Stiprintuvai (elektroniniai stiprintuvai)

Stiprintuvu vadinamas įtaisas, padidinantis elektrinio signalo galią, bet nepakeisdamas

jo formos (galia padidinama maitinimo šaltinio sąskaita). Į stiprintuvą galima ţiūrėti

kaip į aktyvų keturpolį (1 pav.).

rs Uin

Iin

IišK Uišrišrin Rap

1 pav. Stiprintuvo kaip keturpolio schema

Pagrindiniai stiprintuvo parametrai šie:

1. Įėjimo įtampos (Uin) ir įėjimo srovės (Iin) minimalios reikšmės (šiuolaikiniai

elektroniniai stiprintuvai pasiekia 10-10

V ir 10-17

A), t.y. stiprintuvo jautrumas;

2. Išėjimo įtampa Uiš ir išėjimo srovė Iiš (jos gali būti įvairios);

3. Įtampos srovės ar galios stiprinimo koeficientas:

išin

išiš

in

iš

P

in

iš

I

in

iš

UIU

IU

P

PK

I

IK

U

UK ;;

4. Stiprumo vidinė įėjimo varţa rin, kuri daţniausiai būna didelė, nes tada reikia

maţesnės galios signalo šaltinio;

5. Stiprintuvo vidinė išėjimo varţa riš, kurią stengiamasi padaryti kuo maţesnę,

nes tada bus maţesni signalo išėjimo nuostoliai stiprintuve.

Pagal signalų pobūdį stiprintuvai skirstomi į nuolatinės įtampos ar srovės ir

kintamosios srovės ar įtampos stiprintuvus.

Visi stiprintuvai charakterizuojami stiprintuvo stiprinimų (praleidţiamų) signalų

daţnio juostos pločiu Δf (stiprintuvo darbo daţnių diapazonu), kurį lengva nustatyti iš

stiprintuvo stiprinimo daţninės charakteristikos (2 pav.)

7,02

1

mK

K

t t

1

7,0

mK

K

t t

1

7,0

mK

K

t t

1

0t

2 pav. Daţninės charakteristikos stiprintuvų: a) kintamos įtampos; b) nuolatinės

įtampos; c) rezonansinio.

Skirtingų daţnių signalai stiprinami nevienodai. Jei stiprintuvo maksimalus stiprinimo

koeficientas Km, tai signalai, kurie stiprinami silpniau nei m

m KK

7,02

, tai tokių

signalų daţniai neįeis į stiprintuvo stiprinamų daţnių juostą Δf. Jei stiprinamas vieno

daţnio f0 signalas (rezonansinis stiprintuvas), tai jo Δf maţas (siaurajuostis) ir jis

priklauso nuo stiprintuvo elementų rezonansinės kokybės Q (Q

ff 0 ). Pagal

stiprintuvo įėjimo ir išėjimo vidines varţas (rin, riš), signalo šaltinio vidinę varţą rs bei

apkrovos varţą Rap stiprintuvai skirstomi į:

1. Įtampos, kai rin >> rs ir Rap >> riš;

2. Srovės, kai rin < rs ir Rap << riš;

3. Galios, kai rin ≈ rs ir Rap ≈ riš.

Elektroniniai stiprintuvai pasiţymi greita veikla. Gerų stiprintuvų reakcijos laikas

siekia 10-10

s.

Pagal struktūrą stiprintuvai gali būti vienos ar kelių pakopų.

Realiose schemose daţnai dalis signalo išėjimo patenka į įėjimą, t.y. susidaro

grįţtamieji ryšiai. Grįţtamuoju ryšiu vadinamas toks ryšys tarp stiprintuvo pakopų,

kuriam esant dalis sustiprinto signalo paduodama į stiprintuvo įėjimą per grįţtamojo

ryšio grandinę β. Stiprintuvų su grįţtamuoju ryšiu struktūrinės schemos gali būti

tokios:

U

Uiš

a)

ZK K

b)

ZZ

U

c)

ZK

Uin

Uin Uin

Uin

Uin

Uiš

Uiš

3 pav. Struktūrinės schemos stiprintuvų su grįţtamuoju ryšiu: a) nuosekliuoju

įtampos, b) nuosekliuoju srovės, c) lygiagrečiuoju įtampos.

Nepriklausomai nuo panaudotos grįţtamojo ryšio grandinės, grįţtamasis ryšys

pakeičia stiprinimo koeficientą. Jei įėjimo signalo Uin ir grįţtamojo ryšio signalo Uβ

sutampa, grįţtamasis ryšys vadinamas teigiamu (signalai susideda), o jei priešingos,

t.y. skiriasi 180˚ - neigiama (signalai atsiima). Grįţtamojo ryšio grandinės perdavimo

koeficientas išU

U (imame kompleksines reikšmes, kurios įvertina signalų fazes).

Esant teigiamam grįţtamajam ryšiui (TGR) 10 , o neigiamam (NGR) -

10 .

Stiprintuvo su grįţtamuoju ryšiu stiprinimo koeficientas:

K

K

UUU

UU

UU

U

U

UK

inišin

iniš

išin

iš

in

iš

1/)(

/

Įvedus NGR stiprinimo koeficientas sumaţėja K1 karto. Daliklis K1

grįţtamojo ryšio stiprumu. Jei 1K , tai 1

K . Tai rodo, kad įvedus stiprų

NGR stiprinimo koeficientas priklauso tik nuo grįţtamojo ryšio grandinės parametrų

ir nepriklauso nuo K kitimo. Neigiamo grįţtamojo ryšio įtaka stiprintuvo savybėms:

1. Stiprinimo koeficientas pasidaro pastovesnis, jo kitimas sumaţėja K1

2. Sumaţėja triukšmai ir netiesiniai iškraipymai;

3. Padidėja stiprintuvo darbo daţnių diapazonas.

Esant teigiamam grįţtamajam ryšiui vardiklis tampa maţesnis uţ 1. Kai 1K , tai

K , t.y. įėjime nepadavus signalo, išėjime turėsime signalą, t.y. generuoja

signalą. TGR išnaudojamas projektuojant įvairių signalų generatorius.

Grįţtamieji ryšiai daţnai susidaro per parazitines talpas ar kitokias papildomas

grandines. Tai parazitiniai grįţtamieji ryšiai ir jie gali pakeisti stiprintuvo

charakteristikas nepageidaujama linkme (gali pradėti generuoti, padidinti iškraipymus

ir t.t.)

Operaciniai stiprintuvai (OS)

Operaciniai stiprintuvai – tai nuolatinės srovės diferenciniai stiprintuvai su laba

dideliu įtampos stiprinimo koeficientu. Nuolatinės srovės diferencinis stiprintuvas turi

du įėjimus ir du išėjimus (4a pav.)

1išU2išU

1inU2inU

1KR2KR

eR

EE

1T 2T

a)

išU

inU

KR

EE

1T 2T

b)

KE

KE

Srovės šaltinis

4 pav. Diferencinio stiprintuvo schema: a) simetrinio, b) nesimetrinio.

Tranzistoriai T1 = T2, tai suderintų tranzistorių pora su vienodom charakteristikom ir

parametrais. Simetriškoje schemoje, kai įėjimo signalai Uin1 = Uin2 = 0, kolektorių

įtampos būna lygios Uiš1 = Uiš2 ir Uiš =|Uiš1 – Uiš2| = 0. Jei viename įėjime signalas

padidės, pvz. Uin1, tai per tranzistoriaus kolektorių tekės didesnė srovė ir Uiš1

potencialas sumaţės. Tuo pat metu emiteryje padidės potencialas dėl padidėjusios T1

emiterio srovės. Tai iššauks tranzistoriaus T2 įtampos emiteris bazė sumaţėjimą ir T2

kolektoriaus srovės sumaţėjimą. T2 kolektoriaus įtampos Uiš2 potencialas padidės.

Turėsime išėjimo įtampą Uiš = |Uiš1- Uiš2| = Ku (Uiš1- Uiš2), kur Ku – įtampos

stiprinimo koeficientas. Matome, kad diferencinis stiprintuvas stiprina dviejų signalų

skirtumą (Uin1- Uin2). Daţnai naudojamas diferencinis stiprintuvas su nesimetriniu

įėjimu ir išėjimu (4b pav.). Kad stiprintuvas stabiliai dirbtų rezistoriaus Re naudojamas

srovės šaltinis uţtikrinantis pastovią srovę, sumaţina dreifą. Tada, kiek sumaţės srovė

tekanti per vieną tranzistorių, tiek padidės tekanti per kita tranzistorių. Sudėtingas

diferencinis stiprintuvas su nesimetriniu išėjimu su sudėtiniais tranzistoriais ir

specialiom grandinėm uţtikrinančiom stabilų darbą vadinamas operaciniu

striprintuvu.

Operacinis stiprintuvas – tai nuolatinės srovės diferencialinis stiprintuvas su labai

dideliu stiprinimo koeficientu (K=105 – 10

6) ir nesimetriniu išėjimu (pavadinimas

kilęs iš analoginių signalų matematinių operacijų (sudėties,

integravimo,diferenciavimo ir t.t.) realizavimo). OS leidţia keisti įėjimo signalą

diapazone artimame jo maitinimo įtampai, pvz. 15V. OS ţymimas įvairiai (1 pav.)

a) b) c)

d)

1. pav. OS ţymėjimo variantai

Minuso ţenklu paţymėtas įėjimas vadinamas invertuojančiu, o pliuso –

neinvertuojančiu (tiesioginiu). Universalus OS yra su diferenciniu (parafaziniu)

įėjimu ir išėjimu (1.c. pav).

Pagrindinės idealaus OS charakteristikos:

1) Įėjimo varţa begalo didelė, t.y. nereikalauja įėjimo srovės ir iin = 0

.

2) Įtampos striprinimo koeficientas (Ku) be galo didelis ir nepriklauso nuo

daţnio. Todėl OS naudojami daţniausiai su neigiamu grįţtamuoju ryšiu

(NGR), kada OS išėjimas stengiasi būti toks, kad įtampa įėjime būtų lygi

nuliui.

3) Jei Uin = 0, tai Uiš = 0 .

4) Išėjimo varţa be galo maţa.

5) Idealus OS – tai tiesinis aktyvusis elementas. (2. pav)

Uiš

+Em

Uin

-Uin +Uin

Uin

a)

-Em

b) Em – OS maitinimo

įtampa

2) pav. OS su NGR ir jo perdavimo charakteristika (b)

Uiš

Paprastai OS sudaryti iš kelių diferencinių (simetrinių ar nesimetrinių)

pakopų su paprastais ar sudėtiniais tranzistoriais. Idealių OS sukurti

neįmanoma, tačiau galima priartėti prie jų. Idealizavus OS lengviau paaiškinti

veikimo principą ir apskaičiuoti schemos parametrus, o paklaidos būna

nedidelės. Pagrindiniai OS parametrai yra šie:

- Nulio poslinkio įtampa Uo .Tai įtampa, kurią reikia perduoti į OS įėjimą,

kad Uiš = 0 (ji priklauso nuo eksploatacijos trukmės, aplinkos

temperatūros).

- Vidutinė įėjimo srovė Iin = Iin1 + Iin2 / 2 (būna 0,01 10 A OS su

dvipoliais tranzistoriais ir nA dalys OS su vienpoliais tranzistoriais ).

- Įėjimo srovių skirtumas Iin = (Iin1 – Iin2) ( įėjimo grandinės

asimetriškumas būna 10 50 % ).

- Įėjimo varţa rdif = Uin / Iin (rdif 103

106 OS su DT ir rin 10

910

12

OS su LT). Kartais nurodoma sinfazinė įėjimo varţa rsin t.y. įėjimo varţa

sinfaziniam signalui ir ji yra 103 karto didesnė uţ rdif.

- Leistinos įėjimo įtampos (artimos maitinimo įtampoms Em)

- Stiprinimo įtampos koeficientas (Ku 105

106).

- Amplitudinė charakteristika, parodanti išėjimo įtampos priklausomybę nuo

įėjimo įtampos (svarbi tiesinė charakteristikos dalis).

- Stabilumas – nusakomas stabilumo atsargos fazės kampu , kuris

keičiamas vidutinėm ar išorinėm korekcinėm RC grandinėm.

Eksperimentiškai stabilumo atsarga nustatoma taip: į įėjimą paduodamas

maţas įtampos šuolis ir stebint išėjimo signalą galima nustatyti fazės

atsargos kampą (3 pav). Kai atsiranda negęstantys virpesiai, tai 0 = 0. Kai

signalo viršūnė > 90% didesnė nei nusistovėjęs išėjimo lygis UišI, tai <=

450, tada reikia keisti grandinės parametrus korekcinėm grandinėm, kad

stiprintuvas dirbtų stabiliai.

Uin

t

Uiš + 20%

+4% = 450

UišI

= 650

= 900

t

3 pav. OS įėjimo ir išėjimo signalai nustatant atsargos kampą .

Operacinių stiprintuvų taikymas

Analizuojant OS taikymo schemas, laikomasi dviejų pagrindinių taisyklių:

1) jei OS dirba kaip tiesinis elementas, tai dėl labai didelio Ku (įtampos

stiprinimo koeficiento) jo įėjime įtampa labai maţa ir ją galima

laikyti lygią nuliui (Uin 0);

2) jei OS turi NGR grandinę, tai realizuojamą funkciją lemia NGR

grandinės parametrai.

