                          

                                                                                                   3.27 сурет                   

 

С=0 болған кезде ДС-1 барлық шығыстарында «0» болады және екінші сатының  дешифраторы  барлық шығыстарында да осыған байланысты  «0» болады.

         ДС-1 кірістеріне кіріс кодының үш үлкен разряды,  ал ДС-2…9 кіші разрядтары   беріледі.

С=1 болаған кезде  ДС-1  сәйкес шығысында «1»  пайда болады да, екінші сатыты дешифраторды оның кірісі «С» бойынша тірейді. Осы  2-ші сатылы дешифратор   төменгі разрядты шифрлайды.

Мысалы, кіріс саны 111010 – 58 екілік кодта. Осы санды 3 разрядпен  111 және 010 екі топқа бөлеміз. ДС-1 шығысында 111 коды бойынша  «1»  7-ші шығысты аламыз, ол ДС-9 жауып тастайды. Оның кірісінде  010, яғни «1»  2-ші шығыста, ол 58 санына сәйкес келеді.

3.3.3 Шифратор.

         Шифратор (СД)  дешифраторға кері функция.

Екілік шифратор – КЛС «N-нен 1» кодын екілікке ауыстырады. Кірістердің біреуінде «1» болған кезде, шығысында қозған кіріс номеріне сәйкес келетін  n- элементтер комбинациясы пайда болады.

         Шифратор пернетақтадан мәліметтер енгізу үшін басылған тетік номерін екілік кодқа түрлендіру үшін қолданылады. Толық екілік  шифратор Nвх =2n – кірістерге ие, мұндағы n- шығыстар саны, толық емес Nвх<2n.

Мысалы, «10-4» толық емес шифраторын қарастырайық. 3.3 кестеде  шифратор жұмысының ақиқат кестесі келтірілген.

 

3.3 кесте

№ кір.

       Шығыстар

Fi

x4

x3

x2

x1

F0

0

0

0

0

F1

0

0

0

1

F2

0

0

1

0

F3

0

0

1

1

F4

0

1

0

0

F5

0

1

0

1

F6

0

1

1

0

F7

0

1

1

1

F8

1

0

0

0

F9

1

0

0

1

 

3.3 кесте бойынша меншікті функцияларын құрайық:

x1=F1+F3+F5+F7+F9

x2=F2+F3+F6+F7

x3=F4+F5+F6+F7

x4=F8+F9

«НЕМЕСЕ» элементтеріндегі сұлба 3.28 суретте келтірілген.

ЖӘНЕ-ЕМЕС меншікті функциялары (Де Морган теориясы бойынша түрленген) мына түрде болады:

x1=;         ;

;           .

ЖӘНЕ-ЕМЕС элементтеріндегісұлба 3.29 суретте келтірілген.

 

                        3.28 сурет                                        3.29 сурет

         

         

 

Шифратордың шартты белгісі 3.30 суретте келтірілген.

 

   

 

                   3.30 сурет

         3.3.4 Мультиплексор

Мультиплексор – көпкірісті КЛС бір шығысты кірістердің  біреуіне  екілік кодпен берілген басқарушы сигналға байланысты жалғыз ортақ шығыс шинасын қосады  (3.31суретті қара).

 

                  3.31 сурет  

                              

          Мультиплексор параллель кодты тізбектектерге ауыстыру, кодтарды салыстыру үшін және т.б. қолданылады.

Микросұлбалар серияларында  мына  мультиплексорлар қолданылады:

а) 4 в 1 (n=4  k=2 );

б) 8 в 1 (n=8  k=3);

в) 16 в 1 (n=16 k=4).

4–1-ден мультиплексорлар құрастырайық. n=4, k=2  (n=2k) үшін меншікті функция мынау болады:

.

Ақиқат кестесі 3.4 кестеде:

 

       3.4 кесте

V2

V1

F

0

0

x1

0

1

x2

1

0

x3

1

1

x4


            3.31 сурет                                 

Мультиплексор сұлбасы ЖӘНЕ-ЕМЕС үшін 3.32 сурет келтірілген. 3.33 суретте  мультиплексордың шартты белгісі келтірілген.

 

 

 

 

3.33 сурет

3.5 Демультиплексор

 

Демультиплексор мультиплексор  функциясымен кері  функцияны орындайды, яғни бұл КЛС, бір ақпараттық кіріс  F, k басқарушы  кірістері Vk...V1 және  n ақпараттық шығыстардан  (х1…хn) тұрады. n=2k тең болады.

Қате байланыс қатесі бір арнаның  мәліметтерін бірнеше қабылдағыш арасында тарату үшін қолданылады.

Мысалы, n = 4;  k = 2 демультиплексор құрастырамыз.

Ақиқат кестесі а (n=4; k=2) 3.5 кестеде келтірілген.

 

3.5 кесте

V2

V1

x1

x2

x3

x4

0

0

F

0

0

0

0

1

0

F

0

0

1

0

0

0

F

0

1

1

0

0

0

F

 

Қисындық теңдеу мына түрде болады:

 

 

 Қате!Байланыс қате сұлбасы  «4/1 » 3.34 суретте келтірілген.

3.35 суретте демультиплексордың шартты белгісі көрсетілген.

 

                3.34 сурет                                                                 3.35 сурет

 

3.4 Тізбектелінген   қисындық сұлбалар

3.4.1 Триггерлер.

3.4.1.1 Триггердің құрылымдық сұлбасы.

Ең қарапайым  тізбектелінген  қисындық сұлба  – триггер 2 тұрақты тепе-теңдік күйіне  – «1» және «0» ие. Сыртқы әсерсіз ол ұзақ уақыт тұрақты жағдайда болады, ендеше ол ақпаратты   уақытша сақтауға арналған есте сақтау элементі. Оның екі шығысы  бар: Q тура және  инверсиялық. Триггер күйі тура шығыстағы  потенциал мәнімен анықталады.

Q = 1 болғанда, бірлік күй = 0.

Q = 0 болғанда , нолдік күй = 1.

Жалпы алынған құрылымдық сұлба 3.36 суретте  келтірілген, мұндағы,

S, R – орнатылған кірістер;

X1,…,Xn – информациялық кірістер;

C1,…,Cm –синхронизация кірістері;

V1,…,Vk – басқарушы кірістер (рұқсат ету);

S*, R* – есте сақтав  ұяшығының  (ЕСҰ) орнатылған кірістері.

 

 

3.36 сурет

 

Сұлба Q  және   шығыстарынан кері байланысқа ие болады және  (БС) басқару  сұлбасының  шығыстарынан (БС)  кірістеріне кері  байланысқа ие.

3.4.1.2 Триггерлерді кластарға бөлу.

а) қисындық құрылымы  немесе функционалдық белгісі бойынша былай  бөлінеді (3.37  суретті қара):

1) RS-триггер  бөлек  0 және 1 (set – қондырғы 1, reset – қондырғы 0).

11 топтамасына тиым салынған .

