אלמנטים לוגיים מבפנים. תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

אלמנטים לוגיים מבפנים. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / חובב רדיו מתחיל

שבבים דיגיטליים מיועדים לעיבוד, המרה ואחסון מידע דיגיטלי. הם מיוצרים בסדרות. בתוך כל סדרה יש קבוצות של מכשירים המאוחדים לפי מאפיינים פונקציונליים: אלמנטים לוגיים, כפכפים, מונים, אלמנטים של מכשירים אריתמטיים (מבצעים פעולות מתמטיות שונות) וכו'. ככל שההרכב הפונקציונלי של הסדרה רחב יותר, יכולות להיות גדולות יותר של מכשיר דיגיטלי המיוצר על בסיס מיקרו-מעגלים מסדרה זו. המיקרו-מעגלים הכלולים בכל סדרה הם בעלי עיצוב ועיצוב טכנולוגי יחיד, מתח אספקה בודד, ואותן רמות של אותות לוגיים 0 ולוגיים 1. כל זה הופך את המיקרו-מעגלים מאותה סדרה לתואמים.

הבסיס של כל סדרה של שבבים דיגיטליים הוא אלמנט הגיוני בסיסי. ככלל, אלמנטים לוגיים בסיסיים מבצעים פעולות AND-NOT או NOR-NOT ועל פי עקרון הבנייה, מחולקים לסוגים העיקריים הבאים: אלמנטים לוגיים דיודה-טרנזיסטור (DTL). לוגיקה טרנזיסטורית התנגדות (RTL), לוגיקה טרנזיסטורית (TTL), לוגיקה טרנזיסטורית מצמודה לפליט (ECTL), מעגלים מיקרו המבוססים על מה שנקרא מבני MIS משלימים (CMOS). רכיבי CMOS של מיקרו-מעגלים דיגיטליים משתמשים בזוגות של טרנזיסטורים MOS (עם מבנה מתכת-דיאלקטרי-מוליכים למחצה) - עם ערוצים מסוג p ו-n. אלמנטים בסיסיים מסוגים אחרים עשויים על טרנזיסטורים דו-קוטביים.

בתרגול רדיו חובבני, המיקרו-מעגלים הנפוצים ביותר הם סדרת TTL ו-KMDP. איור 1 מציג את דיאגרמת המעגלים של שער TTL NAND בסיסי. הטרנזיסטור רב-מיטר VT1 מופעל בכניסה של האלמנט. אם מופעלים מתחים ברמה גבוהה על כל הפולטים שלו, צומת הפולט של הטרנזיסטור ייסגר. במקביל הזרם. זרימה דרך הנגד R1 וצומת הקולטור של הטרנזיסטור VT1 תפתח את הטרנזיסטור VT2.

ירידת המתח על הנגד R3 תספיק לפתיחת טרנזיסטור VT5. המתח בקולט של הטרנזיסטור VT2 הוא כזה שהטרנזיסטור VT3 סגור, והטרנזיסטור VT4 סגור בהתאם. כתוצאה מכך, מתח ברמה נמוכה המתאים ל-0 הלוגי יופיע במוצא האלמנט.

אם מתח ברמה נמוכה מופעל על לפחות אחת מהכניסות של האלמנט, אז צומת הפולט של הטרנזיסטור VT1 ייפתח, והטרנזיסטורים VT2 ו-VT5 ייסגרו. טרנזיסטור VTZ ייפתח עקב הזרם הזורם דרך הנגד R2 ויכנס למצב רוויה. בהתאם, טרנזיסטור VT4 ייפתח, ומתח ברמה גבוהה המקביל ללוגי 1 יופיע בפלט של האלמנט, כתוצאה מכך, האלמנט הנחשב מבצע את הפונקציה AND-NOT.

המיקרו-מעגלים מסדרת TTL כוללים גם אלמנט לוגי NAND ללא עומס אספן בשלב הפלט. זהו מה שנקרא אלמנט NAND אספן פתוח. הוא מתוכנן לפעול על עומס חיצוני, שיכול להיות ממסרים אלקטרומגנטיים, התקני חיווי וכו'; מעגלים של אספנים פתוחים משמשים גם באפיקי העברת נתונים במקרים שבהם שתי יציאות או יותר מחוברות לקו פיזי אחד, איור 1.