Invertuojantis stiprintuvas

Į OS neigiamo įėjimo grandinę įjungta rezistoriaus R1 į NGR grandinę R2 (4a

pav.)

R2 R1 i b R2

Uiš

R1 iin

riš

Ein rin

KUin

a) b)

4 pav. Invertuojančio stiprintuvo principinė schema (a) ir jo ekvivalentinė schema(b).

OS įėjimo varţa rin yra begalo didelė, todėl įėjimo srovė artima nuliui. OS išėjimo

varţa riš yra labai maţa, todėl joje krentanti įtampa artima nuliui. OS stiprinimo

koeficientas K, o stiprintuvo su NGR stiprinimo koeficientas:

K = Uiš/Ein = (i *R2 )/ (iin*R1) = -R2 / R1 ,nes iin = Ein / R1 teka rezistoriumi R2

ir

i = - iin, o Uiš = i * R2.

Invertuojančio stiprintuvo stiprinimo koeficientas priklauso tik nuo NSR grandinės

rezistorių R1 ir R2 santykio. OS stiprinimo koeficientas priklauso nuo signalo daţnio

(Ku maţėja apie 6 db/oktaną). NSR grandinė uţtikrina pastovų Ku plačiame daţnių

diapazone (5 pav.).

Ku

106 OS

stiprintuvo su OS

R2/R1

101 10

2 10

3 10

4 10

5 10

6 10

7 f, Hz

5 pav. OS ir invertuojančio stiprintuvo įtampos stiprinimo koeficientų

priklausomybė nuo daţnio.

Tokio stiprintuvo įėjimo varţa rin ≈ R1 , o riš ≈ riš /(1+ K) , kur = R1 / R2.

Invertuojančio stiprintuvo privalumai:

- OS Uin ≈ 0;

- į schemą galima paduoti įtampą didesnę uţ maitinimo įtampą Em;

- OS galima naudoti keliems signalams sudėti, nes jie vienas kito praktiškai

neveikia. Pvz.: turime trijų įtampų E1, E2, E3 sumatorių (6 pav.)

R3

i3

R4 i4

i2

R2

i1 Uiš

R1

E3 E2 E1

6 pav. Trijų įtampų sumatorius.

Uiš = -i4R4 = -(i1 + i2 + i3)R4 = -(E1/R1 + E2/R2 + E3/R3)R4 = -(k1E1 + k2E2 + k3E3)

Čia k1, k2, k3 yra svoriniai koeficientai (k1 = R4/R1, k2 = R4/R2, k3 = R4/R3). Jei

R1=R2=R3, tai k1=k2=k3=1 ir Uiš = -(E1 + E2 + E3). Pasirinkus tinkamus svorinius

koeficientus galime padaryti kodo keitiklį į įtampą. Pvz. pasirinkus k1 = 1, k2 = 2, k3

= 4 (R1 = 10k , R2 = 5 k , R3 = 2,5 k , R4 = 10 k ) turėsime dvejetainio kodo

keitiklį į įtampą. Jei E1, E2, E3 įgis reikšmes 0 arba 1V, tai Uiš reikšmė voltais atitiks

kodo reikšmę :

E3 E2 E1 Uiš (V)

0 0 0 0

0 0 1 1

0 1 0 2

0 1 1 3

1 0 0 4

1 0 1 5

1 1 0 6

1 1 1 7

Dėl įėjimo srovės atsiranda nulio poslinkis, t.y. Uiš 0, kai Uin = 0. Šios srovės įtaką

galima sumaţinti prijungiant vienodos varţos rezistorius prie OS įėjimų (7 pav.) Taip

sudaroma simetrija pagal įėjimus.

R2

R1

Uin Uiš

R = R1 || R2 = (R1R2)/(R1+R2)

R

7 pav. OS įėjimų simetrinimo schema.

Neinvertuojantis stiprintuvas

Neinvertuojančiam stiprintuve Uin prijungiama prie tiesioginio OS įėjimo (8 a. pav.).

Uin Uiš Uin Uiš

i

R2

R1

b

a

8 pav. Neinvertuojančio stiprintuvo (a) ir įtampos kartotuvo (b) schemos.

Čia stiprinimo koeficientas K = Uiš / Uin = i (R1 + R2) / (i R1) = 1 + R2 / R1.

Tokio stiprintuvo labai didelė įėjimo varţa. Jeigu sudarysime sąlygas, kada R2 = 0, o

R1 = , turėsime įtampos kartotuvą (8 b. pav.), kurio įėjimo varţa labai didelė, o

išėjimo varţa labai maţa (riš = riš / K). Tai idealus buferinis elementas.

Diferencialinis stiprintuvas

Šiame stiprintuve į abu OS įėjimus paduodama įtampos U1 ir U2 (9 pav.)

R2

R1

U1 Uiš

U2

R3 R4

9 pav. Diferencialinio stiprintuvo schema.

Šio stiprintuvo Uiš = (R2 / R1)(U2 – U1), t.y. stiprinama įėjimo įtampų

skirtumas. Stengiamasi išlikyti sąlygą R2 / R3 = R2 / R4. Diferencinio stiprintuvo

trūkumas, tai nevienodas įėjimų varţos (rin1 R1, rin2 R3 + R4). Be to norint keisti

stiprintuvo stiprinimo koeficientą, reikia vienodai keisti dviejų rezistorių varţas.

Pagrindinis privalumas – tai stiprinamas dviejų signalų skirtumas ir slopinamas

sinfazinis signalas (abiejuose įėjimuose tas pats signalas). Tai aktualu, kai reikia

stiprinti silpnus signalus perduodamus ilgom ryšio linijom, kuriose daţnai pasireiškia

sinfaziniai trikdţiai.

INTEGRATORIUS

Panaudojus OS galima gauti beveik idealius integratorius (10. pav). Jiems nereikia,

kad būtų Uin << Uiš. Kadangi invertuojantis įėjimas turi potencialinį įţeminimą

(įėjimuose įtampa artima nuliui), tai

Uiš(t) =

t t

UindttUinRC

UindttiC

0 0

)0()(1

)0()(1

, nes R

Uinti )( . Uin(0)

nustato pradines integravimo sąlygas. Jei įėjimo signalas yra srovė i(t), tai rezistoriaus

R nereikės. Pereinamoji(2) integratoriaus(1) charakteristika randama į įėjimą padavus

vienetinę funkciją (11. pav.)

Uin

Uiš vėl = 0 / K

Reali

Ideali

Eksponentė

11 pav. Integratoriaus pereinamoji charakteristika.

Kad būtų maţesnė integravimo paklaida, riboti reikia integravimo laiką ir jis

turi būti maţesnis nei K ( = R*C). Reali integratoriaus charakteristika atsilieka nuo

idealios vėlinimo laiku vėl = 0 / K, kur 0 – OS laiko konstanta. Jei per didelis

integratoriaus dreifas, tai lygiagrečiai C jungiama didelės varţos rezistorius R2 (12a

pav) arba jungiklis (vienpolio tranzistoriaus) (12b pav), kuris nustato pradines

integravimo sąlygas. Rezistorius R2 uţtikrina stabilų poslinkį per n.g.r. nuolatinei

srovei.

R2 22M

Uin 100k C

R1 C 1 F

Uin R

Uiš

a) b)

12 pav. Integratoriaus schema su prijungtu R2(a) ir jungikliu (b)

DIFERENCIATORIUS.

Diferenciavimo operacija yra atvirkštinė integravimo operacijai, todėl grįţtamo ryšio

grandinėje bus įjungtas rezistorius R, o įėjime kondensatorius C (13 pav.)

R

C

Uin

Uiš

13 pav. Diferenciatoriaus schema

Kondensatoriumi C ir tuo pačiu ir rezistoriumi R teka srovė i(t) = C

dt

tdUin )(.Taigi rezistoriaus, tuo pačiu ir išėjimo įtampa Uiš(t) = -R*C (

dt

tdUin )().

Išėjimo įtampa yra proporcinga įėjimo įtampos išvestinei (čia R*C = τ yra

diferenciatoriaus laiko konstanta. Jei daţnis didėja, tai ir diferenciatoriaus stiprinimo

koeficientas didėja, o tai turi neigiamos įtakos diferenciatoriaus darbui atsiradę aukšto

daţnio trikdţiai. Be to, toks diferenciatorius gali susiţadinti aukštesniuose daţniuose.

Realiai diferenciatoriuose įjungiamas papildomas rezistorius Rp ir kondensatorius Cp

(14 pav)

Cp

R

Uin Rp C

Uiš

14 pav. Reali diferenciatoriaus schema.

Rp ir Cp uţtikrina diferenciatoriaus darbo stabilumą ir sumaţina aukšto daţnio trikdţių

įtaką. Tada signalai, kurių daţnis < CRp

2yra diferencijuojami, kurių daţnis

>CRp

2ir <

CpR

2yra stiprinami, kurių daţnis >

CpR

2integruojami.

KOMPORATORIAI.

(lygio fiksatoriai) – tai schemos, nustatančios kuris iš dviejų signalų yra didesnis.

Papraščiausias komporatorius – tai diferencinis stiprintuvas. (15a pav)

E+

U1

Uiš U2

U2 E-

Uiš E+

E-

a) b)

15 pav. Komporatoriaus su OS be n.g.r. grandinių schema (a)

Kai tik U1 > U2, tai Uiš E+, o kai U1< U2, tai Uiš E-. Tačiau tokie komporatoriai

jautrūs trikdţiams, t.y. išėjime U1 atsiranda trumpų nereikalingų impulsų signalui

kertant U2 lygį (15b pav). Tos blogybės neturi komporatoriai su histerezės kilpa (16a.

pav) daţnai vadinami šmito trigeriais.

+10V

Uin

10k 5V

4,75V

Uin +5V

Uiš

A

t

Uin 5V

10k 100k

a) b)

Uiš

Uin

4,7 5

16 pav. Korporatoriaus su histerezės kilpa schema (a), jo Uin ir Uiš laiko diagramos (b)

ir perdavimo cha-ka (c).

Jei Uin > 5V, tai Uiš = 0 (Jei vietoje ţemės prie OS bus prijungta E-, tai Uiš

E-) bus nusistovėjęs lygis UA = 4.76V. (Ua = 10*(R2||R3)/(R1+R2/R3) ).Taigi, kai

pasidarys Uin = 5V (16b pav) ir pasidarys slenkstinė įtampa Ua = 5V (Ua = 10 *

(R2/(R1+R2) ). Tokio komporatoriaus perdavimo charakteristika turi histerezės kilpą

(16c pav).

Grįţtamajame ryšyje naudojami ir netiesiniai elementai. Pavyzdţiui į n.g.r.

grandinę įjungti du stabilitronai D1 ir D2, nulinio lygio korporatoriuje (17a pav)

suformuos pageidaujamus Uiš lygius (17b pav). Jei Diodų

D1 D2 Uin

Uin

t

Uiš

Uiš

5,3V

-5,3V

a) b)

17 pav. Nulinio lygio komporatoriaus schema (a) ir jo įtampų laiko diagramos (b)

Ust = 5V, o jų tiesioginė slenkstinė įtampa U0 = 0.3V tai Uiš bus 5,3 V.

Srovės šaltiniai

Kada reikia srovės, kuri nepriklausytų nuo apkrovos, naudojami srovės šaltiniai.

Idealiu atveju srovės šaltinio išėjimo varţa be galo didelė. Panaudojus OS gaunami

srovės šaltinių geri techniniai parametrai. Paprasčiausias srovės šaltinis (18 pav.),

kuriame srovė valdoma įtampa Uin . Iiš = Uin / R. Idealiu atveju UR = Uin. Nuoseklaus

srovės n. .g. ryšio grandinę sudaro Ra ir R. Srovė tekanti per R lygi srovei, tekančiai

per apkrovą Ra.

R

Ra

iiš

iiš

Uin

18 pav. Įtampa valdomo srovės šaltinio schema.

Generatoriai

Elektroniniai generatoriai – tai įtaisai, kuriantys tam tikro daţnio ir formos elektrinius

virpesius. Jie skirstomiį LC (aukšto daţnio virpesiams t.y daugiau kaip keliasdesimt

kHz) ir RC (ţemo daţnio virpesiams t.y. nuo kelių Hz iki kelių šimtų kHz) schemas.

Virpesio LC kontūras įjungiamas į teigiamo grįţtamojo ryšio grandinę (19 pav.).

K

R Kr

C L Kr / 2

US(t) UK(t)

R2

R1

r

2∆

19 pav. Generatoriaus su virpesių LC kontūru (a) ir generatoriaus daţninė

charakteristika (b).

Kad stiprintuvo išėjimo varţa nešuntuotų LC kontūro yra įjungtas rezistorius

R. Teigiamojo grįţtamojo ryšio signalas yra lygus kontūro signalui. Kadangi R2 = (K

– 1)R1 , tai Us(t) = KUK(t).