2) D-триггер –1 кірісі  бойынша ақпаратты қабылдау. Оның күйі  токтылық сигналмен анықталатын кіріс сигналы біраз  кешігіп  қайталайды  (delay – кешігіп).

3) Т-триггер – есептегіш кірісті,  тригердің қарам-қарсы  күйге көшуі  кез келген келесі сигнал арқылы орындалады (toggle – ауыстырып қосқыш).

4) DV-, TV-триггерлерінің  қосымша  V кірісі  (valve – клапан, вентиль) бар. V = 1 болғанда , DV-триггер D сияқты жұмыс  істейді , ТV-триггер к T-триггер сияқты  V = 0 болғанда  триггер күйі  сақталады.

5) JK-триггер – «0» және  «1» қондырғысы бөлек  әмбебап триггер. Алуға тыйым салынбаған. 11 болған кезде  тактілік  кіріске қатысты  Т-триггер сияқты жұмыс істейді. Бөлек қолдану кезінде  J – қондырғы «1», K – ауытқу «1» немесе  орнату «0».

6) құрамдастастырылған триггербірнеге режимді (RS-T, JK-RS, D-RS  және т.б.) біріктіреді.

7) күрделі  логикалы триггер– мысалы, J және  K кірістер тобы  бар JK-триггер, олар операциясымен жалғанған &: J = J1J2Jn, K = K1K2Kn. Мұндағы n – әрбір топтағы кірістер саны.

 

 3.37 сурет

 

б) триггерлерді  ақпаратты жазу  тәсіліне қарай  кластарға бөлуі  3.38 суретте келтірілген.

 

3.38  сурет

 

Ақпаратты жазу   тәсіліне қарай   триггерлер  асинхронды және тактіленген  деп  бөлінеді. Асинхронды триггер күйі кіріске сигнал берген кезде тікелей өзгереді.Осы кезде екі теріс салдар пайда болады:

а) алдыңғы күй туралы ақпарат  пайдаланылмайды;

б) күрделі аспаптардағы триггер жұмысында «жарыс» немесе «сигналдар сайысы» эффектісі  ҚЭ әртүрлі тез әсерлігіне байланысты (тез әсер ететіндері  тез жұмыс істейді).

Синхрондық, яғни  элементтерін бір уақытта қайта қосу оның сенімділігін арттырады.

Тактіленетін (синхрондалатын) триггерлер қосымша тактілеуші кіріс  С (Clock) ие болады.  С сигналы басқару сұлбасына ақпаратты триггерге қосуға рұқсат береді, бірақ триггер күйі тактілік  импульс аяқталған мезетте ауысады ( синхросигналдың  «1» ден  «0» өтуі).

Тактіленген триггерлер бөлінеді:

а) тактілік кірістер саны бойынша – біртактілі және  көптактілі;

б) синхронизация тәсілі бойынша:

1) синхрондық, жазбаларды  статистикалық басқару (яғни деңгеймен). Триггер бір деңгейде белгіленген  режимде, басқа деңгейде – бөлек  режимге көшеді;

2) синхрондық, жазбаларды   динамикалық басқару (өсу уақытында  – тура динамикалық кіріс немесе  импульс түсуі – инверсиялық динамикалық кіріс) немесе  фронттармен басқару.

Жазбаларды  статистикалық басқару триггерлері деңгей сандарына байланысты бірдеңгейлік және екідеңгейлік  – MS-триггерлер деп бөлінеді.

3.4.1.3 Асинхронды RS-триггер.

а) Көшу кестелері.

Екі тұрақтылы қарапайым RS-триггері көшу кестесіне сәйкес қызмет атқарады ( 3.6 кестені қара).

 

3.6 кесте                                         

N

Rn

Sn

Qn

Qn+1

0

0

0

0

0

1

0

0

1

1

2

0

1

0

1

3

0

1

1

1

4

1

0

0

0

5

1

0

1

0

6

1

1

0

Х

7

1

1

1

Х

      

Qn tn  мезетіндегі триггер қалпы, басқару сигналдарының келуіне дейін  Rn және  Sn ;

 Qn+1 tn+1. мезетінде триггердің ауысатын қалпы.

3.6-кестесінің  0,1 жолдарынан  Sn=0, Rn=0, болғанда   Qn+1= Qn, яғни триггер қалпы сақталатындығын көре аламыз.

 2,3  жолдарынан,  Sn=1 Rn=0 болғанда Qn - тәуелсіз алдынғы қалпы жаңа қалыпта болады - Qn+1=1.

 4,5 жолдарынан  Rn=1 болғанда  (жойылады) және Sn=0 болғанда,  Qn  –тәуелсіз алдыңғы қалпы жаңа қалыпта болады -  Qn+1=0.

6,7 –нен Rn=1, Sn=1- тыйым салынған жинақ екенін көруге болады,  яғни  S=1 болғанда бір уақытта “1” белгілдеуге болмайды,  R=1 болғанда  “0” белгілейді.  Qn+1 қалпы анықталмаған болып табылады  (шығысында  «0» немесе  «1» болуы мүмкін).

б) Өшіп-жану қызметі.

3.6 кестесі бойынша сипаттамалық теңдеуін жазып алайық  Qn+1=f(Rn, Sn, Qn) , оны  дизъюнктивті қалыпты формула ретінде

RnSn=X – тыйым салынған жинақ.

Минтерндер үшін (1константы) Карта Карно 3.49-суретте келтірілген.  Жинақтардың айқындалмаған белгілерін бірліктермен табу керек.  Сонда – екі  контур қалыптасады және сипаттамалық теңдеуі келесідей болады.

 

                            .                                                             (3.3)

 

Макстермдер үшін (0 константа) Карта Карно 3.50-суретінде келтірілген.  ХХ белгісіздігін нөлдермен анықтаймыз. Сипаттамалық теңдеуі келесідей болады  (3.4).

 .                                                          (3.4)

 

                   3.39 сурет                                             3.40 сурет

 

 НЕМЕСЕ-ЕМЕС немесе ЖӘНЕ-ЕМЕС бір элементті базистерінде триггерлерді қарайық :

 (3.3) -тен             ;              (3.5)

(3.4)-тен                ;              (3.6)

 (3.3)-тен                ;                  (3.7)

из (3.4)                                     (3.8)

в)  триггерлердің іске асуы

НЕМЕСЕ-ЕМЕС  базисіндегі тікелей кірісті асинхронды триггерлер  3.5 және 3.6 суреттерінде келтірілген.   Қисындық  құрылымы 3.41-суретінде, шартты белгіленуі - 3.42-суретінде келтірілген.                

 

 

                 3.41 сурет                                         3.42 сурет

 

3.7-кестесінде ауысулардың қысқартылған кестесі келтірілген.  S=1, R=1 – тыйым салынатын жинақтар.  Екі S –кірісінен тұрады,  1 құру, R – құру  0.

 

3.7 кесте

Rn

Sn

Qn+1

0

0

Qn

0

1

1

1

0

0

1

1

X

Инверсті кірісті асинхронды триггерлер  (3.7) және  (3.8) суреттерінде келтірілген,  ЖӘНЕ-ЕМЕС базисінде жүзеге асырылады.  Қисындық құрылымы  3.43-суретінде,  шартты белгісі  -  3.44-суретінде келтірілген.                

                 3.43 сурет                                                     3.44 сурет

 

3.8-кестесінде ауысулардың қысқартылған кестесі келтірілген. .    – тыйым салынатын жинақтар.

3.8 кесте

Qn+1

1

1

Qn

0

1

0

1

0

1

0

0

X

 

 

 

 

г) триггер - жадыда сақтаушы тор ретінде.

RS-триггері тұрақты күйлердің біреуін бір кірістегі  ақпараттық сигналдың көп еселі өзгеруінен екінші кірістегі ақпараттық сигналдың нөлдік мәнінде сақтайды.

2.8-кестенің  0,1 жолынын R=S=0 болғанда       Qn+1=Qn, триггер қалпы өзгеріссіз қалады.

 2, 3 жолдарынан,  R=0; S=1; триггердің кез келген жағдайында   Qn+1=1 болады.

 4, 5 жолдарынан  R=1 S=0  триггердің кез келген жағдайында     Qn+1=0.

Бұл қасиетті сақталатын тордың асинхронды триггері түзеді.

д)  асинхронды RS-триггера графы

Асинхронды RS-триггері жұмыс істеу қағидасын келесі сызба түрінде айқындауға болады.

Граф төбесі дөңгелектермен айқындалған – триггердің ішкі қалпы,  доғалар – қабырғаларының бағыттары– сызықтармен белгіленеді, бір төбеден басталып сол төбеден немесе басқасынан бітеді.  Доғалар мен кетіктер кіріс сигналдарының әсерінен болған өзгерістерді айқындайды.  11 жоқ болса – тыйым салынған құрамалар. Мысалы,                                   3.45 сурет

триггер 1-ден 1-ге қосылатын кіріс

сигналдарының комбинациясын анықтау қажет.  Кетік жанында 00, 01. Бұл  R=0 S=0 немесе  1 білдіреді

3.4.1.4 Тактіленетін RS-триггері.

3.46-суретінде көрініп тұрғандай  ЖӘНЕ-ЕМЕС қисындық элементтеріндегі  RS-триггерінің тактіленген сұлбасы келтірілген. Сақталынатын әрбір тордың кірісінде сәйкестік қосымша сұлбасы бар (ЖӘНЕ-ЕМЕС). Олардың бірінші кірістері біріктірілген,  оларға синхронды импульстер беріледі, екінші кірістерге  – ақпараттық сигналдар беріледі. С=0 болғанда –  триггер қалпы өзгеріссіз қалады.  3.47-суретінде және  3.9-кестесінде триггердің шартты белгіленуі және сәйкесінше көшудің қысқартылған кестесі келтірілген.

                     

 

 

                            3.46 сурет                                              3.47 сурет

        3.9 кесте

Сn

Sn

Rn

Qn+1

0

0

0

Qn

1

0

0

Qn

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

Х

Сипаттамалық теңдеуі келесідей түрде

болады  ; CRS≠1  С=1

болғанда S=1 Q=1;  R=1 болғанда Q=0.


ЖӘНЕ-НЕМЕСЕ-ЕМЕС  элементеріндегі   RS-триггерінің сұлбасы 3.48-суретінде келтірілген.

 Мұндағы,  - кез келген ақпараттық нөлдік сигнал триггерінің асинхронды құрылымы.  

-тікелей жады тізбегіне берілген.

 

3.4.1.5 JK-триггері (әмбебап).

Тактіленетін JK-триггер  3 кірістен тұрады: С. Бірақ бірсатылы триггер  сақтау жадысы екі мағынада жұмыс істейтіндіктен сенімсіз болып 3.48 сурет                            келеді, ақпарат көзі ретінде қызмет етеді– оның

басқару сұлбасына бұрынғы қалпының сигналы барып түседі;

қабылдағыш ретінде қызмет атқарады – жаңа қалыпқа келеді және ескісі жойылады. Екі операцияның біруақытта орындалуы мүмкін емес болып табылады. Сондықтан екісатылы триггерлер динамикалық басқарумен құрылады.

3.4.1.6 D-триггер.

1 кірістен, 2 шығыстан тұрады, сигналдың бөгелуін қамтамасыз етеді.  Қайта қосылу  функциясы , шығыстағы ақпарат алдындағы кіріс ақпаратына тең болып келеді.

Бірақ әдетте тактіленетін триггерлер құрылады.  Ақпаратты қабылдау мезеті С тактілі сигналымен анықталады.

 D-триггерінің дұрыс қызметі үшін кіріске ақпарат келгеннен кейінгі С синхросигналының уақыт  интервалы дұрыс сақталу қажет. Сипаттамалық теңдеуі келесідей болып келеді: .

Тактіленетін  D-триггер  2 кірістен тұрады: А- ақпараттық, С – тактіленетін (3.49 суретті қара).

 

                                                   3.49 сурет                            3.50 сурет

 

Мұндағы ҚЭ1, ҚЭ2 – басқару сұлбасы, ҚЭ3, ҚЭ4 – жадыда сақтау торлары.

 3.49 және  3.50 -суреттерінде  – шартты белгіленулері және V-триггерлер, пунктирмен  V-рұқсат етілген қосымша кірісі көрсетілген .

С=1 болғанда триггер жазылады, кірістен С синхросигналына дейінгісі  көрсетіледі.

V –триггерінде,  V=1 болғанда  ретінде қызмет етеді.

V=0 болғанда – ақпарат жадыда сақталады.

 

3.4.1.7 Т-триггер.

Ақпараттық кірісі бар  Т триггер кірісіне сигнал барып түскенде қайта қосылады. Триггердің жұмыс істеу логикасы 3.10-кестесінде келтірілген.

 

Tn

Qn

Qn+1

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

 

 

 

а)                                              б)      

3.51 сурет                        

 

Сипаттамалық теңдеу    көрініп тұрғандай, триггер 2 модулъ бойынша қосындының тудыратындығын көруге болады.  (3.51-суретіне және  3.10-кестесіне қара).

Шығысының жиілігі кірісіне қарағанда 2 есе төмен.  Сондықтан, триггерді екіге бөлгіштік және есептеу аспаптарын құраушы ретінде қолдануға болады.  

Т-триггер  D-триггерінен   берілісін  D кірісіне апару арқылы алуға болады, керісінше тыйым салынады, сондықтан өндірісте RS және JK-триггерлерінен құралады (3.52 суретті қара).

3.52 сурет

 

 

3.4.1.8 Екісатылы триггер.