אלמנטים לוגיים מבפנים
איור. מספר

נזכיר שמבנה ה-CMOS הוא מתג מתח אידיאלי. מתג כזה מכיל שני טרנזיסטורים MOS עם ערוצים מסוג p ו-n. כאשר מתח ברמה גבוהה מופעל על הכניסה של המתג, הטרנזיסטור n-channel נפתח וה-p-channel אחד נסגר. איור 2 מציג את הדיאגרמות של האלמנטים הבסיסיים של AND-NOT (a) ו- NOR-NOT (b) microcircuits KMDP. מתח ברמה נמוכה (לוגי 0) יהיה במוצא של אלמנט AND-NOT רק כאשר מתחים ברמה גבוהה (לוגית 1) מופעלים בו זמנית על כל הכניסות של X1-XZ. אם המתח לפחות באחת מהכניסות (לדוגמה, X1) נמוך, אזי הטרנזיסטור ה-n-ערוץ VT6 ייסגר, והטרנזיסטור P-ערוץ VT1 ייפתח, דרך הערוץ שבו הפלט של האלמנט הוא מחובר למקור החשמל.

לפיכך, לפלט יהיה מתח ברמה גבוהה המקביל ללוגי 1. כדי ליישם את האלמנט הלוגי הבסיסי OR-NOT על מבני CMOS, יש להחליף חלקים של המעגל המכילים טרנזיסטורים מחוברים בסדרה ובמקביל באיור 2, ב.

אורז. 2 (לחץ להגדלה)

שבבי TTL מיועדים למתח אספקת חשמל של 5 V±10%. רוב המיקרו-מעגלים המבוססים על מבני CMOS פועלים ביציבות במתח אספקה של 3-15 V, חלקם - במתח של 9 V ± 10%. הרמות הלוגיות 0 ו-1 צריכות להיות שונות ככל האפשר. יש סף לוגי 1 U1pore - המתח ברמה הגבוהה הנמוכה ביותר בכניסת המיקרו-מעגל, שבו מתח המוצא משתנה מהרמה הלוגית 0 לרמה לוגית 1, כמו גם מתח סף של 0 U0por לוגי - ה המתח ברמה הנמוכה הגבוהה ביותר בכניסה של המיקרו-מעגל, שבו מתח המוצא משתנה מרמה לוגית 1 לרמה לוגית 0.

לפני שנעבור לבדיקה מפורטת של הסדרות הנפוצות ביותר של מיקרו-מעגלים והתקנים דיגיטליים המבוססים עליהם, הבה נתעכב על הפרמטרים העיקריים של אלמנטים לוגיים. אלה כוללים את מתח אספקת החשמל, רמות מתח לוגי 0 ו-1 לוגי, קיבולת עומס, חסינות רעשים וביצועים וצריכת חשמל.

עבור מיקרו-מעגלים מסדרת TTL U1por = 2,4 V; U0por =0,4 V. מתח ברמה נמוכה וגבוהה במוצא של מעגלי מיקרו TTL U1out>=2,4V, U1out<=0,4V.

עבור מעגלים מיקרו המבוססים על מבני KMDP U1por>0,7* Upit, U0pore>0,3* Upit באותו זמן, סטיות של מתחי המוצא U0out ו-U1out מאפס וממתח מקור הכוח, בהתאמה, מגיעות לעשרות בודדות של מילי-וולט בלבד. היכולת של אלמנט לפעול על מספר מסוים של כניסות של אלמנטים אחרים ללא התקנים תואמים נוספים מאופיינת בקיבולת עומס.

ככל שקיבולת הטעינה גבוהה יותר, ייתכן שיהיה צורך בפחות אלמנטים בעת יישום מכשיר דיגיטלי. עם זאת, כאשר קיבולת העומס עולה, פרמטרים אחרים של המיקרו-מעגלים מתדרדרים: הביצועים וחסינות הרעש יורדים, וצריכת החשמל עולה. בהקשר זה, סדרות שונות של מיקרו-מעגלים מכילים מה שנקרא אלמנטים חיץ עם קיבולת עומס גדולה פי כמה מזו של האלמנטים העיקריים. קיבולת העומס נכמתת לפי מספר עומסי היחידה שניתן לחבר בו זמנית למוצא המיקרו-מעגל. בתורו, עומס היחידה הוא הקלט של האלמנט הלוגי העיקרי בסדרה זו.

