Các yếu tố logic từ bên trong. Đề án, mô tả

Thư viện kỹ thuật miễn phí

ENCYCLOPEDIA VỀ ĐIỆN TỬ TRUYỀN THANH VÀ KỸ THUẬT ĐIỆN
Thư viện miễn phí / Sơ đồ của các thiết bị vô tuyến-điện tử và điện

Các yếu tố logic từ bên trong. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

Thư viện kỹ thuật miễn phí

Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Radio nghiệp dư cho người mới bắt đầu

Bình luận bài viết

Vi mạch kỹ thuật số được thiết kế để xử lý, chuyển đổi và lưu trữ thông tin kỹ thuật số. Chúng được phát hành theo sê-ri. Trong mỗi sê-ri có các nhóm thiết bị được thống nhất theo các đặc điểm chức năng của chúng: các phần tử logic, bộ kích hoạt, bộ đếm, các phần tử của thiết bị số học (thực hiện các phép toán khác nhau), v.v. Thành phần chức năng của sê-ri càng rộng thì khả năng của một thiết bị kỹ thuật số được tạo ra trên cơ sở vi mạch của sê-ri này càng lớn. Các vi mạch bao gồm trong mỗi sê-ri có một thiết kế và thiết kế công nghệ duy nhất, một điện áp cung cấp duy nhất, cùng mức tín hiệu logic 0 và logic 1. Tất cả điều này làm cho các vi mạch của cùng một sê-ri tương thích với nhau.

Cơ sở của mỗi loạt vi mạch kỹ thuật số là phần tử logic cơ bản. Theo quy định, các phần tử logic cơ bản thực hiện các phép toán AND-NOT hoặc OR-NOT và được chia thành các loại chính sau theo nguyên tắc cấu tạo: các phần tử logic diode-bóng bán dẫn (DTL). logic bóng bán dẫn điện trở (RTL), logic bóng bán dẫn-bóng bán dẫn (TTL), logic bóng bán dẫn ghép bộ phát (ESTL), vi mạch trên cái gọi là cấu trúc MIS bổ sung (CMDP). Các phần tử KMDP của vi mạch kỹ thuật số sử dụng các cặp bóng bán dẫn MIS (có cấu trúc bán dẫn-điện môi-kim loại) - với các kênh loại p và n. Các yếu tố cơ bản của các loại khác được thực hiện trên các bóng bán dẫn lưỡng cực.

Trong thực hành vô tuyến nghiệp dư, các vi mạch được sử dụng rộng rãi nhất là dòng TTL và KMDP. Hình 1 cho thấy sơ đồ mạch của cổng TTL NAND cơ bản. Transistor đa cực phát VT1 được bật ở đầu vào của phần tử. Nếu đặt điện áp mức cao vào tất cả các bộ phát của nó, điểm nối bộ phát của bóng bán dẫn sẽ bị đóng lại. Đồng thời dòng điện. chạy qua điện trở R1 và tiếp điểm cực thu của Transistor VT1 sẽ mở Transistor VT2.

Điện áp rơi trên điện trở R3 sẽ đủ để mở bóng bán dẫn VT5. Điện áp ở cực thu của bóng bán dẫn VT2 sao cho bóng bán dẫn VT3 được đóng và bóng bán dẫn VT4 được đóng tương ứng. Kết quả là, một điện áp mức thấp tương ứng với logic 0 sẽ xuất hiện ở đầu ra của phần tử.

Nếu điện áp mức thấp được đặt vào ít nhất một trong các đầu vào của phần tử, thì điểm nối bộ phát của bóng bán dẫn VT1 sẽ mở và các bóng bán dẫn VT2 và VT5 sẽ đóng lại. Transistor VTZ sẽ mở do có dòng điện chạy qua điện trở R2 và sẽ chuyển sang chế độ bão hòa. Theo đó, bóng bán dẫn VT4 sẽ mở và điện áp mức cao tương ứng với logic 1 sẽ xuất hiện ở đầu ra của phần tử, do đó phần tử được xem xét thực hiện chức năng AND-NOT.

