Bramki logiczne o specjalnych cechach. τ ~ R*C. Bramka z otwartym kolektorem.

Transkrypt

1 23--7 Brami logiczne o specjalnych cechach U WY Brama chmitta (7432): niestandardowa brama cyrowa charaterystya zawiera pętlę histerezy H Zastosowania: L.9 V.7 V U wprowadzanie do eletronii cyrowej sygnałów analogowych powolnych i załóconych najprostsze generatory przebiegów prostoątnych τ ~ * Brama z otwartym oletorem. Umożliwia łączenie wyjść brame cyrowych Brama O wymaga dołączenia zasilania do wyjścia przez odpowiedni rezystor O O O O ZAILANIE (+ 5 V) WYJŚIE Na schematach oznaczane literą O Najczęściej stosowane ułady to: inwertery/buory (74F5, 74F6) Zastosowanie: wzmacniacze (driver) do wyprowadzania niestandardowych sygnałów logicznych sterowanie wyświetlaczami cyrowymi

2 23--7 Przerzutnii Ułady logiczne sewencyjne odpowiedź zależy od stanu uładu przed pobudzeniem (dotychczas mówiliśmy o uładach logicznych ombinatorycznych - stan wyjść oreślony jednoznacznie przez stan wejść) Przerzutnii: lasa urządzeń cyrowych najprostsze ułady pamięciowe JŚIE PZEZUTNIK WYJŚIE asuj zapamietanie sasowanie Przerzutni zapamiętuje zmianę stanu logicznego wejścia tan zapamiętania sygnalizowany jest zmianą stanu wyjścia Kasowanie stanu zapamiętania: przez podanie sygnału na wejście asujące - przerzutni bistabilny samoistnie, po czasie założonym przez onstrutora: przerzutni monostabilny przerzutni astabilny Przerzutnii bistabilne: asynchroniczne: stan wyjścia ustalany jest przez stan wejść synchroniczne: ustalanie stanu wyjścia sterowane impulsami zegara Przerzutnii bistabilne najprostszy przerzutni bistabilny - przerzutni (zwany lip-lop) (et) - wejście sygnałów przeznaczonych do zapamiętania (eset) - wejście asujące Zmianę stanu wymusza się zerem logicznym na wejściach lub Przerzutni asynchroniczny? (zabronione) Dwa wyjścia omplementarne: i stany logicznie przeciwne Poziomy wymuszające i nie powinny pojawiać się jednocześnie!!! 2

3 23--7 Przerzutnii bistabilne A _ wejścia inormacyjne (A i B) oreślają stan wyjścia wejścia asynchroniczne i, (lub i ), B _ - wymuszają odpowiednio lub na wyjściu (stany przeciwne na ) - mają wyższy priorytet : wymuszają stany wyjścia niezależnie od stanów na wejściach inormacyjnych Przerzutnii bistabilne synchroniczne: - wejście synchronizacji sygnałem zegara - stan na wyjściach i ustala się po podaniu impulsu zegara na Przerzutni typu D synchroniczny jedno wejście inormacyjne D wejścia asynchroniczne wejście synchronizacji standardowe wyjścia i D _ D podstawowy uład pamięciowy!!! D wyjście wtóruje doładnie wejściu D Z deinicji (onstrucji): Wyjście przyjmuje wartość logiczną wejścia D w chwili pojawienia się narastającego zbocza impulsu zegara asynchroniczny przerzutni D: połączenie wejścia z wejściem za pomocą negatora D 3

4 23--7 Przerzutni JK (Master lave) - przerzutni bistabilny synchroniczny tabela prawdy: J K n+ n n Przerzutni dwutatowy: - stan wyjściowy wywoływany jest przez opadające zbocze impulsu zegara - stany na wejściach J i K muszą być ustalone przed pojawieniem się impulsu zegara - stany na wejściach J i K w chwili narastania zbocza impulsu zegara oreślają stan wyjścia wywoływany przez najbliższe zbocze opadające. Przerzutnii c. d. Przerzutni typu T: liczni, dzielni częstości Deinicja przerzutnia typu T: ażdy impuls wejściowy zmienia stan wyjścia Wyorzystując przerzutni typu JK można zrealizować inne typy przerzutniów ealizacja synchronicznych przerzutniów T i D z wyorzystaniem JK T= 4

5 Licznii - zliczanie impulsów liczni szeregowy - szeregowo połączone bistabilne przerzutnii synchroniczne JK 2 3 ażdy przerzutni zmienia swój stan na przeciwny pod wpływem impulsu na wejściu 2 3 Dodatowa uncja: dzielni częstości! LIZBA Liczni złożony z n przerzutniów może zliczyć do 2 n impulsów Kod stanów licznia czterobitowego = od hesadecymalny YFA W KODZIE HEKADEYMALNYM ZAPI DWÓJKOWY A B 2 3 D 4 E 5 F zterobitowy liczni szeregowy: uład 7493 zeregowy liczni z przerzutniów J-K czas reacji przerzutnia Przebiegi idealne czas reacji przerzutnia J-K równy zero 2 3 Przebiegi rzeczywiste uwzględniony czas reacji przerzutnia J-K 2 3 Ores stanów przejściowych przy olejnych zliczeniach 5