Rezonansinis daţnis r = 1/( (LC)). Generatoriaus darbo stabiluma nusako jo kokybė

Q = r / (2∆ ), kur 2∆ yra daţnių juostos plotis (19b pav.). Iš kitos pusės kokybę

apsprendţia kontūro parametrai, t.y. Q = ( r L) / r ,kur r – kontūro aktyvinė varţa,

įnešanti nuostolius. LC generatorių daţnių nestabilumas ∆ / r sumaţinamas iki 10-4

.

Ţymiai stabilesni generatoriai panaudojus kvarcinius rezonatorius. Nestabilumas

sumaţinamas iki 10-8

.

Kvarcinį rezonatorių sudaro kvarco kristalo plokštelė, įstatyta tarp dviejų elektrodų.

(20a pav.).

a a

a

L C0

b b

a) b)

R

C

b

c)

20 pav. Kvarcinio rezonatoriaus konstrukcija (a), jo sutartinis grafinis ţymuo (b) ir

ekvivalentinė schema (c).

Kvarco plokštelėje vyksta pjezoelektrinis efektas, t.y. elektrinio lauko veikiama

plokštelė išlinksta ir kartu sukuria elektrinį lauką. Plokštelė turi savąjį (mechaninį)

daţnį ir gali pakeisti virpesių kontūrą. Kvarcinio rezonatoriaus ekvivalentinę schemą

(20c pav.) sudaro L ir C ir atitinkantys elektrinių virpesių ekvivalentinį induktyvumą

ir talpą. Plokštelės talpa tarp a ir b elektrodų yra C0. Kvarcinis rezonatorius turi du

rezonansinius daţnius: nuoseklųjį rezonansinį daţnį r1 ≈ 1 / LC ir lygiagretųjį –

r2 ≈ 1 /√(LC(1 + C/C0)). Šie daţniai skiriasi nedaug, nes C << C0. L yra šimtų mH, C

šimtųjų pF, C0 vienetų pF eilės. Kadangi L santikinai didelis, tai ir Q didelis.

Rezonansinį daţnį ir kokybę Q apsprendţia kvarco plokštelės geometriniai

išmatavimai bei rezonatoriaus konstrukcija.

Ţemo daţnio generatoriams beveik visada naudojamos RC grandinės (21 pav.)

R3

R4 R1 C1

R2 C2

21 pav. RC generatoriaus su Vino tilteliu schema.

Rezistoriai R3 R4 nustato įtampos stiprinimo koeficientą Ku = -R3 / R4 ir jis turi būti ne

maţesnis kaip 3. Tada generatoriuje bus išpildyta generavimo sąlyga. Jei Ku ţymiai

didesnis uţ 3, stiprintuvas įsisotina ir išėjime gausime iškraipytą sinusinį signalą

(priplotą). Rezonansinis daţnis fr = 1 / √(LC), kai R1 = R2 = R, C1 = C2 = C.

Atitinkamai parinkus elementus, galime gauti relaksacinį generatorių

(multivibratorių). Čia OS dirba kaip komporatorius (22 pav.). R

C

+10V +10

UC Uiš Uiš

-10V +5

t

R1 UC

R2 10kΩ 10kΩ -5

-10

a) b)

22 pav. Multivibratoriaus schema (a) ir jo laiko diagramos (b).

Čia R1 R2 sudaro įtampos daliklį ir suformuoja palyginimo įtampą, kuri lygi

Uį * R2 / (R1 + R2). Šiuo atveju palyginimo įtampa bus lygi +5V arba –5V.

Kondensatorius C per R uţsikrauna iki +5V arba išsikrauna iki –5V. OS būna

įsotintas prie +Em ar –Em. Impulsų pasikartojimo daţnis f ≈ 1 / (2,2 RC).

Skaitikliai, kaip ir sumatoriai, gali būti nuoseklūs, asinchroniniai ir lygiagretūs.

Skaitmeninės schemos

Schemos, kurių įėjimuose ir išėjimuose veikia diskretiniai signalai,

atitinkantys tam tikrus lygius, vadinamos skaitmeninėmis. Jose naudojami

dvejetainiais skaitmenimis 0 ir 1 uţkoduoti signalai, atitinkantys du parametrų

būvius. Daţniausiai (bet ne visada) tai yra “ţemas” (daţnai ţymimas L, pagal

anglų kalbos ţodį low) ir “aukštas” (ţymimas H, pagal anglų kalbos ţodį high)

įtampos lygiai. Šie du būviai skaitmeninės schemos įėjime arba išėjime

laikomi informacijos bitais (dvejetainės skiltys). Vienas dvejetainio skaitmens

bitas – tai informacija, kad signalas yra ar jo nėra, kaţkas įvyko ar neįvyko.

Skaitmeninių schemų pagrindinis privalumas tai, kad jos maţiau jautrios

trikdţiams, nes jos nereaguoja į neţymų signalo pokytį. Apdorojant analoginį signalą

(garsą, vaizdą ir t.t.) schemose atsiradę triukšmai pakeis patį signalą. Jeigu analoginį

signalą pakeisime skaitmeniniu, atitinkančiu jo reikšmę duotais laiko momentais,

skaitmeninėje schemoje atsiradęs triukšmas nepakeis jo skaitmeninės reikšmės

(kodo). Įvertinus ir tai, kad skaitmeninę informaciją lengva apdoroti ir saugoti, o

skaitmenines schemas lengva projektuoti, ypač pritaikant integrinę technologiją,

skaitmeninės schemos naudojamos beveik visose ţmonių veiklos srityse.

Skaitmeninės schemos būna labai sudėtingos, tačiau visos jos sudaromos iš

loginių elementų.

Loginiai elementai

Loginiu elementu vadinama elektroninė schema, realizuojanti logikos (Bulio)

algebros funkciją. Loginių funkcijų sistema, iš kurios galima gauti bet kurią

loginę funkciją, vadinama pilnąja loginių funkcijų sistema arba faze. Tokiai

sistemai sudaryti pakanka ir vienos (vadinamos universalia) ARBA-NE (Pirso)

arba IR-NE (Šeferio) funkcijos. Tokios funkcijos ir naudojamos loginiams

elementams sintezuoti. Daţniausiai pasitaikantys loginiai elementai bei jų

grafiniai ţymėjimai pateikti 1 lentelėje.

1 lentelė. Loginiai elementai

Elemento grafinis ţymuo Operacija Paaiškinimas

TEK MILSPEC

IR

y = x1 x2 x3

ARBA

y = x1 x2

NE

y = x

IR – NE

y = x1 x2 x3

ARBA – NE

y = x1 x2 x3

y = x1 x2 ... xn

y = x1 x2 ... xn

Konjunkcija

Disjunkcija

Inversija

Šeferio

funkcija

Pirso funkcija

Loginė suma

moduliu 2

Ekvivalentišku

-mas

Loginių elementų grafiniam ţymėjimui plačiai naudojamos dvi sistemos:

TEK, tai rekomenduota tarptautinės elektrotechnikos komisijos;

MILSPEC, tai vadinama amerikiečių sistema.

Loginės funkcijos ir jų argumentai uţkoduoti signalais, atitinkančiais du

schemos parametrų būvius, daţniausiai atitinkančius ţemą ir aukštą įtampos lygius

arba maţą ir didelę sroves. Ši įtampa (srovė) vadinama loginiu signalu. Tai

dvejetainės logikos elementai (gali būti maţoritarinės, slenkstinės ar blausiosios

logikos).

Loginiai elementai (LE) klasifikuojami į potencialinius, impulsinius ir

dinaminius. Potencialiniuose elementuose loginio signalo (“0” ar “1”) reikšmę

y

x1

x2

x3

x1

x2

x3

x

x1

x2

x3

x1

x2

x3

x1

x2

x3

y

=1

x1

x2 xn

x1

x2

xn

x y

1

1

=1

y

x

1 x2

xn

x1

x2 xn

y

y

x1 x2

xn

x1 x2

xn

y

y

y

y

y

y

y

x

1 x2

xn

=1

atitinka elektrinio signalo įtampos aukštas (UH) arba ţemas (UL) lygis. Jei ţemas lygis

atitinka loginį “0” (U0), t.y. UL =U0, o aukštas lygis loginį “1” (U1), t.y. UH=U1, tai

teigiama (pozityvi) logika. Priešingai – neigiama (negatyvi) logika.

Impulsiniuose LE loginio signalo reikšmė nustatoma pagal tai, ar tam tikru

laiko momentu yra impulsas ar jo nėra (paprastai “1” – impulsas yra). Tokie

elementai tarpusavyje sujungiami per kondensatorius arba transformatorius (be

galvaninio ryšio).

Dinaminiai loginiai elementai dirba tik periodiškai padavus impulsus į

maitinimą ir įėjimą. Daţnai tokie loginiai elementai realizuojami parazitinėmis

talpomis, kuriose sukaupiamas krūvis įrašant informaciją. Laikui bėgant talpos

išsikrauna, todėl įrašytą informaciją reikia periodiškai atnaujinti (regeneruoti).

Labiausiai paplitę ir perspektyviausi yra potencialiniai ir dinaminiai loginiai

elementai.

Iš loginių elementų konstruojamos įvairios skaitmeninės schemos,

realizuojančios sudėtingas logines funkcijas. Loginiai elementai gali būti jungiami

nuosekliai ir lygiagrečiai. Signalas, praeidamas visą loginių elementų grandinę (1

pav.), turi būti neiškraipomas, t.y. neturi keistis jo amplitudė ir trukmė.

Pagrindinė potencialinių schemų charakteristika yra tiesioginė perdavimo

charakteristika (2 pav.a). Uiš=f (Uin), kur Uin – loginio elemento įėjimo įtampa, o Uiš –

išėjimo įtampa.

a) b)

Turime loginio elemento darbo taškus A0

ir A1, kuriuos atitinka įtampos U

0 ir

U1. Perdavimo charakteristikos ir tiesės, jungiančios darbo taškus A

0 ir A

1,

susikirtime

Uiš

Iiš0

LE

LE Iin

Uin

Iin

Apkrovos

1 pav. LE jungimo schema

A0 A0s

As

Uiš

U1

U1AT

A1s

U0AT

U0

U0 U0s U1

s U1 Uin

Uiš

U1max

U1min

U0max

U0min

U1AT

U0max U

0s U1

s U1min

Uin

A0 A0

s

U0AT

2 pav. LE jungimo schema: a – invertuojančio LE perdavimo charakteritika,

b – perdavimo charakteristikos juosta

gaunamas slenkstinis nestabilus darbo taškas As, kuriame schemos įtampos stiprinimo

koeficientas Ku = Uiš / Uin >>1. Slenkstinius taškus 0

SA ir 1

SA atitinka slenkstinės

įėjimo įtampos 0

SU ir 1

SU . Įėjimo įtampų zona 0

S

1 USU vadinama elemento

aktyviąja (loginiams elementams nenusakoma) zona, kurioje Ku » 1.

Slenkstiniuose taškuose įėjimams 0

SA ir1

SA Ku 1. Priimta loginių elementų

standartiniai lygiai 1

inU 2,4 V ir 0

inU 0,8 V. Taigi loginių elementų išėjimuose turi

būti 1

išU 1

inU , 0

išU 0

inU . Iš loginio elemento perdavimo charakteristikų nustatomi

statiniai loginio elemento parametrai:

- loginio signalo amplitudė UA U1-U

0;

- loginio elemento atsparumas trikdţiams , U- U 00

S

0

ATU , kai įėjimo įtampa

atitinka loginį 0 (tai tokia trikdţio įtampa, kuriai esant, elementas dirba

teisingai);

- loginio elemento atsparumas trikdţiams , U- U 1

S

11

ATU , kai įėjimo įtampa

atitinka loginį 1.

Atsparumo trikdţiams suma , U- U U AZA

1

AT

0

ATU Taigi, kuo maţesnis

elemento aktyviosios zonos plotis UAZ , tuo schema atsparesnė trikdţiams.

Keičiant loginio elemento darbo sąlygas, keičiasi LE perdavimo

charakteristikos. Jas atvaizdavus viename grafike, gaunama perdavimo

charakteristikos juosta (2 pav., b ), iš kurios nustatomi statiniai parametrai, paprastai

pateikiami nelygybėmis: 1U

1

minU , 0

max

0 UU , 0

max

00 UUU SAT , 11

min

1

SAT UUU , 0

max

1

min UUU A .

Integrinių schemų ţinynuose paprastai pateikiamos ir srovės:

- elemento įėjimo srovės 0

inI ir 1

inI , kai įėjimo įtampa atitinka loginį 0 ir 1;

- elemento išėjimo maksimalios srovės 0

isI ir 1

išI , kurioms esant išėjimo

įtampa atitinka loginį 0 ir 1.

Ţinynuose daţnai duodamas svarbus loginių elementų parametras – tai

sklaidos koeficientas ns, nurodantis loginio elemento apkrovos galimybes. Jis

priklauso nuo LE įėjimo ir išėjimo srovių, t.y. .I

I ,

I

I min

1

in

1

iš

0

in

0

išSn

Vidutinė loginių elementų vartojamoji galia vidP 0,5 mE

0

m

1 I mI , kur mE

– loginio elemento maitinimo įtampa, 11 , mm II – iš maitinimo šaltinio tekanti srovė, kai

įėjimo įtampa atitinka loginį 0 ir 1. Daugumos LE vartojamoji galia didėja didinant

darbo daţnį, todėl paprastai pateikiama vidP , kai darbo daţnis artimas maksimaliam.

Loginių elementų dinaminiai parametrai nustatomi lyginant elemento įėjimo ir

išėjimo laikines diagramas (3 pav.). Praktikoje loginių elementų veikimo sparta

apibūdinama signalo loginiame elemente vėlinimo laiku tV 0,5(1001

VV tt ), kur 01

Vt ir 10

Vt – laiko intervalas, kai išėjimo įtampa atitinkamai kinta nuo loginio 0 iki loginio 1

ir atvirkščiai.

1inU ) U- (U 5,0 0

in1in

0inU

10vt

1išU

10vt

01vt

01išiš UU

0išU

10vt

Perjungimo laikai t01

ir t10

nusako kaip greitai loginis elementas pereina iš būsenos,

atitinkančios loginį “1”, į būseną, atitinkančią loginį “0”. Vėlinimo (01vt ,

10vt ) bei

perjungimo ( vt , vt ) laikams nustatyti naudojami 0,5 bei 0,1 ir 0,9 išėjimo įtampų

amplitudţių lygiai.

Loginių elementų schemotechninio projektavimo ir gamybos technologijos

lygį nusako elemento perjungimui reikalinga energija Ap PVid tV arba atvirkščias

dydis PA

Q1

, vadinamas loginio elemento kokybe. Šiuo metu Ap lygus apie 10-4

J.

Teoriškai įrodoma, kad puslaidininkiniams loginiams elementams Ap galima maţinti

iki 10-8

J.

Loginių elementų šeimos

Skaitmeninės technikos vystymosi pradţioje buvo naudojamos schemos, kurias

lengva realizuoti. Lengva realizuoti logines funkcijas puslaidininkinių diodų pagalba

(4 pav.).

4 pav. Diodinė logika : a – ARBA loginis elementas; b – IR loginis elementas

t

t

UIN

UIS

0,9

0,5

0,1

3 pav. Invertoriaus laiko parametrai

x2

x1 y = x1 v

x2

a

y = x1 · x2

x1

x2

b

Diodinė schema parodyta 4 pav., a vykdo loginę funkciją IR, o schema 4 pav.,

b – funkciją ARBA, jei x1 ir x2 yra teigiami signalai (tos pačios schemos vykdys

logines funkcijas ARBA ir IR, jei įėjimo signalai bus neigiami). Šiose schemose

neišvengiami įtampų, atitinkančių loginius lygius, nuostoliai.

Lengvai pagaminami rezistoriniai tranzistoriniai loginiai (RTL) ir tiesioginio

ryšio tranzistoriniai loginiai (TRTL) elementai (5 pav.).

5 pav. Loginiai elementai: a – TRTL; b – RTL.

Šiose schemose, jeigu įėjimai x1 ir x2 atitinka loginį “0” (U0), tai visi

tranzistoriai (T1, T2) yra uţdari, kolektoriaus srovė neteka ir išėjimo įtampa artima

maitinimo įtampai, t.y. atitinka loginį “1” (U1). Jei bent vieno įėjimo įtampa yra

aukšta, tai to įėjimo tranzistorius įsisotina ir kolektoriaus įtampa sumaţėja iki loginio

“0” lygio (U0). Šie LE atlieka loginę operaciją ARBA-NE. Didţiausias RTL elementų

trūkumas – maţa veikimo sparta, nes dėl didokos Rb įjungiančioji bazės srovė maţa.

TRTL elementų trūkumas – nepastovūs parametrai, kurie labai priklauso nuo

tranzistoriaus charakteristikų.

Šiuo metu tokie elementai negaminami. Dabar gaminami loginiai elementai,

kurie pasiţymi gerais parametrais ir lengvai pagaminami naudojant šiuolaikines

integrinių schemų gamybos technologijas. Plačiai paplitusios šios loginių elementų

šeimos:

- diodinės-tranzistorinės logikos (DTL);

- tranzistorinės-tranzistorinės logikos (TTL);

- tranzistorinės-tranzistorinės logikos su šotki diodais (TTLŠ);

- loginių elementų su lauko tranzistoriais (MOP loginių elementų);

- sujungtų emiterių logikos (SEL);

- injekcinės logikos (I2L);

- GaAs logikos.

DTL elementai

Diodinių – tranzistorinių loginių (DTL) elementų gamybai buvo pradėta

naudoti integrinė technologija. Tipinis DTL elementas (6 pav.) atlieka IR-NE

(Šeferio) loginę operaciją esant teigiamai logikai.

Rb

Rb

I2

I1

R

+Em

y = x1 v

x2 x1

x2

x1

x2

+Em

y = x1 v

x2

a b

Uiš

AS1 A1

6 pav. a – DTL elemento schema;

b – tiesioginė perdavimo charakteristika;

c – įėjimo ir išėjimo įtampų lygiai;

d – grafinis ţymuo ir teisingumo lygiai

DTL schema sudaryta iš įėjimo grandinės (D1, D2, R1), ryšio schemos (D3,

D4, R3) ir išėjimo signalo formuotuvo – stiprintuvo (T, R2). Ryšio schema atstato ir

sumaţina ţemą įtampos lygį tranzistoriaus T įėjime bei padidina schemos atsparumą

trikdţiams. Išėjimo signalo formuotuvas – tai bendro emiterio schema, kuri sustiprina

atėjusį signalą ir suformuoja išėjime loginį signalą bei atlieka NE (inversijos)

operaciją.

D

2

Iin

Iin

D

1

x2

x1

a

R1

D

3

D

4

R3

b T

R2

+Em

y = x1 · x2

a

5

4

3

2

1

U0 1 2 3 4 5

Uin

A0

AS0

b

Uiš1

Uiš0

Uiš1

Uiš1

1 1

U

Uiš0

Uiš1

4,0

3,6

0

0,4

5,0

Uin0

Uin1

Uiš0

max

Uiš1

min

Uin0

Uin1

UAT0

UAT1

Em

Ţemė

Nenusakoma

sritis

c

y

Grafinis ţymuo

MILSPE

C

TEK

y x1

x2

x1

x2

y 1

y &

x1

x2 Teigiama

Neigiama

IR - NE

ARBA-NE

Funkcija Logika

x1

x2

d

Teisingumo

lentelė

x1 x2

y

0 0

1

0 1

1

1 0

1 1

1

0

Jei bent vieno įėjimo įtampa yra ţema (U0), to įėjimo diodas yra atviras ir per

jį bei R1 teka srovė iš maitinimo šaltinio Em. Taške a įtampa yra ţema ir jos

nepakanka diodams D3, D4 ir tranzistoriui T atidaryti. Tranzistorius yra uţdarytas, o

išėjimo įtampa artima Em, t.y. atitinka loginį 1 (U1). Jei į visus schemos įėjimus

paduodama įtampa, atitinkanti loginį 1, tai įėjimo diodai D1, D2 uţsidaro, taško a

potencialas išauga ir atsidaro diodai D3, D4. Tranzistorius T atsidaro ir įsisotina, todėl

išėjimo įtampa yra ţema (U0). Maţinant R1, galima daugiau įsotinti tarnzistorių,

tačiau padidinama įėjimo srovė Iin0, o tai sumaţina sklaidos koeficientą ns. Norint

sumaţinti Iin0, diodas D3 pakeičiamas tranzistoriumi.

Elemento išėjimo varţa, kai išėjimo įtampos lygis aukštas (Uiš1), artima

rezistoriaus R2 varţai.

Nagrinėjant galimus DTL elemento įėjimo įtampų lygius, priimta skaidos

koeficientas nS = 10. Įsotinto Si tranzistoriaus įtampa (emiteris, kolektorius) UEK =

0.4V. Esant maitinimo įtampai Em 5V, reikalaujamas atsparumas trikdţiams lygus

0,4V, t.y. LE turi priimti signalą kaip loginį 0, esant maksimaliai įtampai

Uin0max 0,8V. Kai LE įėjimas bus sujungtas su tokio elemento išėjimu, tai srovė

tekės iš Em per rezistorių R1, įėjimo diodą (tegu D1) iš įsotinto išėjimo tranzistoriaus,

perėjimą kolektorius – emiteris į ţemę.

Esant aukštam lygiui išėjime (Uiš1), tranistorius uţdarytas ir srovė teka iš Em

per varţą R2, kito LE įėjimo diodą (D1), ryšio diodus (D3, D4), rezistorių R3 į ţemę.

Esant įėjimo diodo srovei apie 10 A, per dešimt prijungtų įėjimo diodų tekės 0,1mA

srovė. Rezistoriaus R2 varţa apie 10k . maksimalus įtampos kritimas rezistoriuje R2

lygus 1V ir minimali išėjimo įtampa Uiš1min 4V. Esant atsparumui trikdţiams 0,4V,

minimali įėjimo įtampa Uin1min 3,6V. Apytikriai tokie yra DTL elementų ribiniai

įėjimo, išėjimo lygiai (6 pav. c). DTL elementų įėjimo srovė Iin0 teka iš LE išėjimo į

kito LE įėjimą, o Iin1 priešingai ir Iin

0 >Iin1 (Iin

0 1 2mA, Iin1 10 A).

DTL elementai yra vidutinio greičio loginės schemos, nes schemose

nuosekliai sujungti elementai turi parazitines talpas. Nemaţą vėlinimo (tv) laiko dalį

įneša tranzistoriaus darbas įsotinimo reţime.

Pakeitus diodus D3, D4 stabilitronu, įjungtu priešinga kryptimi, padidėja

atsparumas trikdţiams. Tada naudojama maitinimo įtampa Em> 5V ir loginiai lygiai

(U0, U1) nesutampa su standartiniais.

TTL elementai

DTL elementų įėjimo diodus pakeitus diagiaemiteriniu tranzistoriumi (7 pav.

a), gauti tranzistoriai – tranzistoriniai loginiai (TTL) elementai (7 pav. b) su paprastu

invertoriumi.

7 pav. a – daugiaemiterinio tranzistoriaus diodinė schema;

b – TTL elemento su paprastu inverteriu principinė schema;

c – tiesioginio perdavimo charakteristika;

d – išėjimo charakteristika.

Čia T1 atlieka loginę funkciją IR, o T2 – tranzistorinio jungiklio-interverio. Jei

bent vieno įėjimo įtampa Uin 0,4 V(Uin0), tai to įėjimo emiterinė pn sandūra ateina,

bazės srovė teka į įėjimą. Tranzistoriaus T1 bazės įtampa UB1 U0

UBE 0,8V ir šios

napakanka atidaryti nuosekliai sujungtoms dviems pn sandūroms (T1 bazės-

kolektoriaus ir T2 bazės-emiterio). Tranzistorius T2 uţdarytas ir per R2 išėjimo srovė

Iiš1 į apkrovą, t.y. į prijungtų loginių elementų įėjimus. Didinant įėjimų įtampą, ir kai

Us0 0,8V, tranzistorius T2 atsidaro ir Uiš sumaţėja. Toliau didinant Uin,

tranzistoriaus T1 emiterių sandūros uţsidaro ir jis pradeda dirbti inversiniu reţimu.

Nusistovi įtampa UBE 2 0,7V, kuri uţtikrina tranzistoriaus T2 darbą įsotinimo

reţimu. Išėjime nusistovės įtampa Uiš Uiš0max.

TTL elemento su paprastu inverteriu gamyba nesudėtinga, tačiau jis

neatsparus trikdţiams ir temperatūros poveikiams. Praktikoje paprastai naudojami

TTL elementai su sudėtiniu inverteriu (8 pav.). Sudėtinis inverteris susideda iš signalo

K E E B

p

n

B

K

E2

E1

K

B

E2

E1

a

y = x1 x2

4k

+Em

R2

2k

R1

4k

T2

T1

x1

x2

b Uin,

V 0,5 1 1,5 2 2,5

U0 U

1

A1

A0

Uiš,V

2,5

2

1,5

1

0,5

c

Iin0

Iin1

1 2 U1 3

U0

A1

A0

Iin mA

0,4

0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

Uin, V

d

simetrinimo pakopos (T2, R2, R3), formuojančios priešingų fazių valdymo signalus,

ir išėjimo pakopos (T3, T4, D3, R4), dirbančios dvitakčiam reţime ir formuojančios

išėjimo signalą. Diodai D1, D2 (jų gali ir nebūti) riboja įėjime veikiančius neigiamus

trikdţių signalus, kurie gali atsirasti pereinamų procesų metu išorinėse LE įėjimo

grandinėse.

8 pav. a - TTL elemento su sudėtiniu invertoriu principinė schema;

b - tiesioginė perdavimo charakteristika;

c - vartojamos srovės charakteristika;

d - atviro kolektoriaus schema.

Tranzistorių T2 ir T4 diodinių perėjimų emiteris-bazė ir tranzistoriaus T1

bazė-kolektorius kontaktiniai potencialų skirtumai palaikys tranzistoriaus T1 bazėje

įtampą apie 2,2 V. Įėjimuose esant įtampai Uin1, tranzistoriaus T1 diodai emiteris-

bazė uţdaryti ir tranzistorius T2 dirba įsotinimo reţime valdant srove, tekančia per

R1, ir T1 perėjimą bazė-kolektorius. Tada atsidaro T4, o uţsidaro T3 ir išėjime bus

įtampa apie 0,2 V (Uiš0).