Көпразрядты аспаптардың сенімді және дұрыс қызметі үшін екісатылы   MS-триггер қолданылады. Ол екі бөліктен құралған: М-master –негізгі, S-slave – көмекші – қосалқы. Осы сатыларға бір уақытта ақпарат қабылдауға тыйым салынған. Үрдістер арасындағы қайшылықтар жойылған: ескі жазбаны сақтау және жаңа жазба жазу. Ең алдымен бірінші сатыда жаңа ақпарат қалыптасады және бұл кезде екіншісінде ескі жазу сақталады. Содан кейін ақпарат 1-сатыдан 2-сатыға беріледі. Бірінші саты триггер атауын айқындайды.  MS-триггер құраушысы ретінде екі синхронды триггер және   инвертор қолданылады.

Мысалы,  3.53,а суретінде  RS-триггер екісатылы триггер қисындық элменеттерде құралған,  3.53, б суретінде  –бірсатылы триггерлерде.

Триггер нөлдік қалыпта болады Q=0. Кіріске С=1; S=1; R=0 берілген. Триггердің бірінші сатысы «1» қосылды. Шығысында  ҚЭ3 «1», шығысында ҚЭ4 «0». Бір уақытта инвертор ҚЭ5 және ҚЭ6 кірісінде  «0» синхронды сигналына қосылады және ол  ҚЭ7 және ҚЭ8 қалпын өзгерпейтін ҚЭ5 және  ҚЭ6 шығысында  «1» кіреді.

Синхронды сигналдың С=0 болып ауысқан кезінде ҚЭ1 және ҚЭ2 шығыстарында «1» бар болады, және ҚЭ3 және ҚЭ4 өздерінің қалыптарын сақтап қалады, ал ҚЭ3 және ҚЭ4 сигналдары ҚЭ5 және ҚЭ6 сигналдарына жазылады, яғни ақпарат триггердің бірінші сатысынан екінші сатысына барып жазылады.

Шартты белгілеуде екі ТТ белгісі бар болады (3.53 суретті қара) рую.

 

 

 

 

 

 

В условном обозначениок 3.53,в           ).3.53 сурет

 

зRS-триггеріне кері байланысты қосу арқылы ҚЭ8 шығысынан ҚЭ1 кірісіне және ҚЭ7 шығысынан ҚЭ2 кірісіне  екісатылы JK-триггерін алуға болады  (3.54 суретті қара).

 

                                     3.54 сурет

 

Сипаттамалық теңдеу келесідей болып келеді . Көшу кестесі келесі 3.11-кестесінде келтірілген, ал шартты белгіленуі  3.55-суретінде келтірілген.

 

3.11 кесте

Jn

Kn

Qn+1

0

0

Qn

1

0

1

0

1

0

1

1

 

                                                      

 

 

3.55 сурет

 

          3.4.2 Регистрлар.

3.4.2.1 Белгіленуі мен классификациясы.

Регистр – бұл екілік сандардың қабылдау, сақтау, қайта өзгерту және шығаруға бағытталған реттік аспап болып табылады.

 Регистрлер көптеген функционалдық мүмкіндіктерге ие.  Кеңінен таралған. Басқарушы және жадысында сақтаушы, генераторлық және кодтарды өзгертуші, есептеу құралдары, бөлгіштер және т.б. ретінде қолданылады.

Регистрдің тиекті элементтері динамикалық және статикалық басқарушы  D-, RS-, JK-триггертері болып келеді.  

Бір триггер 1 бит ақпаратты жадысында сақтай алады, яғни оны бір разрядты регистр деп есептеуге болады. ЭЕМ көпразрядты сандармен операциялатындықтан, регистр ретінде триггерлердің жинақтары мен жалғастары қолданылады.

Сондай-ақ регистр қосымша элементі ретінде КЛС құрамына кіреді.  Ақпаратты сыртқы регистрге енгізу- бұл енгізу мен жазу немесе оны оқу  операциясы болып табылады.  ЖЖҚ қарағанда ақпарат бірнеше тактіден артық сақталмайды. 

Барлық регистрлер келесілерге бөлінеді:

а)  қызмет қағидасы бойынша:

−        жинақтаушы (жады регистрлары, сақтау);

−        қозғалатын (бір ретті сақтау және кодтардың өзгерісі);

б) ақпаратты тексеру мен шығару тәсілі бойынша:

−        параллельді;

−        ретті;

−        аралас (параллелді-ретті, ретті -параллельді);

в) беріліс бағыты бойынша:

−        бірбағытты (оңға және солға);

−         реверсивті;

г) синхронизация тәсілі бойынша:

−      біртактілі;

−      көптактілі;

д) қабылдау арнасы бойынша:

−        бірфазалы;

−        екіфазды.

3.4.2.2 Сақтау регистрі.

3.56-суретінде параллельді қабылдау мен ақпаратты беру регистрінің сұлбасы келтірілген.  Региср шығысына жадысына сақтауға  n-разрядты сөз беріледі (X1 …. Xn).

 

3.56 сурет

 

Мұндағы шина  белгілеулері: П – қабылдау, С – синхронизация, В – тапсыру, Пр – ақпаратты түрлендіру, «0» – RS-триггерлерінің шығысына нөлді құру.

Сақтау регистрі «И». элементтерінің қисындық RS-триггерлеріне құралған.  

Барлық триггерлердің R  кірістері тастау шинасымен қосылған және қайтадан ажыратыдған  (Құр. «0»).   «0» регистрін құру үшін Құр «0» және  «С» бойынша біруақытта  «1» беру қажет (тактирациялық кірістерді біріктіретін синхронизациялар)

Ақпаратты қабылдау және жазу.

Келесі тактіде  Х1, Х2,…, Хn кодтары параллельді түрде «И» қисындық элементтерінің кірісіне түседі, біруақытта «1» сигналы – Қ (қабылдау) шиналары  және С бойынша өтеді.  «И» шығыстары «S» кірістерімен байланысқан.

 Хi=1 триггерлерде разрядтарі бірлік қалыпта құрылады,  мұндағы Хi=0 – триггер қалпы өзгермейді.

Ақпаратты беру

 Q триггер сигналының тікелей шығысына «И» қисындық элементтерінің кірісіне барады.  «И» екінші шығыстары «В» ақпаратының жалпы шинасымен байланысқан болып келеді.  Регистдың шығысында Х1,….Хn тікелей кодын аламыз.

Шина бойынша сигналды беруде Пр - қайтақұрылу, «И» сұлбасына барып түседі,  «И» кінші шығысында -  -ден,  «И» шығыстарында   кері коды пайда болады. Оқуда триггер қалпы өзгеріссіз қалады, яғни оқылу ақпаратты бұзбай бірнеше рет жүзеге асырыла алады.

3.4.2.3 Қозғалу регистрлері.

Қозғалу регистрі қозғалу операциясын орындайды – әрбір тактілі импульстің құрамына сәйкес триггердің әрбір разрядының тактісінің «1» және  «0»  ретін  бұзбай қайта жазылуы жүзеге асырылады .

Қозғалмалы регистрлер келесілерге бөлінеді:

−      ақпаратты оңға жылжыту – төменгі разрядтарға қарай;

−         жан-жағына жоғары разрядтарға қарай;

−         реверсивті – солға немесе оңға қарай жылжыту.