6 23--7 Licznii równoległe: - jednoczesne sterowanie wejściami zegarowymi poszczególnych przerzutniów - sterowanie uncją ażdego przerzutnia przez podanie lub na J i K stan zmienia tylo ten przerzutni na tórego wejścia J i K podana jest - szybszy niż liczni szeregowy A B JŚIE Przebiegi rzeczywiste uwzględniony czas reacji przerzutnia J-K i brami AND 2 3 A B 2 3 Licznii dziesiętne - pracujące w odzie dziesiętnym BD (Binary oded Decimal) Zliczanie modulo 2 3 W szeregowym liczniu BD brama AND wyrywa dziesiątę (stan ) i zeruje liczni za pomocą asynchronicznych wejść asujących YF A BD Licznii BD w uładach 749 6

7 23--7 Deodery: Zamiana inormacji binarnej (w danym odzie) na inormację zrozumiałą Najczęściej wyorzystuje się do sterowania wyświetlaczami inormacji numerycznych i alanumerycznych Przyład: deoder dla wyświetlacza nodistronowego: A A A2 A Przyjęta onwencja: stan atywny wyjścia = Budowa oparta o realizację następujących równań logicznych: " O" = A A A2 A " " = A 3 A A2 A 3 " " = A A A A Deoder BD wsaźni siedmioelementowy Dostosowanie do odu siedmioelementowego (a, b,..., g elementy wyświetlacza) BD Gnd abcdeg. HEXADE 432 Przyjęta onwencja: stan atywny = Wsaźnii na ciełych ryształach najbardziej sprawne energetycznie Deodery BD i alanumeryczne do wyświetlaczy z diod świecących, ciełorystalicznych. JŚIE BD Wejścia BD D E K O D E a b c d e g e a g d b c WYŚWIETLAZ Wyjścia 3 2 a b c d e g Tablica działania deodera BD=>wsaźni siedmioelementowy 7

8 23--7 Przerzutni monostabilny (uniwibrator, mono-lop) Najprostszy przerzutni monostabilny można zbudować z brame NAND: X Przerzutnii monostabilne. X - zero logiczne na wejściu ustawia wyjście do stanu i ładuje ondensator - ozładowanie ondensatora przez oporni ze stałą czasową. Po czasie proporcjonalnym do stałej uład powraca do stanu wyjściowego: =. - zas trwania poziomu wysoiego na wyjściu oreśla stała czasowa (czas rozładowania ondensatora) Zastosowanie ustalenie szeroości ona czasowego dla pomiaru (odmierzanie czasu) ształtowanie i unormowanie sygnałów logicznych (czas trwania) pomiar pojemności lub oporu pecjalizowane ułady przerzutniów monostabilnych (742 i 7423) Gdy wejście znajdzie się w stanie logicznym => na wyjściu generowany impuls o czasie trwania proporcjonalnym do stałej czasowej Wewnętrzna pojemność i rezystancja - generacja impulsu długości ooło 4 ns można zwięszać rezystancję (z 2 Ω do 4 Ω) można zwięszać pojemność (dowolnie) +5V można generować z dobrą powtarzalnością impulsy o czasie trwania do 4 s A A 2 w w B W uładzie 7423: dwa przerzutnii monostabilne retrygerowalne 8

9 23--7 Przerzutni astabilny (multiwibrator, lip-lop) Przerzutnii astabilne są generatorami impulsów prostoątnych. Najprostsze uład można zbudować z brame lub przerzutniów monostabilnych! 2 2! ZEGA!!! przężenie zwrotne: - oddziaływanie sutu na przyczynę - wpływa na własności uładu eletronicznego Wzmacniacz: podstawowy uład eletroniczny ze sprzężeniem zwrotnym. Pętla sprzężenia zwrotnego przenosi część sygnału z wyjścia na wejście IN umożliwiając dodawanie do sygnału wejściowego. A A IN=A +A A A IN β A WY Wzmocnienie wzmacniacza: topień sprzężenia zwrotnego: β = ponieważ: A = A + A wypadowe wzmocnienie uładu ze sprzężeniem: Wzmacniacz i uład sprzężenia zwrotnego przesuwają azę: IN A = A = A WY AIN WY A A WY AWY = A A IN = β tąd, wzmocnienie wzmacniacza ze sprzężeniem zwrotnym: = exp( jφ) oraz β = β exp( jψ ) = β ( cosφ + j sinφ ) [ cos( φ + ψ ) + j sin( φ + ψ )] 9