מקדם הסתעפות הפלט עבור רוב האלמנטים הלוגיים של סדרת TTL K155 הוא 10, עבור מעגלים מיקרו מסדרת K561 KMDP - עד 100. חסינות הרעש של אלמנטים לוגיים בסיסיים מוערכת במצבים סטטיים ודינמיים. במקרה זה, חסינות רעש סטטי נקבעת על ידי רמת המתח המסופקת לכניסת האלמנט ביחס לרמות הלוגיות 0 ו-1, שבהן המצב במוצא המעגל אינו משתנה. עבור רכיבי TTL, חסינות רעש סטטי היא לפחות 0,4 וולט, ועבור מיקרו-מעגלים מסדרת KMDP, לפחות 30% ממתח האספקה. חסינות רעש דינמית תלויה בצורת ובמשרעת של אות ההפרעה, כמו גם במהירות המעבר של האלמנט הלוגי וחסינות הרעש הסטטי שלו.

הפרמטרים הדינמיים של אלמנטים בסיסיים מוערכים, קודם כל, לפי הביצועים שלהם. מבחינה כמותית, ביצועים יכולים להיות מאופיינים בתדר ההפעלה המקסימלי, כלומר, תדירות המיתוג המקסימלית של טריגר שנעשה על אלמנטים בסיסיים אלה. תדר ההפעלה המקסימלי של מיקרו-מעגלי TTL מסדרת K155 הוא 10 מגה-הרץ. ומעגלים מיקרו מסדרות K176 ו-K561 על מבני KMDP הם רק 1 מגה-הרץ. הביצועים נקבעים באותו אופן כמו זמן ההשהיה הממוצע של התפשטות האות.

אלמנטים לוגיים מבפנים
איור. מספר

tzd.r.av.=0,5(t1,0zd.r+t0,1zd.r), כאשר t1,0zd.r ו-t0,1zd.r הם זמני ההשהיה של התפשטות האות בעת הפעלה וכיבוי, איור 3.

זמן עיכוב התפשטות האות הממוצע הוא פרמטר אוניברסלי יותר של מיקרו-מעגלים, מאז הידיעה. אתה יכול לחשב את הביצועים של כל מעגל לוגי מורכב על ידי סיכום tz.r.sr עבור כל המיקרו-מעגלים המחוברים בסדרה. עבור מיקרו-מעגלים מסדרת K155 tz.r.sr הוא כ-20 ns, ועבור מיקרו-מעגלים מסדרת K176 - 200 ns. ההספק שצורך המיקרו-מעגל במצב סטטי שונה ברמות של אפס לוגי (P0) ואחד לוגי במוצא (P1). בהקשר זה, צריכת החשמל הממוצעת נמדדת Рср=(Р0+Р1)/2.

צריכת החשמל הממוצעת הסטטית של אלמנטים בסיסיים מסדרת K 155 היא כמה עשרות מיליוואט, ועבור אלמנטים מסדרות K176 ו-K561 היא פחותה ביותר מאלף. לכן, אם יש צורך לבנות מכשירים דיגיטליים עם צריכת זרם נמוכה, רצוי להשתמש במיקרו-מעגלים המבוססים על מבני KMDP. עם זאת, יש לקחת בחשבון שכאשר פועלים במצב דינמי, ההספק הנצרך על ידי אלמנטים לוגיים עולה. לכן, בנוסף ל-Рср, נקבע גם הספק Рdin, הנמדד בתדר המיתוג המרבי.

משהו שצריך לזכור. שעם הגברת המהירות, ההספק שצורך המיקרו-מעגל עולה

מחבר: -=GiG=-, gig@sibmail; פרסום: cxem.net

ראה מאמרים אחרים סעיף חובב רדיו מתחיל.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

מכונה לדילול פרחים בגנים 02.05.2024

בחקלאות המודרנית מתפתחת התקדמות טכנולוגית שמטרתה להגביר את היעילות של תהליכי טיפול בצמחים. מכונת דילול הפרחים החדשנית Florix הוצגה באיטליה, שנועדה לייעל את שלב הקטיף. כלי זה מצויד בזרועות ניידות, המאפשרות התאמתו בקלות לצרכי הגינה. המפעיל יכול להתאים את מהירות החוטים הדקים על ידי שליטה בהם מתא הטרקטור באמצעות ג'ויסטיק. גישה זו מגדילה משמעותית את יעילות תהליך דילול הפרחים, ומעניקה אפשרות להתאמה אישית לתנאים הספציפיים של הגינה, כמו גם למגוון וסוג הפרי הגדלים בה. לאחר שנתיים של בדיקת מכונת פלוריקס על סוגי פירות שונים, התוצאות היו מאוד מעודדות. חקלאים כמו Filiberto Montanari, שהשתמש במכונת פלוריקס כבר כמה שנים, דיווחו על הפחתה משמעותית בזמן ובעבודה הנדרשים לדלל פרחים. ... >>