Сұлбаларды RG символарының астына  стрелкалар қойылады.

Қозғалыс регистрлері  RS, JK, D, DV триггерлерінде құралады,  бір және екісатылы, бір және көпсатылы. Тізбекті және параллельді шығыс және паралелльді және тізбекті шығыс болуы мүмкін.

3.4.2.4 Бірсатылы триггерлердегі қозғалыс регистрлері.

Бірсатылы триггерлерде регистрлер екітактілі сұлбаларда құралады (3.57 суретті қара). Әрбір разряд екі триггерден құралады – негізгі және қосалқы.

3.57 сурет

 

Тиекті триггерлер тиекті  RG1 регистріне, қосалқысы – RG2 триггеріне жалғанады.

Ақпарат 2 тактіге қозғалады: RG1 тиекті регистрі  құрамы бойынша  С2 сигналы RG2 қосалқысына қайта жазылады, ал С1 сигналы арқылы қайтадан  RG1 жазылады, бұл кезде ақпарат 1 разрядқа оңға жылжиды. m-разрядтарының жылжуы үшін осы импульстердің  m қажет,  С2  және С1  импульстері қажет. С2  және  С1  екі тізбетілікті С2 және С1 шиналарын инвертормен байланыстыру арқылы бір  С2 –мен алмастыруға болады.  

3.2.3.1 Екісатылы триггерлердегі қозғалыс регистрлері.

Екісатылы триггер сұлбасын қозғалтуда регистр сызбасы қысқарады  (3.58 суретті қара).

3.58 сурет

Екісатылы триггерлерде бірінші саты С сигналдарымен басқарылады, ал  2-шісі  С инверсті сигналмен.  Бір триггерлердің шығысы екіншілердің кірісімен байланысады, қозғалыс әрбір синхроимпульспен жүзеге асырылады, сондықтан біртактілі қозғалысты регистр деп аталады.

Санды солға жылжыту регистрі  3.59-суретінде, реверсивті – 3.60-суретінде, шартты белгілеулер – 3.61-суретінде келтірілген.

 

 

 

 

3.59 сурет

3.60 сурет

 

3.61 сурет

            3.4.3 Есептеу құралдары.

Есептеу құралы бұл кіріс сигналдарының  санын  есептеуге осы санның екілік кодын сақтауға арналған тізбекті сұлба болып табылады.  Бағдарлама командаларының ретпен орындалуын, орындалған операциялардың цикл санын есептеуге, жиіліктерді бөлуге және т.б. қолданылады.

3.4.3.1 Жіктелуі:

а) санау жүйесінің тиекі бойынша:

   - екілік;

   - екілік-ондық;

   -  ≠ 2 емес және  ≠ 10 емес тиекде;

б) бағытына байланысты:

   - суммаланатын;

   - алынатын;

   - реверсивті;

в) разрядтарының санына байланысты:

  - бірразрядты;

  - көпразрядты;

г) беріліс тізбегінің ұйымдастырылуы бойынша:

  - тізбекті;

  - отпелі;

  - параллельді;

  - группалы:

д) қолданылатын тирггерлерінің түрі бойынша:

  - бірсатылы;

  - екісатылы;

  - көпконтактілі;

  - көпконтактілі;

е) жағдайының өзгеру реті бойынша.

  - табиғи (код 1-ге өзгергенде);

   - шоттың өздігінен өзгеруі кезінде  (кодтың мәні 1-ден артық мәнге өзгергенде);

  - қайта есептеу сұлбасы – шығу сұлбасы 1 белгілі бір санының кірісіне берілгеннен кейін ғана жүзеге асырылады.

е) қосылу тәсілі блйынша

  - асинхронды;

  - синхронды.

3.4.3.2 Негізгі параметрлері:

а) шот модулі, қайта есептеу коэффициенті – есептеу құрылғысын бастапқы қалпына келтіретін 1-кірісіне келгендер саны.

М=2n, мұндағы n – разрядтар саны; 

б) есептеу құралы сыйымдылығы S=2n-1;

в) разрядтар саны n=log2M;

г) тезқозғалыс –  fмах қосылуының максималды жиілігімен анықталады және уақытпен рұқсат етілетін- есептеу құралының үздіксіз жұмыс істеу кезіндегі екі кіріс сигналының арасындағы минималды уақытпен анықталады.

3.4.3.3 Тізбекті орынауыстыру есептеу құралдары.

а) Суммалайтын есептеу құралдары.

Екілік сандардың тізбектілігін қарастырайық – тура шот кестесі  (3.12 кестені қара). Көрініп тұрғандай,  көрші үлкен разряд өзінің қалпын кішісінен 1-ден 0 ауысқанда өзгертетіндігі көрінеді, яғни есептеу құралдары инверсті динамикалық басқарушы триггерлер тізбегінен немесе екіразрядты  MS-триггерлерінен құралатындығын көре аламыз.  Суммалайтын есептеу құралдарында ең алдымен «1» берілісінде R триггері кірісінде нөлдік  қалыптасады.

 

3.12 кесте

Кіру

Q3

Q2

Q1

0

0

0

0

1

0

0

1

2

0

1

0

3

0

1

1

4

1

0

0

5

1

0

1

6

1

1

0

7

1

1

1

 

3.62-суретінде  тізбекті орын ауыстырылатын суммаланатын есептеу құралы берілген, ол инверсты динамикалық басқарылатын триггерлер тізбегінен құралады.  Т - әрбір кіріс импульсінен жүзеге асырылатын триггерлер.  Бұл есептеу құралы сондай-ақ жиілікті бөлгіш болуы мүмкін.  Әрбір жоғары разрядты триггер төменгі разрядтағыға қарағанда екі есе баяу қосылады.  

3.62 сурет

3.63-суретінде көрсетілгендей ондық суммаланатын есептеу құралы келтірілген.  Есептеу құралы 10 қайта санау  коэффициентінен тұрады.  Ол   0-ден 9-дейін санайды. Оның кірісіне оныншы импульс түскен кезде оның барлық шығыстары нөлдік жағдайға қойылады. Сызбада  синхронды JK-триггерлер қолданылған. Бірінші триггер бірінші триггер өз жағдайын кіріс дабылының бір айырмасы келген сайын өзгертеді, себебі оның J және K  кірістері қисындық бірлікке ықтиярсыз қосылған. Екінші триггердің  J-кірісі төртінші триггердің инверсті шығысына қосылған, ал онда да сегізінші импульс келуіне дейін бірлік тұр. Бұл триггер бірінші триггер тура шығысынан келген кернеудің теріс айырмасынан косып өшіріліп отырады,  яғни 2,4,6,8 импульстарынан. Үшінші триггер 4 және 8 импульстарға қосылады.