10 23--7 zczególne przypadi: dodatnie sprzężenie zwrotne φ+ψ=2nπ ujemne sprzężenie zwrotne φ+ψ=(2n+)π = + β = zwięszenie eetywnego β wzmocnienia wzmacniacza zmniejszenie eetywnego wzmocnienia wzmacniacza odzaj sprzężenia zwrotnego wpływa na własności urządzeń eletronicznych tabilność wzmocnienia: stabilność bezwzględna := γ = d d γ = d wrażliwość względna := d Dla dodatniego sprzężenia zwrotnego γ = γ = ( β ) 2 > β czyli stabilność wzmacniacza pogarsza się Dla ujemnego sprzężenia zwrotnego: Jeśli duże wzmocnienia γ = ( ) ( + β ) 2 i ujemne sprzężenie, to Parametry uładu są wyznaczone tylo przez parametry uładu sprzężenia zwrotnego, tóre mogą być bardzo stabilne (elementy bierne) γ = < + β czyli ujemne sprzężenie zwrotne poprawia stabilność uładu β przężenie zwrotne ustala pasmo transmisji uładów eletronicznych haraterystya wzmacniacza podobna ja dla iltra dolnoprzepustowego ( ω) = ω + j ω Wzmocnienie uładu ze sprzężeniem zwrotnym β: jω + ( ω) ω g ( ω) = = β ( ω) β jω + ω g g Oznaczając: wzmocnienie ω = ω otrzymujemy wzmocnienie uładu ze sprzężeniem: g dodatnie sprzężenie zwrotne bez sprzężenia ujemne sprzężenie zwrotne g ω g+ ω g ω g- ( β ) ( ω) = + j ω ω częstość = ( β ) / g Ujemne sprzężenie zwrotne: zmniejszenie mas. wzmocnienia zwięszenie częstości granicznej Dodatnie sprzężenie zwrotne: zwięszenie mas. wzmocnienia ograniczenie pasma przenoszenia

11 23--7 Ujemne sprzężenie - orzystna modyiacja własności uładu eletronicznego zwięszenie stabilności, reducja współczynnia szumów, poszerzenie pasmo częstości Zmniejszenie eetywnego współczynnia wzmocnienia nie jest ograniczeniem! L B E Ujemne sprzężenie zwrotne stosuje się w uładach tranzystorowych do stabilizacji puntu pracy - za pomocą rezystora E umieszczanego w emiterze Występuje w postaci eetu Millera, (pojemność B ) powodującego ograniczenie wzmocnienia dla wysoich częstości Dodatnie sprzężenie zwrotne oddziałuje nieorzystnie na uład i w urządzeniach eletronicznych jest w zasadzie stosowane tylo w generatorach Generatory - najczęściej wzmacniacze z silnym dodatnim sprzężeniem zwrotnym β = β dla β wzmocnienie eetywne uładu E WY WY WY2 WY2 Multiwibrator astabilny (generator przebiegów prostoątnych) połączone w pętli dwa wzmacniacze o wspólnym emiterze (ażdy odwraca azę) oba tranzystory pracują w nasyceniu! dwie sprzężone brami NAND osc2.ct osc3.ct

12 23--7 Generator przebiegów sinusoidalnych Zasada: dodatnie sprzężenie zwrotne tylo dla ograniczonego pasma częstości Warune sprzężenia zwrotnego spełniony tylo dla częstości rezonansowej ω o Przebiegi sinusoidalne o częstości ω o Podstawowe ułady wzmacniaczy odwracających azę z dodatnim sprzężeniem rezonansowym Meissnera Hartleya olpitsa Z przesuwniami azowymi: + + Oscylacje przy częstości, dla tórej przesunięcie azowe wynosi 8 o tabilność częstości ( ν ν ν ν) uładów ze sprzężeniem L nie przeracza -4 Można taże budować generatory ze wzmacniaczami nieodwracającymi azy reconator.ct Oscylator warcowy w pętli rezonansowej sprzężenia zwrotnego Zwięszenie stabilności częstości oscylacji (drgania uładów mechanicznych) Kryształy warcu mają własności piezoeletryczne Eet piezoeletryczny jest odwracalny: przyładanie napięć do ścian ryształu piezoeletrycznego powoduje jego odształcanie oscylator warcowy uład rezonansowy szeregowo-równoległy oscylator warcowy i jego uład zastępczy E impedancja rezonans równoległy I h. rezonans równoległy II h WY rezonans szeregowy II h WY2 rezonans szeregowy I h częstość OYLATO tabilność częstości może przeraczać -7 Podstawowe ułady generatorów warcowych są nieprzestrajalne reconator.ct 2

13 23--7 yntezery - generatory warcowe o częstości regulowanej dzielenie częstości za pomocą technii cyrowej mnożenie i sumowanie częstości w technice nieliniowej tabilność odpowiada stabilności wzorcowego generatora warcowego programator generator warcowy ω powielacz częstości nω m dzielni częstości nω m prostoąt WYJŚIE generator sterowany napięciem D detetor azy nω m sinus Phase Loced Loop yntezery stosowane w badaniach nauowych i teleomuniacji taże w odbiorniach radiowych i telewizyjnych 3