מיקרוסקופ אינפרא אדום מתקדם 02.05.2024

למיקרוסקופים תפקיד חשוב במחקר המדעי, המאפשר למדענים להתעמק במבנים ותהליכים בלתי נראים לעין. עם זאת, לשיטות מיקרוסקופיה שונות יש מגבלות, וביניהן הייתה הגבלת הרזולוציה בעת שימוש בטווח האינפרא אדום. אבל ההישגים האחרונים של חוקרים יפנים מאוניברסיטת טוקיו פותחים סיכויים חדשים לחקר עולם המיקרו. מדענים מאוניברסיטת טוקיו חשפו מיקרוסקופ חדש שיחולל מהפכה ביכולות של מיקרוסקופיה אינפרא אדום. מכשיר מתקדם זה מאפשר לך לראות את המבנים הפנימיים של חיידקים חיים בבהירות מדהימה בקנה מידה ננומטרי. בדרך כלל, מיקרוסקופים אינפרא אדום בינוני מוגבלים ברזולוציה נמוכה, אך הפיתוח האחרון של חוקרים יפנים מתגבר על מגבלות אלו. לדברי מדענים, המיקרוסקופ שפותח מאפשר ליצור תמונות ברזולוציה של עד 120 ננומטר, שהיא פי 30 מהרזולוציה של מיקרוסקופים מסורתיים. ... >>

מלכודת אוויר לחרקים 01.05.2024

חקלאות היא אחד מענפי המפתח במשק, והדברה היא חלק בלתי נפרד מתהליך זה. צוות של מדענים מהמועצה ההודית למחקר חקלאי-המכון המרכזי לחקר תפוחי אדמה (ICAR-CPRI), שימלה, העלה פתרון חדשני לבעיה זו - מלכודת אוויר של חרקים המופעלת על ידי רוח. מכשיר זה מטפל בחסרונות של שיטות הדברה מסורתיות על ידי מתן נתוני אוכלוסיית חרקים בזמן אמת. המלכודת מופעלת כולה על ידי אנרגיית רוח, מה שהופך אותה לפתרון ידידותי לסביבה שאינו דורש חשמל. העיצוב הייחודי שלו מאפשר ניטור של חרקים מזיקים ומועילים כאחד, ומספק סקירה מלאה של האוכלוסייה בכל אזור חקלאי. "על ידי הערכת מזיקים מטרה בזמן הנכון, נוכל לנקוט באמצעים הדרושים כדי לשלוט הן במזיקים והן במחלות", אומר קפיל ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

פילים במראה 08.03.2007

פילים הצטרפו לבני אדם, קופים ודולפינים: גם הם מזהים את עצמם במראה. ניסויים שנערכו עם מראה ענקית שנעשתה במיוחד בגן החיות בברונקס בניו יורק הראו שפילים מסוגלים לזהות את עצמם במראה.

כאשר הוצבה המראה בבית הפיל, החיות ניסו תחילה להביט מאחוריה - האם אחיהם מסתתרים שם? אחר כך הם התחילו לבדוק אם ההשתקפות מעתיקה בדיוק את מעשיהם. ואז הם אפילו התחילו לבחון את תוכן הפה שלהם במראה. כשצבעו צלב לבן על עינם הימנית, אחד משלושת הפילים החל להסתכל על התג הזה במראה, אבל השאר לא התעניינו.

עוד חדשות מעניינות:

▪ בקרת מחוות אולטרסאונד של גאדג'טים

▪ זיהוי כלבים לפי תבנית האף

▪ CD 500 TB

▪ wifi על כבשים

▪ שטחי קפה לסלילת כבישים

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של האתר עבור הבנאי, אומן הבית. מבחר מאמרים

▪ מאמר Reveler בטלה. ביטוי עממי

▪ מאמר איזו מדינה אמריקאית נקראה כתוצאה מטעות של קרטוגרף? תשובה מפורטת

▪ מאמר מכונה אוניברסלית. סדנה ביתית

▪ מאמר איזון shpi וחונק על צינורות פריט. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר דרישות לשלטי מידע והתקנתם. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר