книги / Основы применения интегральных логических элементов

ратора в противоположное состояние происходит, когда UBs

Uа

Д.ля элементов ТТЛ:

У . ~ у „ « 1,2В; У0« 0 ,2 В : £/,агЗ,5В .

При этих данных

Т ж '2,6 RC.

Если напряжение на входах элементов задается с по­ мощью делителя, надо вместо R в формулу подставить R' —

—RiRiKRi-^ R2)•

Регулировать частоту колебаний можно, меняя R или С. Менять R допустимо в относительно узких пределах, так как при значительном изменении сопротивления логический эле­ мент может выйти из активной области. Поэтому целесооб­ разно производить изменение частоты (колебаний, меняя емкость конденсаторов С.

Управляющий вход УПР используется для включения мультивибратора логическим сигналом. Если на входе УПР единица, мультивибратор работает, как было описано ранее. Если же на входе УПР нуль, то на выходах обоих элементов

запускается как импульсными, так и потенциальными сигнала­

в результате чего на его выходе появляется нулевой уровень напряжения. Он действует на втором входе Э1 и поддержи­

хождения в квазиустойчивом состоянии можно определить по формуле (5).

В [14] описан триггер Шмитта на интегральных логических микросхемах серии 155. Его принципиальная схема изобра­

жена на рис. 51. Особенность этой схемы в том, что в ней микросхемы используются в нестандартном включении. Общий вывод элементов подключен к отрицательному по­ люсу источника питания через резистор R1 —22 Ом, в ре­ зультате чего схема оказывается охваченной положительной обратной связью. Рассмотрим принцип действия триггера. При входном напряжении, равном нулю, на выходе элемента 31 высокое напряжение, вследствие этого на выходе Э2 низ­ кое напряжение, а ток, потребляемый элементом Э2 и проте­

выходе уменьшается и пере­ ключает элемент Э2. Умень­ шаются ток, потребляемый элементом Э2, и падение напряжения на R1, в ре­ зультате чего еще больше увеличивается напряжение

между входом и общим выводом Э1. Описанный процесс происходит ланиноо'бразйо, и в результате схема при опре­ деленном входном напряжении скачком переходит в со­ стояние, когда па выходе Э1 низкое напряжение, а на выходе 32 высокое.

При снижении входного напряжения до величины £Ло (причем £/io<t/oi) происходит возврат схемы в исходное со­ стояние, т. е. зависимость выходного напряжения от входного неоднозначна (имеет место явление гистерезиса).

§ 7. Помехи в интегральных логических элементах

Любая серия логических интегральных микросхем (ИМС) представляет собой набор, в рамках которого реализуются характеристики «вход — выход» (Х'ВВ), обеспечивающие не­ искаженную передачу логической переменной по логической цепи неограниченной длины {19]. На рис. 52, а и б приведены типовые ХВ'В микросхем серии К133 К

1 В этом параграфе нас не интересует функциональное содержание микросхем, в связи с этим мы будем для простоты полагать, что микро­ схема реализует лишь одну логическую функцию НЕ (простое инвертиро­ вание). Все схемы комбинационной логики серии К133 можно свести к про­ стому инвертированию по любому из входов посредством задания постоян­ ных единичных .уровней по остальным входам. Будем также полагать, что микросхема содержит лишь одни инвертор, т. е. наша условная микро­ схема— часть реальной ИМС.

0,0 — 0,9 В. Но уровень нуля на выходе передающей ИМС не превышает 0,4 В, следовательно, к HeiMy можно добавить на­ пряжение в 0,5 В и он все равно будет воспринят как нуль. Так вводится понятие статической помехоустойчивости логи­ ческих элементов потенциального типа. Нетрудно убедиться, что помехоустойчивость ИМС серии К133 в состоянии нуля на выходе также составляет 0,5 В. Эти числа могли ‘бы быть и не равными, тогда величина помехоустойчивости определялась бы меньшим из них.

На рис. 54 показана экспериментально полученная зависи­

лишь идеализацией, так !как вое соединения выполняются про­ водом или печатными проводниками пусть малой, но .все же конечной длины. В определенных условиях связи возможно считать практически непосредственными. Называя электриче­ скую связь непосредственной, мы фиксируем тот факт, что на­ пряжение на выходе линии связи в каждый момент времени практически равно напряжению на ее входе. Другими слова­ ми, непосредственная связь — это эквипотенциальная связь.

При передаче медленно изменяющихся сигналов, т. е. таких, что можно не учитывать влияние реактивных парамет­ ров линии связи (распределенные индуктивность и емкость), соо.тношение между величиной сигнала на выходе и на входе линии определяется лишь соотношением сопротивлений самой линии и приемника сигнала.