Các vi mạch dòng TTL cũng bao gồm phần tử logic NAND không có tải bộ thu ở giai đoạn đầu ra. Đây được gọi là phần tử NAND Collector mở. Nó được thiết kế để hoạt động trên tải bên ngoài, có thể là rơle điện từ, thiết bị chỉ báo, v.v.; mạch thu mở cũng được sử dụng trong các bus truyền dữ liệu trong trường hợp hai hoặc nhiều đầu ra được kết nối với một đường dây vật lý, Hình 1.

Yếu tố logic từ bên trong
Hình 1

Nhớ lại rằng cấu trúc CMDS là một công tắc điện áp lý tưởng. Một công tắc như vậy chứa hai bóng bán dẫn MIS với các kênh loại p và n. Khi một điện áp mức cao được đặt vào đầu vào của công tắc, bóng bán dẫn kênh n sẽ mở ra và bóng bán dẫn kênh p sẽ đóng lại. Hình 2 cho thấy sơ đồ của các phần tử cơ bản AND-NOT (a) và OR-NOT (b) của vi mạch KMDP. Điện áp mức thấp (logic 0) sẽ chỉ ở đầu ra của phần tử AND-NOT nếu điện áp mức cao (logic 1) được áp dụng đồng thời cho tất cả các đầu vào X1-X1. Nếu điện áp của ít nhất một trong các đầu vào (ví dụ: X6) thấp, thì bóng bán dẫn kênh n VT1 sẽ đóng và bóng bán dẫn kênh p VTXNUMX sẽ mở, qua kênh mà đầu ra của phần tử là được nối với nguồn điện.

Như vậy, đầu ra sẽ có điện áp mức cao tương ứng với logic 1. Để thực hiện phần tử logic cơ bản OR-NOT trên cấu trúc CMOS, các phần mạch chứa các bóng bán dẫn mắc nối tiếp và song song phải được hoán đổi trong Hình 2, b.

Cơm. 2 (bấm để phóng to)

Vi mạch TTL được thiết kế cho điện áp nguồn 5 V ± 10%. Hầu hết các vi mạch dựa trên cấu trúc CMOS hoạt động ổn định ở điện áp nguồn 3-15 V, một số - ở điện áp 9 V ± 10%. Mức logic 0 và 1 nên khác nhau càng nhiều càng tốt. Có ngưỡng logic 1 U1thor - điện áp cấp cao nhỏ nhất ở đầu vào của vi mạch, tại đó điện áp đầu ra thay đổi từ mức logic 0 sang mức logic 1, cũng như điện áp ngưỡng của logic 0 U0thor - điện áp mức thấp cao nhất ở đầu vào của vi mạch, tại đó điện áp đầu ra thay đổi từ mức logic 1 sang mức logic 0.

Trước khi tiến hành xem xét chi tiết loạt vi mạch và thiết bị kỹ thuật số phổ biến nhất dựa trên chúng, chúng ta hãy xem xét các tham số chính của các phần tử logic. Chúng bao gồm điện áp nguồn cấp, mức điện áp logic 0 và logic 1, công suất tải, khả năng chống nhiễu và tốc độ, mức tiêu thụ điện năng.

Đối với vi mạch dòng TTL U1por = 2,4 V; U0por =0,4 V. Điện áp mức thấp và mức cao ở đầu ra của vi mạch TTL U1out>=2,4V, U1out<=0,4V.

Đối với các vi mạch dựa trên cấu trúc KMDP U1por>0,7* Upit, U0pore>0,3* UpĐồng thời, độ lệch điện áp đầu ra U0out và U1out so với XNUMX và điện áp nguồn lần lượt chỉ đạt vài chục milivolt. Khả năng của một phần tử hoạt động trên một số lượng đầu vào nhất định của các phần tử khác mà không cần có thêm thiết bị phù hợp nào được đặc trưng bởi khả năng tải.

Khả năng chịu tải càng cao thì càng cần ít yếu tố hơn khi triển khai thiết bị kỹ thuật số. Tuy nhiên, với sự gia tăng khả năng chịu tải, các thông số khác của vi mạch sẽ xấu đi: tốc độ và khả năng chống ồn giảm, đồng thời mức tiêu thụ điện năng tăng lên. Về vấn đề này, là một phần của loạt vi mạch khác nhau, có cái gọi là các phần tử đệm có khả năng chịu tải lớn hơn nhiều lần so với các phần tử chính. Về mặt định lượng, công suất tải được ước tính bằng số lượng tải đơn vị có thể được kết nối đồng thời với đầu ra của vi mạch. Đổi lại, một tải duy nhất là đầu vào của phần tử logic chính của chuỗi này.

Hệ số phân nhánh đầu ra cho hầu hết các phần tử logic của dòng TTL K155 là 10, đối với các vi mạch thuộc dòng K561 KMDP - lên đến 100. Khả năng chống nhiễu của các phần tử logic cơ bản được đánh giá ở chế độ tĩnh và động. Trong trường hợp này, khả năng chống ồn tĩnh được xác định bởi mức điện áp cung cấp cho đầu vào của phần tử so với mức logic 0 và 1, tại đó trạng thái ở đầu ra của mạch không thay đổi. Đối với các phần tử TTL, khả năng chống nhiễu tĩnh ít nhất là 0,4 V và đối với các vi mạch thuộc dòng KMDP, ít nhất là 30% điện áp cung cấp. Khả năng chống nhiễu động phụ thuộc vào hình dạng và biên độ của tín hiệu nhiễu, cũng như tốc độ chuyển mạch của phần tử logic và khả năng chống nhiễu tĩnh của nó.

Các tham số động của các phần tử cơ bản trước hết được đánh giá bằng tốc độ của chúng. Về mặt định lượng, tốc độ có thể được đặc trưng bởi tần số hoạt động giới hạn, tức là tần số chuyển đổi tối đa của trình kích hoạt được thực hiện trên các phần tử cơ bản này. Tần số hoạt động giới hạn của chip TTL thuộc dòng k155 là 10 MHz. và vi mạch của sê-ri k176 và k561 trên cấu trúc CMDP chỉ có 1 MHz. Hiệu suất được xác định giống như thời gian trễ truyền tín hiệu trung bình.

Yếu tố logic từ bên trong
Hình 3

tzd.r.av.=0,5(t1,0zd.r+t0,1zd.r), trong đó t1,0zd.r và t0,1zd.r là thời gian trễ truyền tín hiệu khi bật và tắt, Hình 3.

Thời gian trễ truyền tín hiệu trung bình là một tham số phổ biến hơn của vi mạch kể từ khi biết nó. Bạn có thể tính toán hiệu suất của bất kỳ mạch logic phức tạp nào bằng cách tính tổng tz.r.sr cho tất cả các vi mạch nối tiếp. Đối với vi mạch dòng K155 tz.r.sr là khoảng 20 ns và đối với vi mạch dòng K176 - 200 ns. Công suất tiêu thụ của vi mạch ở chế độ tĩnh khác nhau ở mức logic 0 (P1) và mức logic ở đầu ra (P0). Về vấn đề này, mức tiêu thụ điện năng trung bình Рср=(Р1+Р2)/XNUMX được đo.

Mức tiêu thụ điện năng trung bình tĩnh của các phần tử cơ bản của dòng K 155 là vài chục miliwatt, và đối với các phần tử thuộc dòng K176 và K561 thì ít hơn hơn một nghìn lần. Vì vậy, nếu cần chế tạo các thiết bị kỹ thuật số có mức tiêu thụ dòng điện thấp thì nên sử dụng vi mạch dựa trên cấu trúc KMDP. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng khi hoạt động ở chế độ động, năng lượng tiêu thụ của các phần tử logic sẽ tăng lên. Do đó, ngoài Рср, công suất Рdin cũng được đặt, đo ở tần số chuyển mạch tối đa.

Phải ghi nhớ. rằng với tốc độ ngày càng tăng, công suất tiêu thụ của vi mạch tăng lên

Tác giả: -=GiG=-, gig@sibmail; Xuất bản: cxem.net

Xem các bài viết khác razdela Radio nghiệp dư cho người mới bắt đầu.

Đọc và viết hữu ích bình luận về bài viết này.

<< Quay lại

Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:

Tiếng ồn giao thông làm chậm sự phát triển của gà con 06.05.2024

Những âm thanh xung quanh chúng ta ở các thành phố hiện đại ngày càng trở nên chói tai. Tuy nhiên, ít người nghĩ đến việc tiếng ồn này ảnh hưởng như thế nào đến thế giới động vật, đặc biệt là những sinh vật mỏng manh như gà con chưa nở từ trứng. Nghiên cứu gần đây đang làm sáng tỏ vấn đề này, cho thấy những hậu quả nghiêm trọng đối với sự phát triển và sinh tồn của chúng. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng việc gà con ngựa vằn lưng kim cương tiếp xúc với tiếng ồn giao thông có thể gây ra sự gián đoạn nghiêm trọng cho sự phát triển của chúng. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng ô nhiễm tiếng ồn có thể làm chậm đáng kể quá trình nở của chúng và những gà con nở ra phải đối mặt với một số vấn đề về sức khỏe. Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng những tác động tiêu cực của ô nhiễm tiếng ồn còn ảnh hưởng đến chim trưởng thành. Giảm cơ hội sinh sản và giảm khả năng sinh sản cho thấy những ảnh hưởng lâu dài mà tiếng ồn giao thông gây ra đối với động vật hoang dã. Kết quả nghiên cứu nêu bật sự cần thiết ... >>

Loa không dây Samsung Music Frame HW-LS60D 06.05.2024

Trong thế giới công nghệ âm thanh hiện đại, các nhà sản xuất không chỉ nỗ lực đạt được chất lượng âm thanh hoàn hảo mà còn kết hợp chức năng với tính thẩm mỹ. Một trong những bước cải tiến mới nhất theo hướng này là hệ thống loa không dây Samsung Music Frame HW-LS60D mới, được giới thiệu tại sự kiện Thế giới Samsung 2024. Samsung HW-LS60D không chỉ là một chiếc loa mà còn là nghệ thuật của âm thanh kiểu khung. Sự kết hợp giữa hệ thống 6 loa có hỗ trợ Dolby Atmos và thiết kế khung ảnh đầy phong cách khiến sản phẩm này trở thành sự bổ sung hoàn hảo cho mọi nội thất. Samsung Music Frame mới có các công nghệ tiên tiến bao gồm Âm thanh thích ứng mang đến cuộc hội thoại rõ ràng ở mọi mức âm lượng và tính năng tối ưu hóa phòng tự động để tái tạo âm thanh phong phú. Với sự hỗ trợ cho các kết nối Spotify, Tidal Hi-Fi và Bluetooth 5.2 cũng như tích hợp trợ lý thông minh, chiếc loa này sẵn sàng đáp ứng nhu cầu của bạn. ... >>

Một cách mới để kiểm soát và điều khiển tín hiệu quang 05.05.2024

Thế giới khoa học và công nghệ hiện đại đang phát triển nhanh chóng, hàng ngày các phương pháp và công nghệ mới xuất hiện mở ra những triển vọng mới cho chúng ta trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Một trong những đổi mới như vậy là sự phát triển của các nhà khoa học Đức về một phương pháp mới để điều khiển tín hiệu quang học, phương pháp này có thể dẫn đến tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực quang tử học. Nghiên cứu gần đây đã cho phép các nhà khoa học Đức tạo ra một tấm sóng có thể điều chỉnh được bên trong ống dẫn sóng silica nung chảy. Phương pháp này dựa trên việc sử dụng lớp tinh thể lỏng, cho phép người ta thay đổi hiệu quả sự phân cực của ánh sáng truyền qua ống dẫn sóng. Bước đột phá công nghệ này mở ra triển vọng mới cho việc phát triển các thiết bị quang tử nhỏ gọn và hiệu quả có khả năng xử lý khối lượng dữ liệu lớn. Việc điều khiển phân cực quang điện được cung cấp bởi phương pháp mới có thể cung cấp cơ sở cho một loại thiết bị quang tử tích hợp mới. Điều này mở ra những cơ hội lớn cho ... >>

