Основні поняття. Класифікація, вимоги
Всі цифрові пристрої та їх складові - цифрові вузли і елементи звичайно виконують з однотипних електронних каскадів. Такими каскадами є електронні ключі. Їх функціональне призначення полягає у формуванні одного з двох можливих потенційних рівнів, які відповідають логічним значенням “0” або “1”. Це відрізняє їх від аналогових ключів, які виконують функцію замикання-розмикання електричних кіл і визначають семантику слова “ключ”.
Електронні ключові каскади з позиції теорії електричних кіл є активними чотириполюсниками, які мають два вхідних та два вихідних затискача для підключення інших елементів схеми і містять електричні джерела живлення.
Основними компонентами електронних ключів є:
1. Електричні джерела живлення;
2. Нелінійний елемент;
3. Елемент навантаження.
Джерело живлення забезпечує ключовий каскад енергією. Звичайно в електронних пристроях, як джерела живлення, використовують або хімічні джерела струму (в основному для переносної апаратури) або вторинні джерела електроенергії (для стаціонарної радіоапаратури), які перетворюють первинну змінну напругу в постійну.
Нелінійний елемент ключів визначає головну властивість каскаду, що забезпечує виконання каскадом його функціонального призначення. Такою властивістю є зміна опору нелінійного елемента під дією зовнішніх факторів. Непостійне значення опору таких елементів призводить до нелінійної залежності між їх струмом і напругою, тобто до нелінійної вольт – амперної характеристики (ВАХ).
|
|
|
Електронні елементи, що застосовують в ключових схемах, за принципом формування нелінійної ВАХ поділяють на два класи:
1. Елементи, ключові властивості яких забезпечуються завданням їм режиму роботи;
2. Елементи, ключові властивості яких визначаються внутрішніми фізичними властивостями.
До першого класу відносять такі нелінійні елементи як електровакуумні і напівпровідникові діоди, електровакуумні багатосіткові лампи, біполярні і польові транзистори.
До другого класу відносять нелінійні елементи, що мають вольт-амперну характеристику з ділянкою негативного диференціального опору (НДО). До них відносяться газонаповнені прилади, одноперехідні і інжекційно-польові транзистори, діністори та тиристори всіх типів, тунельні діоди, порогові перемикачі, S-діоди та інші. Вольт-амперна характеристика з ділянкою НДО формується в цих елементах завдяки внутрішнім фізичним процесам, що забезпечують дію позитивного зворотного зв’язку.
В комп’ютерній електроніці використовують напівпровідникові нелінійні елементи, які не мають на вольт-амперній характеристиці ділянок з НДО. Залежно від виду нелінійного елемента розрізняють діодні і транзисторні ключі. Останні у свою чергу поділяють на ключі на біполярних транзисторах і ключі на польових транзисторах.
|
|
|
Ключі на біполярних транзисторах реалізують як на n-p-n так і на p-n-p структурах. Широке застосування знайшли ключові каскади на біполярних транзисторах Шотткі.
В ключових каскадах на польових транзисторах застосовують всі типи таких транзисторів: з керуючим p-n переходом, з ізольованим затвором і вбудованим та індукованим n- і p-каналами.
В процесі функціонування ключа нелінійний елемент приймає один з двох можливих станів. Один з них, коли елемент має низький опір, називають відкритимабо включеним станом,інший, при якому він має великий опір, називають закритимабо вимкненим станом. Як зазначено вище в ці стани елемент переходить під дією зовнішнього керуючого сигналу. При цьому кількісні значення опорів і швидкість переходу від одного до іншого стану нелінійного елемента визначають експлуатаційні параметри ключа. До нелінійного елемента ключа з цих позицій висувають наступні вимоги:
1. Опір елемента у включеному стані повинен бути якомога меншим;
2. Опір елемента в закритому стані повинен бути якомога більшим;
|
|
|
3. Перехід від вимкненого до включеного стану елемента і зворотний перехід повинні відбуватися якомога за найменший час;
4. Керуюча напруга, що ініціює переходи між станами елемента, повинна бути невеликою за значенням;
5. Перепад керуючого сигналу, що викликає безперебійне перемикання елемента, повинен бути невеликим, він визначає чутливість ключового каскаду;
6. Елемент повинен забезпечувати високу завадостійкість, тобто нечутливість до впливу однорідних по відношенню до сигналу побічних дій;
7. Елемент повинен надавати ключу високу надійність працездатності, тобто забезпечувати велику кількість перемикань між його станами.
З перелічених вимог випливає, що вольт-амперна характеристика ідеального ключового елемента, представлена в координатах „струм - напруга”, має вигляд відрізків прямих ліній, що співпадають з вісями координат. ВАХ реальних нелінійних елементів, які застосовують в електронних ключах суттєво відрізняються від ВАХ ідеального ключового елемента.
Хронологічно першими для побудови електронних ключів були використані електровакуумні, а потім напівпровідникові діоди. Але оскільки вони не задовольняють більшості з перелічених вище вимог, їх застосування є обмеженим. В даний час у ключових каскадах як нелінійні електронні елементи використовують переважно біполярні та польові транзистори. У зв’язку з цим в наступних розділах будуть розглянуті ключі на цих нелінійних елементах.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 328; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!