Jeigu bent viename įėjime bus ţemas lygis (Uin0), tai to įėjimo perėjimas

emiteris-bazė atsidarys, per jį srovė tekės tiesiogine kryptimi. Įtampa T1 bazėje

sumaţės iki lygio 0,9 V ir tranzistoriai T2, T4 uţsidarys. Tuo pačiu metu T3

T6 T5

R5

Im

R3

1.5k

T4

D

3

T3

T2

E

m R4

120 R2

1.5k

D

2

D

1

T1

R1

4k

U

v

x1

x2

a

A1

AS

A0

1 US 2 3 4 5

UIN, V

Uiš

5

4

3

2

1

b

1 US 2 3 4 5 UIN,

V

Im, mA

10

8

6

4

2

c

Uiš

R3

T3

T2 T1

+Em

R2 R1

x1

x2

d

atsidarys, o LE išėjime nusistovės aukštas lygis (Uiš1). Esant pozityvinei logikai,

schema vykdys operaciją IR-NE.

Sudėtinis inverteris dirba dvitakčiu reţimu ir pasiţymi greitu persijungimu,

kaip iš ţemo lygio į aukštą, taip ir atvirkščiai. Vienas iš esminių tokių TTL elementų

yra tai, kad perjungiant tranzistorius T3, T4, jie trumpą laiko momentą būna atviri.

Atsiranda trumpas srovės impulsas (8 pav.,c), kuris yra trikdis, turintis plačią daţnių

spektro juostą, ir per maitinimo šaltinį gali patekti į kitų elementų įėjimus. Srovės

impulso amplitudei sumaţinti jungiamas ribojantis rezistorius R4. Kad sumaţinti

trikdţius, TTL elementų maitinimo išvaduose reikia jungti aukšto daţnio signalus

šuntuojančius kondensatorius ( 0,1 F).

Jeigu tranzistorius T1 turi tik vieną emiterį, tai tokia schema vykdo loginę

operaciją NE (inverteris). Inverteris naudojamas, kad iš signalo X gauti signalą X,

arba priešingai iš X gauti X. Jis turi tik vieną įėjimą ir vieną išėjimą.

Skaitmeninėse schemose, ypač vykdant lygiagretų informacijos apdorojimą,

atsiranda poreikis prie signalinės linijos (magistralės) prijungti kelis informacijos

šaltinius ir imtuvus. TTL schemų su sudėtiniu invertoriumi išėjimus sujungti į vieną

tašką (9 pav. a) draudţiama, nes esant vieno elemento išėjime Uiš1, o kito elemento

Uiš0 dvitakčiai išėjimai uţtrumpins maitinimo šaltinį su ţeme (atidaryti tranzistoriai

T3| ir T4

|| ). Kad tai neįvyktų gaminami tribuviai TTL elementai, prijungiant (8 pav. a

punktyrinės linijos) papildomus tranzistorius T5 ir T6. Padavus aukštą įtampos lygį į

valdymo signalo įėjimą UV, tranzistoriai T5, T6 įsotinami ir įţeminamos ranzistorių

T3, T4 bazės. Tranzistoriai T3 ir T4 uţdaryti ir loginis elementas pereina į didelės

varţos (didelio impedanso) būseną (z būseną), kurioje išėjimo varţa yra labai didelė,

todėl elementas yra tarsi atjungtas nuo išėjimo grandinės. Prie signalinės linijos

galima jungti kelis (kelias dešimtis) trijų būsenų LE išėjimus su sąlyga, kad tuo pačiu

metu būtų tik vienas LE aktyvus, o kiti trečioje (z) būsenoje. Tokio elemento grafinis

ţymėjimas parodytas 9 pav. b.

Skaitmeninėse schemose daţnai naudojama loginė funkcija MONTAŢINIS

ARBA (10 pav. a).

I

T3||

T4||

T4|

T3|

+Em +Em

a

Valdymo įėjimas

UV

Įšėjima

s Įėjimas

b

9 pav. a – Em uţtrumpintas per dviejų TTL elementų išėjimus; b – trijų būsenų LE

lygiagretus ţymuo.

10 pav. a – MONTAŢINIS ARBA funkcija; b – atviro kolektoriaus schema.

Šią funkciją galima realizuoti panaudojant LE su atviru kolektoriumi (10 pav.

b). Elementą su atviru kolektoriumi išėjimą sudaro vienas tranzistorius (T4) su

įţemintu emiteriu. Iš išorės prie schemos galima prijungti apkrovos varţą (RA).

TTL elementuose, realizuojančiose funkciją ARBA – NE, daugiamemiteriniai

tranzistoriai nenaudojami (11 pav. a). Šiose schemose tranzistoriui T2 lygiagrečiai

prijungtas tranzistorius T3. Jeigu prie įėjimo x1 (x2) prijungta įtampa U1 tranzistoriaus

T1 (T4) emiteris – bazė diodas uţdarytas, tranzistorius T2 (T3) atidarytas, išėjimo

grandinės tranzistorius T6 atidarytas, o T5 uţdarytas. Išėjime bus ţemas lygis Uiš0. Kai

prie abiejų įėjimų (x1,x2) prijungtas ţemas lygis U0, tai tranzistoriai T2 ir T3 uţdaryti,

išėjime bus aukštas lygis Uiš1.

Jeigu tranzistoriai T1 ir T4 daugiaemiteriniai (11 pav. a paţymėta punktyrais), tai LE

realizuos funkciją IR-ARBA-NE (x1|

x1 v x2|x2). Daugiaemiteriniai tranzistoriai T1 ir

T4 realizuoja funkciją IR, o T2 ir T3 – ARBA.

TTL elementų įėjimų, išėjimų įtampų lygiai pateikti 11 pav. b.

R1

x1

x2 T4

T2 T1

R3

Uiš

R1 R1

+Em

b

x3

x4

x1

x2

RA

+Em

y = x1x2 v

x3x4

&

&

a

D x1|

x1

x2

x2|

T6

T5

T4 T3 T2 T1

R3

+Em

R5

R4 R2

R1

y = x1v x2

a

11 pav. a – IR –NE TTL elemento principinė schema; b – TTL elemento įėjimo,

išėjimo įtampų lygiai.

Išėjimų lygiai pilnai padengia įėjimo lygius, todėl LE išėjimus galima jungti

tiesiai prie įėjimų. TTL elementų srovės tokios: IIN1 = 20 40 A; IIN

0 = -0.4 1.6

mA;

Iiš1 = 0,4 1 mA; Iiš

0 = 8 16 mA.

Maitinimo įtampa rekomenduojama EM = +5V 5%. Trumpam laikui galima

prijungti EM +7V.

Jeigu yra loginio elemento IR – NE neišnaudotas įėjimas, tai jį reikia prijungti

per rezistorių prie maitinimo įtampos (+5 V) grandinės (12 pav a). Be to galima

nepanaudotą įėjimą sujungti su kitu įėjimu (12 pav. b), į kurį paduodamas signalas, tik

reikia įvertinti tai, kad signalo šaltinis bus apkrautas dviem įėjimais. Nepanaudotą

įėjimą palikus laisvą (“kabantį”), t.y. niekur neprijungus, LE dirbs taip, kad į jį būtų

paduotas aukštas lygis. Šis rėţimas nerekomenduojamas, nes LE tampa jautresniu

triukšmams ir sumaţėja veikimo sparta.

Neišnaudotas loginio elemento ARBA – NE įėjimas turi būti prijungtas prie

ţemės (12 pav. c), arba sujungtas su kitu įėjimu (12 pav. d) į kurį paduodamas

signalas.

+5 V

R

x1

x1 x1 x2

x2

x1

x2 y

12 pav. Nepanaudotų iėjimų prijungimo pavyzdţiai : a,b – loginių elementų IR – NE ;

c,d – loginių elementų ARBA – NE .

d

U-

IS0

MAX

U-

IN0MAX

UIN1

MIN

UIS1

MIN

5

4

3

2

1

0,8

5

4

3 2,4 2 1

0,4

Em

Išėjimas Įėjimas

Nenusako

ma sritis

b

1

1 y y y

c a b

TTL elemento išėjimų draudţiama sujungti tiesiogiai (trumpas sujungimas) su

maitinimo įtampos EM grandine, nes esant Uiš0 maitinimo šaltinis bus “uţtrumpintas”

su ţeme per atvirą tranzistorių T4 (8,10 pav.). LE išėjimą galima tiesiogiai sujungti su

ţeme, jeigu yra paprasto inverterio arba atviro kolektoriaus išėjimas.

Montaţinėse schemose ţemės laidas ar takelis paprastai daromas storas, kad

turėtų maţą ominę varţą. Kad schemų LE neturėtų parazitinio ryšio per maitinimą,

kiekviena ar bent kas antra mikroschema šuntuojama aukšto daţnio kondensatoriumi,

kurio talpa apie 0,1 F.

TTL elementai talpinami standartiniuose integrinių schemų (IS) paprastai 14

kontaktų korpusuose, kuriuose patalpinama keli LE (pav. b)

EM 5V

8

9

10

11

12

13

14

1

1

2

3

4

5

6

7

1

1

1

1

1

a

EM 5V

8

9

10

11

12

13

14 1

2

3

4

5

6

7

b

EM 5V

8

9

10

11

12

13

14 1

2

3

4

5

6

7

c

&

&

1

2

3

4

5

6

7

EM 5V

8

9

10

11

12

13

14

d

13 pav. Standartinės TTL schemos: a – inverteriai; b – 2 įėjimų IR-NE; c – 3 įėjimų

IR-NE; d – 4 įėjimų IR-NE; c – 8 įėjimų IR-NE

Pastaruoju metu TTL elementų gamintojas pateikia standartines dviejų, trijų, keturių

ir aštuonių įėjimų IR –NE ir ARBA – NE schemas.

TTL Šotki elementai

Pastaruoju metu gaminami maţos galios TTL elementai su Šotkio diodais (TTLŠ). Jie

pilnai pakeičia TTL elementus. Reikalauja apie 5 kartus maţesnės galios nei to paties

sudėtingumo TTL elementai. Vidutinis vėlinimo laikas apie 10 ns. Elemento sklaidos

koeficientas ns = 20. TTLŠ elementuose vietoje įprastų diodų ir tranzistorių

naudojami Šotki diodai ir tranzistoriai. Šotkio tranzistorius – tai tranzistorius, kuriame

tarp bazės ir kolektoriaus įjungtas Šotki diodas (14 pav.a), neleidţiantis tranzistoriui

dirbti įsotinimo rėţimu. Toks tranzistorius pasiţymi didesne sparta, nes dingsta

elektronų kaupimasis bazės srityje.

K K

B

B

E E

a b

1

2

3

4

5

6

7

EM 5V

8

9

10

11

12

13

14

e

&

+Eu

R6

R2 T2

R1

D3 T3

x1

x2 T1 y = x1* x2

D4 R5

T5

D2 R4

T4

D1

R3

14 pav. a – Šotki tranzistoriaus schema; b – Šotki tranzistoriaus grafinis ţymėjimas; c

– IR – NE TTLŠ schema.

TTLŠ schemoje (14 pav. c) operaciją IR atlieka Šotkio diodai D3, D4, kurių :

persijungimo laikas maţas, nes juose nevyksta krūvių kaupimasis;

kontaktinis potencialų skirtumas maţas (apie 0,2V), kuris leidţia padidinti

atsparumą trukdţiams.

Tranzistoriai T2 ir T4 pagreitins tranzistorių T3 ir T5 persijungimą bei padidina

atsparumą trikdţiams.

TTLŠ elementų loginių lygių įtampos tokios :

Uin0

max = 0,8 V; Uin1

min = 2 V; Uiš0

max = 0,5 V; Uiš1

min = 25 V.

Matome, kad loginių lygių įtampos beveik sutampa su TTL elementų loginiais lygiais

ir pilnai persidengia t.y. be apribojimų galima jungti į schemas TTL ir TTLŠ

elementus, TTLŠ elementų įėjimo ir išėjimo srovės tokios :

Iin0

max = - 0,4 mA; Iin1max = 20 μA; Iiš

0max = 8 mA; Iiš

1max = - 400 μA.

Išėjimo srovės uţtikrina sklaidos koeficientą ns = 20. TTLŠ elementai dirba su

maţesnėmis srovėmis nei TTL, tai maitinimą šuntuojančius kondensatorius (0,1 μF)

galima prijungti prie kas ketvirtos mikroshemos.

Loginiai elementai su MOP tranzistoriais

Lauko tranzistoriai savaime turi slenkstinę ištakos – santakos įtampą, todėl jie gerai

tinka skaitmeninėje technikoje. Be to MOP elementai ir su dideliu funkcinių

elementų tankiu lengvai pagaminami integrinės technologijos būdu. Pagal lauko

tranzistorių kanalo tipą (p arba n) LE (loginiai elementai) yra skirstomi į p MOP ir n

MOP loginius elementus. Jei LE sudaryti iš p MOP ir n MOP tranzistorių, tai jie

vadinami komplementiniais (KMOP).