Сегізінші триггерлердің келуімен бірінші үш триггерлердің тура шығыстарында қисындық нолдер, ал төртінші триггерлердің тура шығыстарында  – қисындық бірлік  тұратын жағдай орнайды. Тоғызыншы импульс  тек бірінші триггерді қайта қосады, және де бұл кезде оның шығысында басқа триггерлерге әсер ете алмайтын  болады. 

Тоғызыншы импульс бірінші триггерді нөлдік жағдайға келтіреді, және оның бірінші шығысында екінші және төртінші триггерлердің С-кірістене өтетін теріс айнымалы түзіледі. Екінші триггердің J-кірісіне төртіншінің инверсті шығысынан қисындық нөл барып түседі, сондықтан ол қандай жағдайда болмасын, оның тура шығысында қисындық нөл болады. «ЖӘНЕ» амалы арқылы төртінші триггердің J кірісіне нөл беріледі. Триггер бірлікті жағдайда болады, және басқарушы айнымалының С-кіріске өткенінен кейін триггер нөлге лақтырылады.

б) Алып тастаушы есептегіштер.

Кері есеп кестесінен (3.12 кестені қара),  кіші разрядтың «0» -ден «1»-ге өзгеруі кещінде үлкен разрядтың өз күйін өзгертетіні көруге болады.

Алып тастаушы есептегіштерде  (3.74 суретті қара) әр импульстің келуімен оның құрамы 1-ге азайып отырады. Есептегіш синхронды MS-T-триггерлер негізінде құрылған.

S кірісінде нөлдік дабыл беру арқылы барлық триггерлер алдын ала «1» беріліске қойылады.

3.63 сурет

                  

                

 

 

 

                                                  3.64 сурет

 

в) Реверсивті есептеу құралы.

Реверсивті есептеу құралы  (3.65 суретті қара) тікелей және кері есептеу тізбегінен тұрады.  ЖӘНЕ-ЕМЕС сұлбасының көмегімен триггерлер арасындағы байланыстар қайтақосылулары жүзеге асады.

3.65 сурет

 

3.66 сурет

 

3.66–суретінде реверсивті есептеу құралының шартты белгіленуі келтірілген.

3.5 Сандық жадыда сақтау құрылғысы

Есте сақтау құралдары (ЕҚ) интеграциялық дәрежелері  орташа, үлкен және өте үлкен болып келетін микросызбалардың кең дамыған класын құрайды. Мәліметтерді жазу, сақтау және тасымалдау үшін қолданылады. Функционалды қолданысы бойынша есте сақтау құралдарын келесі категорияларға бөлуге болады:

а)       оперативті есте сақтау құралдары ОЕҚ, немесе RAM – random access memory  – ерікті таңдау жадысы) айнымалы ақпаратты сақтауға арналған: ағымдағы есептеулерді жүргізуге қажетті бағдарламалар мен сандарды. Мұндай ЕҚ бағдарламаны орындау барысында ескі ақпаратты жаңамен алмастыруға мүмкіндік береді. Ақпаратты сақтау әдістеріне байланысты ОЕҚ статикалық және динамикалық түрлерге бөледі;

б)   тұрақты есте сақтау құралдары  (ТЕҚ, немесе ROM ‑ read only memory – оқуға ғана арналған жады) — басқару сызбалары бар жадының пассивті эелементтерінің матрицасы, қорек көзінен өшірген кезде ақпарат жойылмайды. Тұрақты ЕҚ тұрақты ақпаратты сақтауға арналаған: программалар, микропрограммалар, константалар және т.б. мұндай ЕҚ тек көп рет оқылу редижимінде жұмыс жасайды. Тұрақты есте сақтау құралдарын олардың программалау әдістеріне байланысты келесі категорияларға бөлуге болады:

1) маскалық ТЕҚ, яғни дайындалу кезінде бағдарламаланатын. ТЕҚ аталған  түрі бір рет ғана бағдарламаланады және ақпараттың келесіне өзгеруіне жол бермейді;

2) бағдарламаланатын тұрақты есет сақтау құралдары (немесе қолданушымен бағдарламаланатын ‑ ППЗУ) — бір рет электрлік бағдарламалауға мүмкіндігі бар тұрақты есте сақтау құралдары; олар маскалық ТЕҚ микросұлбаны қолдану үрдісінде есте сақтау матрицасын берілген бағдарлама бойынша электрлік жолмен бір рет өзгертуге мүмкіндік беруімен ерекшеленеді;

3) қайта бағдарламаланатын тұрақты есте сақту құралдары (ҚПТЕҚ) — көп рет электрлік қайта бағдарлама жасау мүмкіндігі бар тұрақты есте сақтау құралдары. Қайта бағдарламаланатын ЕҚ өз құрамын бірнеше рет өзгерте алады.

Сұлбада жалпы шина РПЗУ шинасы болғандықтан нәтижесінде сұлбаның нүктелері потенциалдары жалпы шинаға қатысты теріс болады.  Бірақ ЭБЛ сұлбасында ТТЛ сұлбаларындағы сияқты оң логика қағидасы                                іске асырылған, оған байланысты үлкен шығыс кернеуіне қисындық бір сигналы, ал  аз кернеуге- қисындық нөл сигналы сәйкес келеді.

Токтық ажыратып қосқыштың тездік әсері транзисторлардың қанығуға кірмеуіне байланысты, сондай-ақ қисындық нөлмен қисындық бір мәндері арасындағы кернеудің түсуі аз болуына байланысты жоғары болады. Осы сұлбаның  резисторлар кедергілерінің аз мәнін таңдау арқылы іске асырылады, транзистролардың шығыс сиымдылығының қайтазарядталу уақыт тұрақтысын азайту мақсатында өте пайдалы болып табылады.

Қарастырылған сұлбаның  шығысында РПЗУ, ал ОЗУ– шығысында-операцясын орындайтынын көру қиын емес.

Сандық жадыда сақтау аспаптарының негізгі параметрлері 3.13-кестесінде келтірілген.

 

3.13 кесте

Параметрі

Белгіленуі

Анықтамасы

Ақпараттық

Сыйымдылығы

N

ЕҚ жинақтауышындағы жады битінің саны

 ЗУ сөздер саны

П

ЕҚ жинақтауышындағы сөздер мекенінің саны

Разрядтылығы

Т

ЕҚ жинақтауышындағы разрядтар саны

Шығысы бойынша бөліну коэффициенті

Кр

ЕҚ шығысына бір уақытта қосылған болатын бірліктік кернеулер саны (басқа ИМС кірістерінің)

Қолданылатын қуаттылығы

Рс

Белгіленген жұмыс режимінде  ЗУ қолданылатын қуат

Сақтау кезіндегі сақтау режимі

Рсх

Таңдамау режимінде ақпаратты сақтау кезінде ЗУ қолданылатын қуат

Ақпаратты сақтау уақыты

T

Берілген режимде ЗУ ақпаратты сақтайтын уақыт интервалы

Тезқызметтік

 

Тез әрекеттесу сандық жағынан бірнеше уақыттық өлшемдермен сипатталады, олардың ішінен жалпылаушы параметр ретінде мекен-жай кодының түскен мезетінен ақпаратты жазу кезінде болатын ИС барлық үрдістердің аяқталуына дейін саналатын жазба циклының (оқу)  уақытын бөліп айтуға болады. 

