Схемотехника электронных средств
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Схемотехника. Общие вопросы
Издательство:
Южный федеральный университет
Год издания: 2016
Кол-во страниц: 92
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9275-2128-9
Артикул: 697807.01.99
Доступ онлайн
119 ₽
В корзину
В данном учебном пособии излагаются основы схемотехники электронных средств (базовые логическиеэлементы интегральных схем) в объеме, предусмотренном Госстандартом для подготовки бакалавров по направлению 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств».
Пособие может быть рекомендовано для студентов, обучающихся по данному направлению, а также для специалистов в области схемотехники.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- 11.00.00: ЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОТЕХНИКА И СИСТЕМЫ СВЯЗИ
- ВО - Бакалавриат
- 11.03.03: Конструирование и технология электронных средств
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
А.В. Палий, А.В. Саенко, Е.Т. Замков Схемотехника электронных средств
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет» Инженерно-технологическая академия А.В. Палий, А.В. Саенко, Е.Т. Замков Схемотехника электронных средств Учебное пособие Рекомендовано Учебно-методическим советом Института нанотехнологий, электроники и приборостроения ЮФУ в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 11.03.03 Конструирование и технология электронных средств Таганрог Издательство Южного федерального университета 2016
УДК 621.382 (075.8) ББК 32.85я73 П142 Печатается по решению редакционно-издательского совета Южного федерального университета Рецензенты: кандидат технических наук, доцент кафедры нанотехнологий и микросистемной техники Института нанотехнологий, электроники и приборостроения ЮФУАвдеев С.П.; кандидат технических наук, доцент,заместитель главного конструктора ТНИИС Горин А.М. Палий, А.В. Схемотехника электронных средств : учебное пособие / Палий А.В., Саенко А.В., Замков Е.Т. ; Южный федеральный университет. – Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2016. – 92 с. ISBN 978-5-9275-2128-9 В данном учебном пособии излагаются основы схемотехники электронных средств (базовые логическиеэлементы интегральных схем) в объеме, предусмотренном Госстандартом для подготовки бакалавров по направлению 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств». Пособие может быть рекомендовано для студентов, обучающихся по данному направлению, а также для специалистов в области схемотехники. ISBN 978-5-9275-2128-9 УДК 621.382 (075.8) ББК 32.85я73 © Южный федеральный университет, 2016 © Палий А.В., Саенко А.В., Замков Е.Т., 2016 П142
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ........................................................................................ 5 1. Параметры и характеристики базовыхлогических элементов............................................................................................ 7 1.1. Способы представления логических переменных электрическими сигналами............................................................ 7 1.2. Основные требования к базовым логическим элементам 9 2. Классификация и области применения основных типовбазовых логических элементов .........................................20 3. Основные типы базовых логических элементов..................22 3.1. Диодно-транзисторная логика..............................................22 3.2. Транзисторно-транзисторная логика..................................25 3.3. Интегральная инжекционная логика..................................31 3.4. Эмиттерно-связанная логика................................................33 3.5. Логические элементы на МОП-транзисторах ...................35 3.6. КМОП-логические элементы................................................41 4. Математическое описание цифровых устройств.................44 4.1. Операции булевой алгебры ...................................................44 4.2. Формы представления логических функций.....................47 4.3. Минтермы и макстермы ........................................................49 4.4. Методика нахождения совершенной дизъюнктивной нормальной формы ........................................................................52
4.5. Методика нахождения совершенной конъюнктивной нормальной формы ........................................................................53 4.6. Упрощение логических функций .........................................53 4.7. Использование избыточных комбинаций для упрощения логических выражений .................................................................55 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..............................................................................63 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ.......................................................64 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ .....................................................88 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................................90
ВВЕДЕНИЕ Элементная базаэлектронных средств в основном состоит из интегральных схем. Со времен изобретения интегральной схемыони постоянно усложняются и совершенствуются.Параметром сложности интегральной схемы стал уровеньинтеграции, характеризуемый количеством базовых логическихэлементов, иликоличеством транзисторов, которые реализуются на поверхности кристалла[1]. В первой главе данного учебного пособия рассматриваются параметры и характеристики базовых логических элементов, во второй – классификация и области их применения, в третьей – основные типы, включающие транзисторно-транзисторную логику (ТТЛ), ТТЛ с диодами Шоттки (ТТЛШ), интегрально инжекционную логику (И2Л), эмиттерно-связанную логику (ЭСЛ), логику на полевых транзисторах одного типа (n-МОП и p-МОП) и логику на комплементарных полевых транзисторах (КМОП) ив четвертой – основные законы алгебры логики,принципы минимизации, анализа и синтеза цифровыхлогических элементов. Элементы ТТЛ и ТТЛШиспользуются в схемах, где необходима передача сигнала по внешним цепям, подверженным значительной емкостной нагрузке. Элементы ЭСЛ даютповышенное быстродействие, за счет повышенной
потребляемой мощности, что снижает достижимый уровень интеграции. Элементы КМОП удовлетворяют ряду уникальных характеристик:малой потребляемой мощности при невысоких частотах переключения, высокой помехоустойчивости, широкому допуску на величину напряженийпитания, высокому быстродействию при небольших емкостных нагрузках.