Tin tức ngẫu nhiên từ Kho lưu trữ

Năng lượng xanh sẽ gây ra khủng hoảng kim loại hiếm 19.03.2012

Một nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Khoa học và Công nghệ Môi trường nói rằng việc chuyển sang các nguồn năng lượng sạch sẽ gây ra khủng hoảng nguồn cung đối với các kim loại khan hiếm. Và những vật liệu này rất quan trọng đối với nền công nghiệp hiện đại.

Ví dụ, hai kim loại đất hiếm, dysprosi và neodymi, là chìa khóa của các công nghệ tuabin gió và xe điện hiện đại. Việc chuyển đổi quy mô lớn từ các nhà máy nhiệt điện than và ô tô chạy xăng sang cối xay gió và xe điện có thể dẫn đến sự gia tăng nhu cầu đối với hai kim loại vốn đã khan hiếm này, hơn nữa lại chủ yếu được khai thác ở một quốc gia - Trung Quốc. Nhu cầu có thể tăng 600-2600% trong vòng 25 năm tới, với việc sản xuất dysprosi và neodymi ngày nay chỉ tăng vài phần trăm mỗi năm.

Ngày nay, một số chính phủ và các công ty công nghiệp đang bày tỏ quan ngại về tính bền vững của việc cung cấp 17 nguyên tố đất hiếm, được sử dụng để sản xuất thiết bị máy bay, laser, thiết bị y tế, v.v. Nếu không có những vật liệu này, không thể tiếp tục phát triển các công nghệ thân thiện với môi trường và giảm mức độ carbon dioxide trong khí quyển xuống mức 450 phần triệu.

Một nhóm các nhà khoa học do Randolph Kirchein dẫn đầu đã phân tích nguồn cung cấp lantan, xeri, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium và yttrium theo nhiều kịch bản khác nhau cho sự phát triển của tình hình và tiến bộ kinh tế. Họ dự đoán nhu cầu đối với 10 loại đất hiếm này cho đến năm 2035. Trong một kịch bản, nhu cầu về dysprosi và neodymi có thể tăng lần lượt là 2600% và 700%. Để đáp ứng nhu cầu này, ví dụ, sản xuất dysprosi phải tăng gấp đôi mỗi năm. Bất chấp những tiến bộ ấn tượng trong việc mở rộng sản xuất vật liệu đất hiếm, sẽ rất khó để đạt được con số như vậy.

Các nhà khoa học tin rằng cuộc khủng hoảng chỉ có thể tránh được bằng cách thay thế các vật liệu đất hiếm bằng những vật liệu rẻ hơn và phổ biến hơn, cũng như tái chế chất thải.

Tin tức thú vị khác:

▪ Thành phần hóa học của vũ khí Viking

▪ Theo dõi phản ứng của khách tham quan bảo tàng đối với các cuộc triển lãm

▪ Soda vị

▪ Hệ thống lọc nước tiên tiến

▪ Hệ thống chip đơn Mật độ 920 5G và Mật độ 810 5G

Nguồn cấp tin tức khoa học và công nghệ, điện tử mới

Tài liệu thú vị của Thư viện kỹ thuật miễn phí:

▪ phần của người xây dựng trang web, chủ nhà. Lựa chọn bài viết

▪ bài báo Berdyaev Nikolai Alexandrovich. câu cách ngôn nổi tiếng

▪ bài viết Bạch cầu để làm gì? đáp án chi tiết

▪ Bài báo Kỹ sư trạm bơm. Hướng dẫn tiêu chuẩn về bảo hộ lao động

▪ bài viết Đèn pin LED và sự tinh tế của nó. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

▪ bài hàn điện phân. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

Để lại bình luận của bạn về bài viết này:

Tất cả các ngôn ngữ của trang này

Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web