  

 4 Аналогды - сандық және сандық-аналогты түзеткіш

 

Аналогты сандық түзеткіш  (АЦП) аналогты кіріс сигналын дискерттік кодқа (сандық сигналға)  ағылш. Analog-to-digital converter (ADC) айналдыратын аспап.  Керісінше түзету, сандық-аналогты түзеткіш -  САТ ағылш. – Digital-to- analog-converter (DAC) арқылы жүргізіледі.

Аналогты шамаларды түрлендіру   қайсібір үздіксіз функцияны (мысалы кернеу) уақыт бойынша қайсібір уақыт мезетіне келтірілген сандар тізбегіне айналдыру.  Аналогтық үздіксіз сигналды сандыққа түрлендіру үшін үш операцияны орындау керек : дискретизациялау, кванттау және кодтау.

 

4.1 Параллель  АСТ

 

Көбінесе параллель АСТ –ның табалдырық аспаптары ретінде интегралдық компараторлар қолданылады. Осындай типті АСТ параллель типі 4.1-суретте келтірілген.

                              

                                        4.1 сурет

 DA компораторлар саны код зарядтылығын есепке ала отырып таңдалынады, мысалы, екі разряд үшін үш компоратор қажет болады, үшеу үшін-жеті, төртеу үшін – он бес. Тіректік кернеулер резистифті бөлгіш арқылы беріледі Uкір – кіріс кернеуі компораторлар кірісіне беріледі және бөлгіштен алынған тірек кернеуінен жиынымен салыстырылады.
Кіріс кернеуі сәйкес тіректік кернеуінен көп болатын шығысында қисындық. Ал қалғандарында 0-логы болады. Осыдан, кіріс кенеуі 0-болғанда,компораторлар шығыстарында нөлдер болады. Ең үлкен кіріс кернеуінде компоратор шығыстарында қисындық 1 болады. Шифратор алынған нөлдер мен бірлер тобын екілік кодқа түрлендіруге арналған.

Параллель АСТ барлығының ішіндегі ең тез әсер еткізгіштігі болып табылады. Себебі, компораторлар біруақытта жұмыс істейді. Бірақ едәуір кемшілігі де бар. Жоғарыда айтылғандай осындай АСТ разрядтылығы компораторлар санымен анықталады. Аз разрядтылықта бұл кемшілік болып есептелмейді. Бірақ разрядтылық артқан сайын сұлба өте үлкен бола бастайды.

 

4.2 Тізбектелген АСТ

 

Тізбектелген АСТ тізбектелген сепе және тізбектелген жуықтау болып келеді. Тізбектелген есептік АСТ-ның типтік сұлбасы 4.2-суретте келтірілген .

                                        4.2 сурет

Сұлбада әріптер және символдармен төмендегі элементтер белгіленген: К - компаратор, & -  "ЖӘНЕ" сұлбасы, ГТИ – тактілік импульстар генераторы,  СТ - есептегіш, #/A - ЦАП.  Компоратордың бір кірісіне кіріс кернеуі кіріс кернеуі, ал екіншісі ЦАП шығысынан келген кернеу беріледі. Жұмыс басында есептегіш нөлдік күйге келтіріледі. Бұл кезде ЦАП шығысындағы кернеу 0-ге тең, ал компоратор шығысында  1 лог орнатылады. "Строб" рұқсат ету импульсін берген кезде есептегіш тактілік импульстер генераторынан «ЖӘНЕ» ашық элементі арқылы келген импультарды санай бастайды. Бұл кезде ЦАП шығысындағы кернеу сызықты түрде шығыс кернеуіне тең болғанша өседі. Осы кезде компоратор 0-лог ауысып қосылады және импульстарды санау тоқтатылады.

Есептегіш шығысында орнатылған сан кіріс кернеуінде пропорционал сандық код. "Строб" импульсі болған  кезде шығыс коды өзгермей қалады, ол аяқталған соң есептегіш нөлдік күйге көшеді және түрлену үрдісі қайталанады.

Осындай АСТ төмен тез әсерлікке ие. Артықшылығы –құрастырылуының салыстырмалы түрде қарапайымдылығы болып табылады.

Бұдан гөрі тез әсер ететін тізбектелген жуықтаулы АСТ болып табылады, ол разрядтармен теңестірілген АСТ деп аталады. Жуықтап тізбектелген АСТ –ның жуық шамамен сұлбасы 4.3-суретте көрсетілген.

 

                                                   4.3 сурет

 

Осындай түрлендіргіштер жұмысы тиекінде дихотомия қағидас  - өлшенге шамаларды  ½, ¼, ⅛  және т.б. тізбектеп салыстыру жатыр.

           Мұндай АСТ арнайы регистр – тізбектелген жуықтаулар регистры қолданылады.  "ҚОСУ" импульсін берген кезде регистрдың үлкен разряды шығысында 1 лог шығады. Ал ЦАП шығысында  U1 кернеуі тіркеледі. Егер осы кернеу кірістегіден кем болса, онда есеп бойынша регистр келесі разрядында тағы да 1 лог жазылады. Егер кіріс кернеуі аз болса, онда 1 лог үлкен разрядтан түсіп қалады.

Сонымен, таңдау әдісімен барлық разрядтар үлкеннен бастап кішіге дейін теріледі. Барлық түрлендіру операциясына барлығы разрядтар санынан екі есе көп ГТИ кілті талап етіледі. Яғни, тізбектелген жуықтаулар АСТ тізбегін есептеу АСТ –мен салыстырғанда жоғары тез әсерлікке ие болады.

 

4.3 Тізбекті пареллель АСТ

 

Тізбекті параллель АСТ арасындағы келісілген техникалық шешім болып табылады, онда аз шығындар мен қиындықтар кезінде ең үлкен мүмкіндікке тең әсерлілік алу мүмкіндігі іске асырылады.

 4.4-суретте мысал ретінде екісатылы АСТ келтірілген. Көпсатылы

 

түзеткіштерде түрлендіру үрдісі кеңістікке берілген. АСТ  кіріс сигналын  "өрескел" түрлендіруді іске асырады. Бірінші АСТ шығысының сигналдары шығыс регистріне және бір уақытта тез әсер еткіш АСТ кірісіне түседі. Қосу белгісі бар дөңгелек – бұл қосқыш (қосатын немесе айыратын). Сандық код АСТ-та кернеуге                   4.4 сурет                         түрлендіріледі, ол сумматорда кірістен алынып

тасталынады.

Кернеулер айырмасы  АСТ2 көмегімен кіші разрядтар кодтарына түрлендіріледі. Мұндай сұлбаларда АСТ көбінесе токтарды қосу сұлбасы бойынша дифференциалдық ажыратып қосқыштар көмегімен орындалады, бірақ кернеулерді қосу сұлбасы бойынша да құрастырылуы мүмкін.

АСТ1 дәлдігіне деген талаптар өте жоғары, екіншілерге қарағанда. Екі АСТ параллель типті. Сол және басқа 4-разрядты, әрқайсысында 16-компораматордан қолданылады. Нәтижесінде, 8-разрядты АСТ, барлығы 36 компораматорға салынады. Онда параллель сұлба бойынша құрастыруда

28-1=255 дана қажет болар еді. Тез әсерлігі жуық шамамен екі есе төмен.

 

4.4 Санды -аналогтық түрлендіргіштер

 

Санды-аналогты түрлендіргіштер сандық кодтарды аналогтық шамаларға түрлендіруге арналған, мысалы, кернеу, ток, кедергі және т.б.  Түрлендіру қағидаі бойынша барлық разрядтық токтарды (немесе кернеулерді) қосуға тиекделген, екілік заңмен теңестірілген және тірек кернеу мәнінен пропорционал. Басқаша айтқанда түрлендіру екілік разрядтар салмағына пропорционал токтар мен кернеулерді қосуға тиекделген, оның ішінде мәндері 1 лог тек ток разрядтары ғана қосылады. Екілік кодта разрядтан-разрядқа дейінгі салмақ екі есе өзгереді. Токтарды қосудық екі сұлбасы кеңінен таралған-  параллель және тізбектелген. 4.5-суретте токтарды параллель қосу сұлбасы келтірілген.

S кілттері 1 лог деңгейінде регисторларды тірек кернеу көзіне қоса отырып ауыстырып қосады.  Регистр арқылы разряд салмағына тең ток жүреді. Регистрлар кедергілері разрядтан разрядқа  дейін екі есе өзгереді.

 

                    

                                       4.5 сурет

 

Жоғары регистр кедергілері өте үлкен дәлдікпен сәйкес болуы керек. Үлкен разряд регисторларға өте жоғары талаптар қойылады. Себебі олардағы ток ауытқуы кіші разрядты ток ауытқуынан артық болмауы керек. n- разрядтағы кедергі ауытқуы мынадан аз болуы керек:

Δ R / R = 2-n

Осыдан, кедергі ауытқуы  мысалға үшінші разрядта  12,5%, ал  10-разрядта - 0,098%  артпау керек.

Мұндай сұлба өте қарапайым болғанына қарамастан, көп кемшіліктерге ие.  Мысалы, әртүрлі кодтық кіріс күйлерінде пайдаланған тірек кернеу көзінен ток ИОН токта әртүрлі болады, ол ИОН шығыс кернеуінің шамасына міндетті түрде әсер етеді. Сондай-ақ, салмақтық резисторлардың кедергілері мың есе ерекшеленуі мүмкін, ал бұл мұндай резисторларды шала өткізгіштік ИС қолдануды қиындатады. Бұдан басқа, жоғары разрядты резисторлардың кедергілері жабық кілт кедергілерімен өлшемдем болып келуі мүмкін, ал бұл түрлену қателіктеріне әкеліп соғады. Сондай-ақ , ағытылған күйдегі кілттерге жеткілікті жоғары кернеу түсіріледі, ал бұл оларды құрастыруды қиындатады.

Осы жоғарыда көрсетілген кемшіліктерді жою үшін 4.6-суретте келтірілген құрылым қолданылады. 

Мұндай сұлбада жаңа салмақтық коэффициенттерді беру сұлбаларда тұрақты кедергінің резистифті матрицасы арқылы  жүзеге асырылады.  Тұрақты кедергі матрицасының тиекті элементі - R-2R бөлгіші болып табылады, ол 4.7-суретте көрсетілген. Бұл кезде, мынандай шарт орындалуы керек: егер бөлгіш жүктеме кедергісіне түсірілсе, онда оның кіріс кедергісі жүктеме кедергісіне тең болуы керек.

 

                                           4.6 сурет

 

                                            4.7 сурет

 

 S кілттері ортақ шиналы қуат көздерін резисторлардың төменгі шығыстарымен қосатын болғандықтан, тіректік кернеу көзі тұрақты жүктемеге жұмыс істейді, яғни оның мәні тұрақты және кез келген ЦАП кіріс кодында өзгермейді, бұл оның алдыңғы сұлбадан айырмашылығы болып табылады. Сондай-ақ,  2R резисторлары жалпы шинамен жабық кілттер S төменгі кернеуі арқылы қосылады, кілттердегі кернеу өте үлкен емес  (бірнеше  милливольт шамасында), бұл кілттер және басқару сұлбаларын құрастыруды едәуір жеңілдетеді, сондай-ақ тірек кернеуін кең диапазонда қолдануды  қысқартады. Кілттер ретінде МОП-транзисторлары қолданылады. Осындай түрлендіргіште шығыс тогы сызықты түрде өзгеретін болғандықтан, аналогтық сигналды сандық кодқа көбейту мүмкіндігі туындайды, ол үшін тіректік кернеу орнына аналогтық сигналды қолдану керек болады.

Мұндай ЦАП-тар қайта көбейткіштер  (MDAC) деп аталады.

Токты ажыратып-қосқыштар ретінде  биполярлы дифференциалдық каскадтар қолданылады.

 

Әдебиеттер тізімі 

1.      Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб. пособие – Ростов н/Д: Феникс, 2009. – 704 с.

2.      Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника:  Учебник для вузов. Под ред. О.П.Глудкина. – М.: Горячая линия‑Телеком. 2005, – 768 с.

3.      Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов. ‑ 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2004. – 488 с.

4.      Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника и микроүрдіссорная техника: Учеб.для вузов – М.: Высш. шк., 2006, – 800 с.

5.      Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство – М.: Мир, 1982. – 512 с.

6.      Гершунский Б.С. Основы электроники и микроэлектроники: Учебник для вузов – Киев: Высща школа, 1989. – 424 с.

7.      Пейтон А.Дж, Волш.В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. – М.: Бином, 1994. – 352 с.

8.      Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы. Справочное пособие /Под ред. С.В.Якубовского. – М.: Радио и связь, 1985. – 432 с.

9.      Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. – М.: Радио и связь, 2005. – 320 с.

10. Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС. – М.: Мир, 1985. – 572 с.

11. Алексенко А.Г. и др. Применение аналоговых ИС. – М.: Радио и связь, 1985. – 256 с.

12. Алексенко А.Г. Основы микросхемотехники. 3-е изд. – БИНОМ. Лаб.знаний, 2004. – 448 с.

13. Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций. – СПб.: КОРОНА принт, Бином Пресс, 2006. – 416 с.

14.   Жолшараева Т.М. Микроэлектроника. Интегральные микросхемы: Учебное пособие. - Алматы: АИЭС, 2007. – 81 с.

15.    Т.М. Жолшараева. Схемотехника 1. Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 050704 –Вычислительная техника и программное обеспечение. – Алматы: АИЭС, 2008. – 50 с.