MOP elementuose naudojami lauko tranzistoriai su indukuotuoju kanalu (15

pav. a,c,d). Paprasčiausia schema inverterio su tiesine apkrova, kada T1 dirba

jungiklio rėţimu (15 pav. a). Jo ir charakteristikos prasčiausios lyginant su inverteriais

su netiesine apkrova (15 pav. c) ir KMOP inverteriais (15 pav. d).

+Em +Em +Em

T2 R

R R “n”

y = x y

Uiš Uiš Uiš

T1

Uin

x “n” Uin x T

Uin Uin “n”

a b c

d

e

15 pav. MOP inverterių schemos: a – su tiesine apkrova; b – ekvivalentinė schema; c

– su netiesine apkrova; d – KMOP inverteris; e – tiesioginio perdavimo

+EM

“n”

T1

“p”

T2

charakteristikos; f – vartojamos srovės charakteristikos.Iš tiesioginio perdavimo

charakteristikų matyti, kad išėjimo įtampa Uiš1 ţymiai maţesnė nei inverterio su

netiesine apkrova ir KMOP inverterio. Inverterio su netiesine apkrova, kuriame T1

dirba jungiklio rėţimu, o T2 netiesinės apkrovos rėţimu, trūkumas – didelė

pereinamojo proceso, kuris įvyksta išjungiant schemą, trukmė, nes apkrovos talpa

įkraunama per didelę T2 netiesinę varţą. KMOP inverterio abu tranzistoriai (T1

ir T2) dirba jungiklio rėţimu, kada vienas iš jų yra atidarytas, o kitas uţdarytas. Jeigu

įėjime yra aukštas įtampos lygis (Uin1 ), tai T2 uţdarytas (p kanalas), o T1 atidarytas (

n kanalas). Išėjime turime ţemą lygį (U0). KMOP inverterio privalumai :

gerai išnaudojama maitinimo įtampa (U1 = EM, U

0 = 0 V);

schema dirbdama statiniu rėţimu beveik nevartoja galios;

didelė veikimo sparta, nes perjungimo metu iš maitinimo šaltinio

tekanti gana stipri srovė greitai perkrauna parazitinius kondensatorius.

Atsparumo trikdţiams poţiūriu tinkamiausia maitinimo įtampa yra lygi

tranzistorių slenkstinių įtampų (Ugon + Ugop) sumai, o tai būtų EM ≥5 V. Šiuo

atveju atsparumas trikdţiams

UAT0 ≈ UAT

1 ≈ 0,4 EM.

Kadangi įėjimo talpumas uţsikrauna ir išsikrauna nuo 0 iki EM, LE sklaidomas

galingumas proporcingas perjungimo daţniui, apkrovos talpumui ir maitinimo

įtampos kvadratui.

Didelis KMOP elementų privalumas – platus jų maitinimo įtampų

kitimo diapazonas:

3 15 V (specialios paskirties iki 18 V ). Nuo maitinimo įtampos kinta įėjimo,

išėjimo lygiai ir atsparumas trikdţiams (16 pav.).

EM

EM – 0,01 = Uiš

Aukštas lygis

70% EM = Uin1min

Neapibrėţta sritis

30% EM = Uin0max

Ţemas lygis

U0 + 0,01 = Uiš0

3 5 10 15 U0 (0)

a

5,0 EM 5 EM

4,99 Uiš1

3,5

Uin0

min

2,4 Uiš1

min

2,0

Nenusako- Uin1

min

ma sritis 1,5 Uin0

max

0,8 Uin0

m

0,4 Uiš0

max 0,01 Uiš0

0 0

Išėjimas TTL Įėjimas Išėjimas

KMOP

b

16 pav. Atsparumas trikdţiams : a – KMOP elementų esant EM = 3 15 V; b –

TTL ir KMOP schemų , kai EM = 5 V.

Naudojant EM = 5 V KMOP elementų loginiai lygiai artimi atitinkamiems TTL

loginiams lygiams ir įvertinus atitikimus šių šeimų LE galima jungti į bendrą schemą

be papildomų lygio formuotuvų.

Gaminamos įvairios MOP ir KMOP schemos. Elementarios schemos yra IR –

NE ir ARBA – NE (17 pav.) schemos. MOP IR – NE schemą (17 pav. a) sudaro

tranzistoriai T1,T2,T3 ir diodai D1,D2,D3,D4.

+EM

D2

T3 D1 T3

T4

D1 D2 y = x1* x2

x1

T2

x1

T1

x2 x2

D4

D3 D4 D3

a b

T1

T2

T4

y = x1* x2

+EM

Įėjimas

Nenusako-

ma sritis

+EM

D1 D2

x1

T4

T3 T6 T8

x2

y = x1 x2 y =

x1 x2

D3

D4

T1 T2 T5 T7

c

Uiš, V

5 2 1 – nebuferizuoti išėjimai

4 2 – buferizuoti išėjimai

3 1

2

1

0 Uin, V

1 2 3 4 5

d

17 pav. MOP ir KMOP loginiai elementai: a – MOP IR – NE ; b – KMOP IR – NE ; c

– KMOP ARBA – NE ; d – tiesioginio perdavimo charakteristikos.

Tranzistoriai T1 ir T2 vykdo loginę operaciją IR. Tranzistorius T3 – tai netiesinė

apkrova. Diodai apsaugo įėjimus nuo antiįtampų : D1,D2 – teigiamų, viršijančių +EM ;

D3,D4 neigiamų. Jei įėjime yra aukštas lygis, tai tas įėjimas atidarytas. Kai x1 = x2 =

Uin1 , tai T1 ir T2 atidaryti. Išėjime turėsime ţemą lygį (Uiš

0), nes T3 turės didelę varţą.

Vietoje T3 įjungus du tranzistorius (17 pav. b) su priešingo laidumo kanalais nei T1,T2

ir jų uţtūras sujungus su atitinkamais įėjimais, turėsime KMOP IR – NE elementą.

Įėjime esant aukštam lygiui atitinkamas tranzistorius (T3,T4) bus uţdarytas. Jeigu

įėjime, pavyzdţiui x1, bus ţemas lygis (Uin0) tai T2 bus uţdarytas, o T3 atidarytas.

Išėjime turėsime aukštą įtampą Uiš1.

KMOP loginį elementą ARBA – NE (17 pav. c) sudaro tranzistoriai T1,T2,T3,T4. Šio

elemento išėjimo įtampa Uiš1 bus tuomet, kai aukšta įtampa bus paduota bent į vieną

įėjimą ir to įėjimo tranzistorius atsidarys, o atitinkamas tranzistorius prijungtas prie

+EM (T3,T4) uţsidarys. Išėjime turėsime įtampą Uiš0. Jei abiejuose įėjimuose yra

įtampos Uin0, tai T1 ir T2 uţdaryti, o T3 ir T4 atviri, o išėjimo įtampa Uiš

1. Išėjimo

įtampa nepriklauso nuo įėjimų skaičiaus.

Pastaruoju metu paplito KMOP elementai su buferizuotu išėjimu, kada elemento

išėjime yra įjungti du inverteriai (17 pav. c). Inverterius sudaro tranzistoriai

T5,T6,T7,T8. Išėjime turime signalą, vykdantį ARBA – NE funkciją, tačiau pasiţyminti

geresnėm (artimom idealioms) perdavimo charakteristikomis (17 pav. d).

Naudojant KMOP tranzistorius patogu sudaryti dvipusius jungiklius (18 pav.

a). Kai UV = U1 , tai tranzistoriai T1 ir T2 atsidaro ir grandinė x y trumpai sujungiama

per maţą atvirų tranzistorių varţą. Viena kryptim srovė teka per tranzistorių T1, o

priešinga kryptim – per T2. Kai UV = U0, tranzistoriai uţsidaro, grandinė nutraukiama.

UV

1

T3

T2

+EM y

x T1

T1

T2

Uin

UV C

a)

b)

18 pav. a – KMOP dvipusis jungiklis; b – dinaminis vienfazis MOP inverteris.

Plačiai gaminami dinaminiai MOP loginiai elementai (vienfaziai, dvifaziai). Jų

veikimas paremtas krūvio saugojimu parazitinėje talpoje. Tuomet, kai perduodamas

sinchroninis impulsas, krūvis, atitinkantis loginį 0 ar 1, perduodamas kitiems

elementams. Paprasčiausias vienfazis dinaminis inverteris (18 pav. b) sudarytas iš

tranzistoriaus T1 – jungiklio ir tranzistorių T2,T3 – inverterio su netiesine apkrova.

Parazitinis kondensatorius C įkraunamas arba iškraunamas per jungiklį

sinchronizuotai valdymo impulsu UV. Jei į įėjimą paduodama Uin = U1, tai

kondensatorius C įsikraus iki šios įtampos lygio per tranzistorių T1, kurį atidarys

sinchroninis impulsas UV. Pasibaigus šiam impulsui įtampa UC = U1, tranzistorius T2

atviras ir

Uiš = U0. Jei Uin = U

0, tai sinchroimpulso metu kondensatorius C išsikraus, UC = U

0,

T2 uţsidarys, išėjimo įtampa Uiš = U1.

Informacijos saugojimo laikas priklauso nuo parazitinės talpos ir nuotekio varţos

dydţio. Informacija saugoma keletą milisekundţių. Dinaminių elementų privalumas –

labai maţa vartojamoji galia, kuri reikalinga talpoms perkrauti.

Uiš

MOP ir KMOP schemų įėjimo varţa labai didelė ( 1012

), todėl įėjimo įtampa

savaime gali pereiti iš ţemo lygio į aukštą lygį ir atvirkščiai (nenusakomas rėţimas).

Visi nepanaudoti įėjimai turi būti sujungti arba su EM (IR – NE elementams), arba su

ţeme (ARBA – NE elementams). Nepanaudotus įėjimus galima sujungti su tais

elemento įėjimais, kurie yra panaudoti (labiau apkrautas bus signalo šaltinis).

KMOP elementų apkrovos savybes padidinti galima du elementus sujungus

lygiagrečiai (19 pav.). Lygiagrečiai sujungiama atitinkami įėjimai ir išėjimai. Taip

galima valdyti TTL elementus. Šiam tikslui geriau tiks ARBA – NE schemos

(nebuferizuotos), kurios leis padidinti srovę į ţemę išlaikant ţemą lygį Uiš0. Jeigu

lygiagrečiai bus sujungtos dvi schemos, apkrovos savybės (ns) padvigubės.

1

1

a) b)

19 pav. Lygiagretus sujungimas schemų : a – IR – NE ; b – ARBA – NE .

SUJUNGTŲ EMITERIŲ LOGIKOS (SEL) ELEMENTAI

Sujungtų emiterių loginiai elementai, tai loginės schemos dirbančios su neįsotintais

tranzistoriais, t. y. tranzistoriais dirbančiais stiprinimo reţimu. Jie realizuoja ARBA ir

ARBA-NE loginas operacijas. SEL elemento principinė scema (20 pav.,a) sudaryta iš

diferencinės pakopos

(T1, T2, T3) ir išėjimo emiterinių kartotuvų (T4, T5). Tranzistoriaus T3

x1 x2

R3 R4 R5

T3 T2 T1

T4

T5

R1 R2

A B

-UATR

y=x1Vx2

y=x1 V x2

-UM(-5,2v)

a

2 pav. SEL elementio: a-principinė schema; b-tiesioginė perdavimo charakteristika;

c-įėjimo charakteristika

bazė prijungta prie atraminės įtampos Uatr šaltinio. Uatr sudaro pastovų prišįtampį

tranzistorių T1-T3 emiterio grandinėje ir uţtikrina tranzistorių T1, T2 srovių sumos

pastovumą iš vienos pusės ir T3 – iš kitos pusės. Uatr nusako tiesioginės perdavimo

charakteristikos simetrijos ašį.

Jei į visus schemos įėjimus paduotas ţemas įtampos lygis U0 (-1,6V --Um), tai

tranzistoriai T1, T2 uţdari. Tranzistoriaus T4 srovės perdavimo koeficientas (b )

didelis, bazės srovė silpna ir įtampos kritimas rezistoriuje R1 maţas. Taške A įtampa

Ua~0V. Inversinio išėjimo įtampa U1 (~-0,8V). Tranzistorius T2 atviras ir įtampos

kritimas rezistoriuje R2 di delis. Taške B įtampa Ub ~ -IK3R2. Neinversinio schemos

išėjimo itampa U0 ~

UB - UBE , kur UBE - tranzistoriaus T5 įtampa tarp bazės ir

emiterio.

Jei bent vieno schemos įėjimo įtampa U1

~ 0,8 V, tai to įėjimo tranzistorius

atidaromas, jo kolektoriaus ( taške A ) įtampa UA= –JKR1. Tranzistoriaus T3

kolektoriaus ( taške B ) įtampa Ub = 0 V, nes per jį ir teka silpna srovė. Įtampų

pokytis per emiterinius kartotuvus perduodamas į atitinkamus išėjimus. Inversinam

išėjime turėsime įtampą U0, o tiesiginiam – U

1.

Schema paskaičiuota taip, kad nei vienas tranzistorius nebūtų įsotinamas loginiais

signalais, kurių amplitudė turi būti nedidesnė uţ bazės emiterio pn sandūros

atidarymo įtampą, t. y. Uin <UBE=0,8 V. Priešingu atvėju įėjimo tranzistoriai įsisotintų

ir elemento veikimo sparta sumaţėtų. LE perjungiamas, kai įėjimo įtampa Uin=-Uatr.

Tiesioginė perdavimo charakteristika yra simetriška, kai Uatr=0,5(U0+U

1). Tada

atsparumas trikdţiams U0

AT=U1

AT=0,2-0,25 V. SEL elementų sklaidos koeficientas

ns=20-30, nes Iiš siekia 30-50 mA. Schemos veikimo laikas yra keletas

nanosekundţių.

1. Panaudojus emiterinius kartotuvus ne tk LE išėjimuose, bet ir įėjimuose,

padaromos SEEL elementų schemos (210pav.). Toks elementas pasiţymi didesne,

nei SEL elementai, sparta ir gewresnėmis loginių lygių formavimo savybėmis.

Loginė funkcija realizuojama emiterinių kartotuvų (T1, T2) pagalba. Tranzistorių

T1, T2 emiteriai sujungti su baze tranzistoriaus T3, įeinančio į diferencinio

stiprintuvo sudėtį. Emiterinis kartotuvas (T7) suformuoja itampą Uatr. Įtampos

daliklis R4, R5 nustato įtampos Uatrdydį.

-1,8 -1,2 -0,6 0

-0,6

-1,2

-1,8

Uin

Uiš

y

y

A0

A0s A

1s

A1

Uin, v

A1

A0

1,2 0,6 0

40

80

120

Iin,

b c

21 pav. SEEL elemento principinė schema

Truputi pakeitus SEL elementų schemas, galima gauti LE relizuojančius sudėtingas

logines funkcijas. Jeigu scmose naudojama SEL ir TTL elementai, jų loginių signalų

įtampų lygiams suderinti gaminamos specialios lygiųū keitimo mikroschemos.

SEL elementų nepanaudoti įėjimai sujungiami su maitinimo įtampos –UM šaltiniu.

INJEKCINĖS LOGIKOS (I2L) ELEMENTAI

I2L elementas pagal struktūrą panašus į TRTL elementą, kurio rezistorius pakeistas

pnp tranzistoriumi (22 pav.,a). Vietoje kelių tranzistorių naudojamas npn

daugiakolektorinis tranzistorius T1 (22 pav.) Vietoje kelių tranzistorių naudojamas

npn daugiakolektorinis tranzisytorius T2.. Tranzistorius T1 visada dirba stiprinimo

reţimu ir yra kaip srovės šaltinis (injektorius). Jo srovė teka per T1 kolektorių į

signalo šaltinį, kai Uin=U1.

22 pav. I2L elemento: a – principin4 schema; b – grafinis ţymuo; c – tiesioginė

petrdavimo charakteristika; d – įėjimo srovės priklausomybė

Rezistorius R stabilizuoja injektoriaus srovę, kai Uin=U0, T2 yra uţdaras, nes neteka

bazės srovė.Tada išėjimo įtampa Uiš=U1, kada LE yra apkrautas, t. y. jo išėjimas yra

sujungtas su analogiško elemento įėjimu. Kai Uin=U1, T2

yra atviras nes jį atidaro ir

įsotina injektoriaus srovė. LE išėjime gaunama ţema įtampa, t. y. Uiš=U0.

T1 T2

T3

T4

T5

T6 T7

R1 R2 R3

R4

R5 y=x1 v x2

x1

x2

-Um (-4v)

I R

20k

+UM (+1v)

Uiš x x

T1 T2

Uin

a

1 x

x

x

b

0,6

0,4

0,2

0 0,2 0,4 0,6

Uiš, v

Uin, v

A0 A0s

A1

Uin,

v A1

A0

0,2 0,4 0

Iin,

0,6

10

7,5

5

2,5

2,5

c d

I2L elemento tiesioginė perdavimo charakteristika yra nesimetrinė (22 pav.,c).

Atsparumas trikdţiams U1

ATU0

AT. Maţas atsparumas trkdţiams, kai Uin=U1, vienas

iš I2L elemento trukumų. Elemento sklaidos koeficientas ns =1 kiekvienam

kolektoriui, todėl I2L elementai gaminami su keliais kolektoriais (2 – 5).

I2L elemento maitinimo įtampa UM=1 – 51,5 V (didesnė uţ emiterinės sandūros

įtampą). LE vartoja labai maţai galios (Pvid~0,01 mW).I2L elementai naudojami

puslaidininkinėse atmintyse,elektroninių laikrodţių mikroschemose ir kitur. Pavieniai

LE negaminami.

Sujungęinverterių išėjimus gauname LE, vadinamą “montaţiniu IR” (23 pav.).

23 pav.”Montaţinio IR”: a – principinė schema; b – grafinis ţymėjimas

Elementas atliks invertuotų kintamųjų konjunkciją (

X1 X2=X1+X2).

GaAs LOGINIAI ELEMENTAI

Loginės schemos pagamintos išpuslaidininkinės medţiagos GaAs pasiţymi ypač

didele veikimo sparta. Didelė veikimo sparta pasiekiama naudojant GaAs lauko

tranzistorius su n kanalu ir Šotkio sandūra. Inverteris (24 pav.) yra sudarytas iš lauko

tranzistorių su n kanalu ir valdančiąja Šotkio sandūra. Į jį paduodamos dvi maitinimo

įtampos (UM1=4 V, UM2=3 V). Šotkio diodo atidarymo įtampa apie 0,8 V. Įėjimo

ttranzistorius T1 stiprina įėjimo įtampą Uin, kurio dinaminė netiesinė apkrova yra T2.

Tranzistorius T3 – ištakinis kartotuvas,o T4, dirbantis soties reţimu, - stabilios srovės

šaltinis, nepriklausantis nuo išėjimo įtampos didumo. Šotkio diodai D1, D2, D3 sudaro

nuolatinės įtampos poslinkį (~2,4 V). Tokio LE loginiai lygiai šie: U0=-2 v, U

1=0,5 v.

Kai UinU0,tai T1 uţdaras, jo santakos įtampos (Us) reikšmė artima UM1. Ištakinis

kartotuvas ir diodai D1, D2, D3 pakeičia įtampą Us iki U1=0,5 V. Kai Uin=U

1, tai T1

įsisotinęs. Tada Us=0,4 V ir Uiš=U0=Us= -2 V. Tokio LE įėjimo varţa artima

begalybei,išėjimo varţa apie 1 k.

1 x1

x1

x2

x1

x2

x1 x2

y=x1*x2

+UM (1v)

1 x2

y=x1*x2

a b

24 pav. Inverterio su GaAs tranzistoriumi: a – principinė schema; b – perdacimo

charakteristika

LOGINIŲ ELEMENTŲ PALYGINIMAS

Loginius elementus palyginti galima pasinaudojus lentelėje 1 pateiktais

duomenimis.

1 lentelė. Loginių elementų parametrai LE

šeima

IS serija

rit.

UM V PVID

mW

tv ns tvid.Pvidp

J

ns IS serija

vak.

DTL K511 15 25 250 1000 5

TTl K155 5 10 10-20 100 10 7400

TTLŠ K555 5 2 3-10 8-60 10-20 74S00

SEL K500

K1500

-2,-5,2 –

5,2

35

50

2-3

0,75-1

50-70

35-70

20

20

10.100

10H. 100

PMOP K161 -12 15 1000 1000 5

KMOP K176 5

10

15 5

300/Hz 90-200

50-100

30-70

10

50 50

50

50

4.000

14.000

74C00

74HC0

I2L K582 1,5 0,1 100 2 3

GaAs 4, -3 40 0,1-1 50 20

Loginiai elementai gaminami serijomis. Šalių,kuriose gaminamos IS serijų ţimėjimai

skirtingi. Plačiau paplitę buvusių socialistinių šalių (ritų) ir kitose šalyse (vakarų)

serijų numeriai nurodyti lentelėje 1. Prie serijos numerio daţnai pridedama papildomi

simboliai (prefiksai), nurodantys firmą gamintoją (2 lentelė).

2lentelė. IS gamintojų prefiksai

Ţymėjimas Firma Ţymėjimas Firma

Am F

HD

MC PC

M

AMD

Fairchild

Hitachi

Motorola

Volvo SGS

CD -

SN SP

TC

RCA

Signetiks Texas

Instr. SPJ

Toschiba

T2

T1

T3

T4

D1

D2

D3

x

Uin

-UM2

Uiš

x

+UM2

Uin

As1

A0

1 2 0

A1

1

2

Uiš

UM1=4v

UM2=-3v

U1

b a

Didţiausią galią vartoja SEL ir GaAs elementai. Maţiausią galią vartoja kMOP

elementai. KMOP elementų vartojama galia priklauso nuo darbo daţnio (25 pav., a).

Didėjant įėjimo signalo daţniui, didėja sklaidoma galia dėl montaţinių talpų

uţkrovimo, iškrovimo.Didinant kMOP elementų UM, Pvid didėja.

25 pav. a – sklaidos galios priklausomybė nuo daţnio; b – vėlinimo priklausomybė

nuo apkrovos talpos

Didţiausia veikimo sparta pasiţymi GaAs ir SEL elementai,tačiau jų veikimo sparta

labai priklauso nuo išėjime susi dariusios montaţinės ir apkrovos talpos Ca. Apkrovos

talpa didţiausią įtaką turi nebuferizuotiems kMOP (25 pav., b: 1 kreivė –

nebuferizuoti; 2 kreivė buferizuoti) ir ţymiai maţesnę TTL elementams. Didţiausiu

atsparumu trikdţiams pasiţymi DTL ir MOP elementai, maţiausiu – I2L ir SEL.

BUFERINIAI ELEMENTAI RYŠIO LINIJOSE

Skaitmeninei informacijai perduoti iš vienos schemos (įrenginio) į kitą schemą

(įrenginį) naudojamos ryšio linijos. Ryšio linija turi vėlinimą kurį reikiA Įvertinti

projektuojant skaitmeninį įrenginį. Kiekviena ryšio linijos 10 cm ilgio dalis turi 1 ns

siggnalo vėlinimą. Ryšiui sudariti naudojama dvilaidė linija, dvilaidė vytos poros

linija arba kooksialinis kabelis. Dirbant aukštų daţnių srityje ryšio linija elgiasi

kaipilga linija, t. y. pasireiškia signalo atspindţiai nuo imtuvo jeigu apkrova

nesuderinta. Ilga linija charakterizuojama bangine varţa ZC, kuri priklauso nuo linijos

geometrinių išmatavimų (laidų diametro, atstumo trp laidų, aplinkos dielektrinės ir

magnetinės skverbties). Paprastai dvilaidės linijos ZC buna apie 100 – 150 omų, o

kooksialinio kabelio apie 50 –80 omų. Jeigu imtuvo įėjimo varţa Zin nesuderinta su

linijos bangine varţa ZC, tai linijoje pasireiškia signalo atspindţiai nuo imtuvo.

Signalo atspindţio koeficientas K=Uats/Usig=(Zin-ZC)/(Zin+ZC), kur Uats –

atsispindėjusio signalo įtampa, Usig – signalo įtampa. Kad būtų K=0, imtuvo įėjime

jungiama suderinimo rezistorius Rs, kurio varţa lygi naudojamos linijos banginei

varţai ZC.

Paplitęs nesimetrinis (26 pav., a) ir simetrinis (26 pav., b, c) duomenų perdavimas.

Duomenis siunčimoje scemoje naudojama speciali IS skirta duomenų perdavimui.

Pavyzdţiui, nesimetriniam perdavime naudojami duomenų perdavimo TTL elementai,

o priėmimui LE su chisterizė (Šmito trigeriai). Simetriniam perdavime naudojama

specialūs siuntimo TTL elementai, o imtuve specialūs komporatoriai. Simetriniam

perdavimui gerai tinka SEL elementai (26 pav. c),nes jie turi parafazinius išėjimus.

Imtuvui gaminami specialūs SEL komporatoriai.

100

Pvid

SEL

TTL

KMOP

10m

1m

100

10

1

1k 10k 100k 1M 10M 100

f, Hz

0

Santykinis vėlinimas

1

3

5

100

0 200

Ca, Pf

TTL

KMOP

KMOP

b a

26 pav. Duomenu perdavimas vytų porų linija: a – nesimetrine su TTL elementais; b

– simetrine su TTL elementais; simetrine su SEL elementais

Informaciją perduodant iš vienos schemos dalies į kitą, ypač naudojant duomenų

perdavimo magistrales, naudojami buferiniai elementai. Tai elementai, kurie neatlieka

loginių funkcijų, tačiau formuoja skaitmeninius signalus, stiprina srovės impulsus. Jie

aptarnauja duomenų magistrales vykdant sistemines funkcijas, t. y. nuo magistralės

atjungia tuo metu nenaudojamus signalų imtuvus ir siųstuvus.Buferiniai elementai

gali perduodamus signalusinvertuoti ar neinvertuoti.Vienoje mikroschemoje būna

paprastai kartotinų iš keturių (4,8 ar daugiau) buferinių elementų. Pavyzdţiui yra

sudvejintas buferis (27 pav.). Jį sudaro trijų būsenų formuotuvų dvi grupės (A ir B) po

keturis elementus. Abiejų grupių elementų išėjimai sujungti į bendrą magistralę (W).

Kiekvienos grupės elementų išėjimus valdo atskiri signalai SA ir SB (27 pav., b).

…..

&

+5v

74AS804

+5v

74LS14 Rs 110

…..

&

+5v

Am26LS31

+5v

Rs

110

+

-

Am26LS32

…..

&

-5,2v MC10101 -5,2v

Rs

110

+

- MC10115

a

b

c

SA SB An Bn Wn

0 1 In x An

1 0 x In Bn

1 1 x x z

27 pav. Sudvejinto buferio: a - schema; b – jo darbo lentelė

Labai paplitę dviejų krypčių buferiniai elementai (28 pav.).

28 pav. Dviejų krypčių buferio: a – schema; b – perdavimo kryptis iš B į A; c –

perdavimo kryptis iš A į B

Padavus aukštą lygį (U1) į valdantį įėjima, formuotuvas iš B į A pasidaro aktivus, o

kitas formuotuvas pereina į trečią (Z ) būseną (28 pav.). Padavus U0, formuotuvas iš

A į B tampa aktyviu (28 pav., c). Tokiu principu sudarytas dvikryptis buferis (AP6),

komutuojantis aštuonias grandines (31 pav., a).

A0

A1

A2

A3

B0

B1

B2

B3

W0

W1

W2

W3

SA

SB

a

A B

EO

A B

U1

A B

“0” a b c

b

E0 EAB An Bn

0 0 B Įėj.

0 1 Įėj. A

1 X Z Z

E0A 1An 0An E0B 1Bn 0Bn

0 Įėj. 1An 0 Įėj. 1Bn

1 * Z 1 * Z

& 1

A0

A1

A7

B0

B1

B7

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1A2

1A1

1A3

1A4

1B2

1B1

1B3

1B4

E0A

E0B

0A2

0A1

0A3

0A4

0B1

0B2

0B3

0B4

a c

29 pav. Buferiniai elementai: a – dviejų krypčių 8 grandinių elemento (AP6) schema; b – AP6 elemento

darbo lentelė; c – sudvejinto invertuojančio elemento (AP3) schema; d – AP3 elemento darbo lentelė

Paprastai buferinių elementų išėjimai uţtikrina didesnę išėjimo srovę nei paprastų elementų.

IMPULSUS FORMUOJANČIOS SCHEMOS

Tai schemos, kurių išėjime signalai yra impulsų formos. Impulsų formavimui galima panaudoti loginius

elementus su RC ar vėlinimo grandinėmis.

Impulsų trumpinimui galima panaudoti diferenciuojančią RC grandinę (30 pav., a). Suformuoto impulso

trukmę tI apsprendţia R ir C dydţiai (tI=0,7RC). Impulsų trumpinimui galima panaudoti ir vėlinimo

grandinę (30 pav., c). Impulso trukmė tI lygi grandinės vėlinimui tv.

30 pav. Impulsus trumpinančios schemos: a – su diferencijuojančia RC grandine, b – jos darbo laiko

diagramos; c – su vėlinimo grandine, d – jos drbo laiko diagramos

Impulsų pailginimui naqudojama diferencijuojanti (31 pav., a) arba integruojanti (31 pav., c) grandinė.

Naudojant integruojančią grandinę ir MOP elementus galima gauti didelės trukmės (sekundţių) impulsus.

1

R

C UR

Uin Uiš

t

t

t

Uin

UR

US

Uiš

ti a

b

&

Uv

Uin

Uiš

t

t

t

Uin

UV

Uiš

t

v

c d

1 H

ti

t

v

t

v

b d

31 pav. Impulsus ilginančios schemos: a – su diferencijuojančia grandine, b – jos darbo laiko diagramos;

c – su integrujančia grandine, d – jos laiko diagramos

Įjungus skaitmeninę schemą (įrenginį) svarbu gauti signalą, kuris nustatytų shemą (įrenginį) į pradinę

būseną. Tokį signalą gali formuoti integruojanti schema su šmito trigerio inverteriu (32 pav.). Didelę

impulso trukmę ti uItikrins didelės talpos kondensatorius C ir didelė varţa rezistorius R. Diodas D (jo gali

ir nebūti) pagreitina kondensatoriaus C išsikrovimą, kai maitinimas išjungiamas.

32 pav. a – schema formuojanti maitinimo įjungimo pradţios signalą, b – jos darbo laiko diagramos

Stačiakampių impulsų sekų generatoriai formuoj stačiakampės formos impulsų periodinius signalus.

Savaime susiţadinantys generatoriai vadinami regeneratoriais. Tai netiesinės grandinės,kurise, esant

tamtikroms sąlygoms, regeneravimo procesas. Juose sudarytas stiprus teigiamas grįţtamasis ryšis, kurio

dėka formuojami staigūs įtampos pasikeitimai. Susiţadinantis stačiakampių impulsųsekų generatorius

vadinamas multivibratoriumi (MV). Jame teigiamąjį gryţtamąjį ryšį daţnai sudaro dvi stiprinimo pakopos.

MV schemoje, sudarytoje iš loginių elementų, teigiamąjį gryţtamąjį ryšį uţtikrina kondensatoriai C1 ir C2

(33pav., a).

1

R

C UR Uin Uiš

t

t

t

Uin

UR

US

Uiš

ti a

b

&

Ti=0.7R

C

t

t

t

Uin

UC

US

Uiš

ti d

Ti=0.7R

C

R

C

Uin Uiš

R

S T Q

Q

c

R

C

UR Uiš

a

t

t

t

EM

UC

US

Uiš

ti b

Ti=0.7R

C

1

+5V Em

33 pav. Multivibratoriaus: a – principinė schema; b – darbo laiko diagramos

Laiko momentu t1 kondensatorius C1 išsikrauna ir taške a įtampa Ua pasiekia elemento V1 slenkstinę

įtampą U1

s (~2 V). Elementas V1 pereina į aktyvią zoną, išėjime Q pradeda didėti įtampa. Šis įtampos

didėjimas per kondensatorių C2 pasiduoda į elemento V2 įėjimą ir pasiekia slenkstinę įtampą U0

s (`0,8 V).

Elemento V2 išėjime įtampa pradeda maţėti ir šis maţėjimas per kondensatorių C1 persiduoda į elemento

V1 įėjimą (trigiamas gryţtamasd ryšys). MV laviniškai pereina į kitą kvazi stabilią būseną, t.y. elemento

V1 išėjime nusistovi įtampa U1, o V2 išėjime – U

0. Tške b įtampa pakila iki įtampos U

1. Kondensatorius C2

per varţą R2 išsikrauna. Laiko momentu t2 itampa Ub pasiekia elemento V2 slenkstinę įtampą U1

s ir MV

laviniškai grįţta į ankstesnę kvazistabilią būseną. Impulso trukmė tI~R1C1.Intervalas tarp impulsų T-

tI~R2C2.. Jei R1=R2=R, C1=C2=C, tai T~2RC.

Paprastą impulsų sekos generatoriaus schemą galima gauti panaudojus LE su Šmito trigeriais (34 pav., a).

Šiai schemei pakanka vieno kondensatoriaus ir vieno rezistoriaus.

34 pav. Impulsų sekos generatoriaus: a – scema; b – darbo laiko diagramos

Jei elemento V1 išėjime įtampa U1, tai kondenasatoriusCuţsikrauna iki pasiekia elemento V1 slenkstinę

įtampą U0

s.ElementoV1 išėjime nusistovi įtampa U0. Kondensatorius C pradeda išsikrauti iki slenkstinės

įtampos U1

s, elemento V1 išėjime vėl nusistovi įtampa U1 ir procesas kartojasi Impulso trukmė tI=T/2.

Įvairioms impulsųformavimo schemoms sudaryti daţnai panaudojami universalūs elementai – taimeriai

(555 schemos). Taimerį sudaro du palyginimo įtaisai (komporatoriai), turintys du stabilius slenkstinius

lygius, ir RS trigeris. Paprastai schema turi dar papildomas grandines ir vadinama vientakčiu taimeriu (35

pav., a).

1

R2 C2

a

t

t

t

Q

Uw

Ub,v

ti

b

1

R1

C1

V1

V2

Q a

b

T

2

2

0.8

0.8

&

R

Uiš &

t

t

Uiš

U0s=1,7v

ti

b

T

C

V1 V2

U1s=0,9v

a

35 pav. vientakčio taimerio: a – schema; b perdavimo charakteristika

Slenkstiniai lygiai priklauso nuo rezistorinio daliklio, jungiamo tarp maitinimo įtampos ir ţemės. Scema

turi 8 išvadus: 1 – bendrą, 2 – paleidimo, 3 - išejimo, 4 – nustatymo į pradinę (nulinę) būseną, 5 valdantįjį,

6 – komporatoriaus, 7 – iškrovimo, 8 – maitinimo. Rezistorinis daliklis, sudarytas iš R1, R2, R3 rezistorių,

maitinimo įtampą E padalija taip, kad komparatoriaus K1 slenkstinė įtampa Uţs=E/3, o komparatoriaus K2

– Uas=2E/3. Slenkstinius lygius U

ţs (ţemą) irU

as (aukštą) galima keisti tamtikrose ribose paduodant išorinę

įtampą į 6 išvadą. Tranzistorius T skirtas iškrauti kondensatorių prijungtą prie taimerio.

Prie taimerio prijungus rezistorių R ir kondensatorių C turėsime laukenčio multivibratoriaus (LMV)

schemą (36 pav.,a). Laukimo būsenoje į schemos įėjimą Uin turi būti paduotas aukštas įtampos lygis.

Taimerio išėjime bus ţemas itampos lygis, tranzistorius T atviras ir įsotintas, o kondensatorius C iškrautas.

Ţemu Uin lygiu,laiko momentu t/, LMV paleidţiamas. Kai Uin<U

ţs, komporatorius K1 suveikia, SR trigerio

ir taimerio išėjimuose gaunamas aukštas įtampos lygis, tranzistorius T uţdaromas. Kondensatorius C

įkraunamas per rezistorių R,jo įtampa eksponentiškai didėja. Kai kondensatoriaus įtampa Uc pasiekia Uas

lygį (2E/3), komporatorius K2 suveikia, trigeris pereina į kitą būseną ir taimerio išėjime nusistovi ţemas

įtampos lygis. Impulso trukmė ti=RCln(E-0)/(E-2E/3)=RCln3~1,1RC. Per atvirą tranzistoriųT

kondensaorius C greitai iškraunamas, t. y. schema greitai atsistato. Schemos atsistatymo trukmė priklauso

nuo tranzistoriaus srovės Ik: Ta=2CE/Ik. Kai formuojamas išėjimo impulsas, schema į papildomus

paleidimo signalus nereguoja. Padavus ţemą įtampos Up lygį LMV darbas sustabdomas.

36 pav. Laukiančio multivibratoriaus: a – schema; b – darbo laikodiagramos

Multivibratoriaus schema sudaroma panaudojant taimerį,kondensatorių C ir rezistorius R1, R2. Prijungus

maitinimo įtampą ir Up aukštą lygį, kondensatorius C uţsikrauna per nuosekliai sujungtus rezistorius R1,

R

S

T

+

-

+

-

R

2

5

6

8 7

3

1 4

K1

K2

R1

R2

R3

5k

5k

5k

T

Uiš

Uin Uţs

Uas

a

b

Taimeris Uiš

E

2

7

5

8

3

1 4

Uin

t

t

t

Uin

UC

E

Uiš

ti

b

2/3E

ta

a

R2. Taimerio išėjime aukštas įtampos lygis, tranzistorius T uţdarytas. Kondensatoriaus įtampai Uc

pasiekus Uas suveikia komporatorius K2.Trigerio ir taimerio išėjimuose nusistovi ţemas įtampos lygis.

Atidaromas tranzistorius T ir kondensatorius C išsikrauna per rezistorių R2. Kai Uc pasiekia Uţs, suveikia

komporatorius K1, tranzistorius T uţsidaro, taimerio išėjime nusistovi aukštas lygis, kondensatorius C vėl

įkraunamas per rezistorius R1, R2.procesas kartojasi. Suformuoto impulso trukmės:

t1=R2Cln(0-2E/3)/(0-E/3)=R2Cln2~0,7R2C;

t2=(R1+R2)Cln(E-E/3)/(E-2E/3)=(r1+R2)Cln2~0,7(R1+R2)C.

Padavus ţemą įtampos Up lygį generavimo procesas sustabdomas. Keičiant įtampą Us, keičiasi

komporatorių slenkstinės įtampos, o tuo pačiu ir impulsų pasikartojimo daţnis. Jei įtampa Us keičiama

nedidelėse ribose, tai gaunama tiesnė generuojamų impulsų pasikartojimo daţnio moduliacija.

_

Taimeris Uiš

R1

2

7

5

8

3

1 4

US

6

Up

R2

t

t

1/3E

Uiš

2/3E

UC

t1 t2

b

a