1. Параметры и характеристикибазовых логических элементов 1.1. Способы представления логических переменных электрическими сигналами Величинам логических функций и их аргументов в электрическихсхемах должны соответствовать разные параметры электрических токов или напряжений. Это будут их некоторыеустановившиеся значения,как и параметры электрических импульсов. Согласно этомувыделяют потенциальный и импульсный методы представления логических величин[1,2]. При потенциальном методе представления величинам логическогонуляилогическойединицыустанавливают в соответствие два различных уровня напряженияили электрического тока. Следовательно, в зависимости отустановленных уровнейвеличинамлогического нуля и логической единицы, различают положительную и отрицательную логики. В положительной логике величине логической единицы соответствует большая величина напряжения или электрического тока, а величине логическогонуля– меньшая величина. В отрицательной логике большим
величинамэлектрического сигнала соответствуют величина логического нуля, а меньшим – величина логическойединицы. Это утверждениеверно для каждой полярности используемого напряжения или каждого направления движения электрических токов. На рис. 1.1 представлено, что при положительной логике и уровнеUвых≥ 0величине логическойединицы соответствует и большаявеличина напряжения.Тогда как при уровнеUвых< 0 большеенапряжение будет соответствовать логическому нулю. При этом сучетом знака уровни, показанные на рис. 1.1, а, б, будут полностьюсоответствоватьпредставленному выше определению типов логики. Необходимо сказать, что если определенное логическое устройство,согласно положительной логике, реализует операцию логическогоИ, то относительно отрицательной логике будет соответствовать операция логического ИЛИ и наоборот [1].
Рис. 1.1. Потенциальный способ представления логическогонуля и логическойединицы: а – положительная логика,б– отрицательная логика При импульсном методе представления величине логическойединицы будет поставлено в соответствие наличиеимпульса или его положительный перепад, а величине логического нуля – отсутствие импульса или его отрицательный перепад. Отметим, что при потенциальном методе представления величине логической переменной должна быть определенадля каждогопроизвольного момента времени. При импульсном представлении это будет сделано только в определенныедискретные моменты времени. Следовательно, при потенциальном представлении возможно как синхронное, так и асинхронноеполучение информации. При импульсном представлении возможнотолько синхронноеполучение информации. Последнее определяет преимущества и недостатки описанных методов представлениялогических переменных. В дальнейшемрассмотрим потенциальныйметод представления логических переменных, в котором используется положительная логика, получившая наибольшее распространениена практике.
1.2. Основные требования к базовым логическим элементам В цифровой аппаратуре электрические сигналы, отображающие величины логических переменных, проходят через большое количество последовательно соединенных однотипных электронных блоков, выполняющих их преобразование позаконам основных логических операций. Для нормальнойработы таких электрических схем нужно, чтобы каждый отдельный электронный блок, независимо от своего местоположения в схеме и различных вариантов входных сигналов к выходным нагрузкам,правильно выполнял заданную логическую функцию. Следовательно,гарантируется передача сигнала без искажения, соответствующего требуемойвеличине логической переменной. Возникающиепри преобразовании искаженияне должны оказывать влияние на работоспособность устройства, если они находятся в пределахнекоторых допустимых областей изменения данного сигнала, иустраняться в ходе дальнейшего преобразования сигнала. Функциональная сложность реальных логических устройств,большое количество разнообразных сочетаний исходных сигналов и нагрузок,а также применение при их производстве гибридной и полупроводниковой технологий не дает возможности надеяться на индивидуальную регулировку и настройку каждого в отдельности элементарного электронного
блока. Для надежногофункционирования реальных цифровых устройств необходимо, чтобы все входящие в егосостав элементарные электронные блоки обладали рядом фундаментальных свойств, ккоторым относятся:совместимость уровней входных и выходных сигналов,нагрузочная способность,помехоустойчивость, быстродействие и потребляемая мощность. Далее рассмотрим подробнее каждое из этих свойств. Длясовместного использования большого количества логических элементов,реализованных ввидеинтегральной схемы, должно гарантироваться согласованием уровней сигналов, показывающихвеличины логическихпеременных. Установившиеся отклонения выходного напряжения логического элемента,вызванныевоздействием различных внешнихдестабилизирующих факторов и собственным разбросом параметров входящих в его состав элементов, не должны превышать некоторые наперед заданные величины (рис. 1.2). Следовательно,выполняются следующие неравенства [2,3]: U1 min ≤ U1 ≤ U1 max, U0 min ≤ U0 ≤ U0 max, гдеU – текущаявеличина выходного напряжения логического элемента. Таким образом, формирование на выходесигнала вида (1.1)
Доступ онлайн
119 ₽
В корзину