Современные ИМС формируют сигналы с фронтами 2— 100 нс (для серии К133 — около 20—30 нс). Будет пока­ зано, что при этом реактивные параметры линии связи играют существенную роль, и саму связь приходится рассматривать как длинную линию [17]. Отметим главное. Длинная линия

без потерь полностью характеризуется погонной индуктив­ ностью L/ и погонной емкостью С/ (эти величины измеряются соответственно в Г/м и Ф/м). Lj и С/ определяют волновое

сопротивление W —^LI/CI и задержку на единицу длины

Tzi = 1VL/С/. Если линия без потерь нагружена на сопротивле­

ние, равное волновому, то сигнал передается без искажений. Если сопротивление нагрузки не равно волновому, то возни­ кают отраженные волны, которые накладываются на сигнал. Длительность отраженной волны равна удвоенной задержке линий (Т = 2Гз). Если сопротивление нагрузки больше волно­ вого, то отраженная волна напряжения имеет ту же поляр­ ность, что и прямая волна, если меньше— обратную поляр­ ность. Отраженная волна равна прямой при разомкнутом или короткозамкнутом выходе и уменьшается до нуля при при­ ближении сопротивления нагрузки к волновому. Коэффициент отражения, равный отношению амплитуд отраженной и пря­ мой волн, определяется формулой

где К — коэффициент отражения; R — сопротивление на­ грузки.

В разомкнутой (или в короткозамкнутой) линии без по­ терь процесс отражения продолжался бы неограниченно долго. В реальной же линии этот процесс затухает из-за есте­ ственных потерь в линии.. В нагруженной линии затухание от­ раженных волн определяется, в первую очередь, сопротивле­ нием нагрузки: чем оно ближе к волновому, тем быстрее про­ исходит затухание.

Уровни напряжения на выходе линии за фронтом и за сре­ зом импульса определяются соотношениями:

где 5 — число отражений; £/,j>g — уровень напряжения за фронтом импульса после 5-кратного отражения; Uc s —‘уро­ вень напряжения за срезом импульса после 5-кратного отра­ жения.

На рис. 55 показано, как искажается прямоугольный импульс после прохождения линии, нагруженной на R = 3W (/С= 0,5). При таком коэффициенте отражения уже после трехкратного отражения уровень напряжения на выходе отли­ чается от входного лишь на 12,5%.

Учет диссипативных параметров длинной линии приводит к выводу о том, что реальная линия является дисперсионной системой [17]. Дисперсионные свойства проявляются в зависи­ мости затухания сигнала от частоты (имеется в -виду частота

л---------1

А

1 J___________ I_____________ __

t

Рис. 55

иия напряжения на выходе линии, в результате ход реального процесса имеет вид, показанный на рис. 55 пунктиром (по­

скольку импульс с многосту­ пенчатым фронтом в любой из моментов времени не отличается от реального

более чем на 5%, мы вправе допустить, что и на выходе линии они будут отличаться незначительно.

При передаче такого импульса через линию каждая сту­ пенька дает ряд отраженных волн, уменьшающихся с тече­ нием времени по амплитуде. На верхних ступеньках они пока­ заны пунктиром. Если колебания на предпоследней ступеньке затухают к началу последней, то на вершине импульса будут лишь колебания от последней ступеньки, амплитуда которых не превышает высоты ступеньки, т. с. 10% о-т амплитуды им­ пульса. Проведя более детальный анализ, этот вывод можно

линия связи для ИМС серии К133 должна быть ограничена величиной 1 м. Эти же колебания, в принципе, могут вывести микросхему за пределы электрической прочности, поскольку

этому предприятие-разработчик гарантирует надежную ра­ боту ИМС при использовании несогласованных бифилярных связей длиной до 1 м.

Если есть необходимость в более длинных связях, следует

поэтому сопротивление согласующего резистора берется рав­ ным 82— 100 Ом. Такое, хотя и неполное, согласование уже исключает искажение информации, подобное показанному на рис. 57

Согласующий резистор уменьшает нагрузочную способ­ ность микросхемы, так как входной ток ИМС2 при нуле на выходе ИМС (1,6 мА) создает на R1 падение напряжения 0,16 В, которое суммируется с выходным напряжением ИМС1. При работе на две микросхемы это падение составит 0,32 В. Две микросхемы составляют 1/5 максимальной нагрузки (10 ИМС). Такой нагрузке соответствует выходное напряже­ ние 0,08 В = 0,4 В/5, что в сумме с напряжением на резисторе дает величину 0,4 В, а именно, такое напряжение является максимальным значением «логического нуля». Входной ток микросхемы при единице на входе не превышает 0,1 мА, паде-