Скачать презентацию Схемотехника электронных средств Линейные и нелинейные импульсные цепи Скачать презентацию Схемотехника электронных средств Линейные и нелинейные импульсные цепи

bb5808275a75b3eec2073e5636b53337.ppt

  • Количество слайдов: 20

Схемотехника электронных средств Линейные и нелинейные импульсные цепи Импульсы прямоугольной формы получили широкое распространение Схемотехника электронных средств Линейные и нелинейные импульсные цепи Импульсы прямоугольной формы получили широкое распространение благодаря относительной простоте формирования и большой скорости нарастания напряжения. Импульсы пилообразной формы используют в измерительной технике (развертка луча в осциллографах), телевидении, радиолокации и т. д. Импульсы колообразной формы широко применяются в технике связи, так как они требуют наименьшей полосы частот при передаче.

Линейные и нелинейные импульсные цепи Для увеличения быстродействия ключа на биполярном транзисторе используются форсирующий Линейные и нелинейные импульсные цепи Для увеличения быстродействия ключа на биполярном транзисторе используются форсирующий конденсатор ( C 2 ) и нелинейная обратная связь с помощью диода Шоттки ( D 1 ), обеспечивающая уменьшение времени рассасывания неосновных носителей в базе. В программе схемотехнического моделирования в режиме многовариантного анализа показаны временные диаграммы входного и выходного напряжений и токов.

Линейные и нелинейные импульсные цепи Ключ с резисторной нагрузкой на n-канальном МОПтранзисторе с индуцированным Линейные и нелинейные импульсные цепи Ключ с резисторной нагрузкой на n-канальном МОПтранзисторе с индуцированным каналом. В микроэлектронном исполнении такой ключ занимает большую площадь из-за наличия резистора Rс. В ключе с динамической нагрузкой роль нагрузочного резистора выполняет транзистор с каналом того же типа проводимости, что и канал управляющего транзистора, что упрощает технологический процесс изготовления и повышает степень интеграции схемы. В комплементарном ключе роль нагрузочного резистора выполняет транзистор с каналом другого типа проводимости. Преимуществом такого ключа является то, что он не потребляет ток от источника питания влюбом из стационарных состояний.

Интегральные операционные усилители Операционный усилитель (ОУ) – унифицированный многокаскадный усилитель постоянного тока (УПТ), удовлетворяющий Интегральные операционные усилители Операционный усилитель (ОУ) – унифицированный многокаскадный усилитель постоянного тока (УПТ), удовлетворяющий следующим требованиям к электрическим параметрам: 1) коэффициент усиления по напряжению KU→∞; 2)входное сопротивление Rвх → ∞; 3)выходное сопротивление Rвых → 0; 4) если Uвх = 0, то Uвых = 0; 5) полоса усиливаемых частот бесконечна fв →∞. Являясь почти идеальным усилительным элементом, ОУ составляет основу всей аналоговой электроники. Логарифмическа я амплитудночастотная характеристика трёхкаскадного ОУ. Передаточная характеристика ОУ

Интегральные компараторы напряжений Применение компаратора в качестве АЦП параллельного типа Передаточная характеристика компаратора Работа Интегральные компараторы напряжений Применение компаратора в качестве АЦП параллельного типа Передаточная характеристика компаратора Работа компаратора в качестве устройства сравнения двух переменных сигналов Работа компаратора в качестве порогового устройства Работа компаратора в качестве детектора нулевого уровня

Интегральные аналоговые перемножители Аналоговыми перемножителями (АП) напряжений называют ИМС, предназначенные для выполнения операции перемножения Интегральные аналоговые перемножители Аналоговыми перемножителями (АП) напряжений называют ИМС, предназначенные для выполнения операции перемножения двух сигналов и выдачи результата перемножения в форме напряжения Uвых=Ux *Uy/ Ur =Kп*Ux*Uy , где Kп – масштабирующее напряжение. Полярность выходного напряжения Uвых определяется полярностями двух входных напряжений Ux и Uy, каждое из которых может быть как положительным, так и отрицательным. Если входные и выходные сигналы могут быть как (+) , так и (-), и полярности их согласованы, то такой АП называется четырехквадрантным. Его передаточная характеристика показана на рисунке. Базовая схема перемножителя на принципе переменной крутизны. ИМС АП находят широкое применение. Это связано с тем, что нелинейная операция перемножения приводит к изменению спектра выходного сигнала. Так, если оба сигнала гармонические с разной частотой, то есть Ux = Umx cos ωxt ; Uy = Umy cos ωyt , то на выходе АП получаем два сигнала суммарной и разностной частоты. Такая операция называется балансной модуляцией. Балансные модуляторы используются в селекторах каналов, радиоприемниках, делителях и умножителях частоты, частотных и фазовых детекторах.

Схемотехника цифровых интегральных микросхем Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) Принципиальная схема базового логического элемента 3 И-НЕ Схемотехника цифровых интегральных микросхем Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) Принципиальная схема базового логического элемента 3 И-НЕ ТТЛ Результаты анализа переходных процессов в программе схемотехнического моделирования Результаты анализа передаточной функции по постоянному току

Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ) Принципиальная схема базового логического элемента 2 ИЛИ/2 ИЛИ-НЕ ЭСЛ Результаты анализа Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ) Принципиальная схема базового логического элемента 2 ИЛИ/2 ИЛИ-НЕ ЭСЛ Результаты анализа переходных процессов в программе схемотехнического моделирования Результаты анализа передаточной функции по постоянному току

Интегральная инжекционная логика ( ИИЛ ) Принципиальная схема базового логического элемента 4 ИЛИ-НЕ ИИЛ Интегральная инжекционная логика ( ИИЛ ) Принципиальная схема базового логического элемента 4 ИЛИ-НЕ ИИЛ Результаты анализа переходных процессов в программе схемотехнического моделирования Результаты анализа передаточной функции по постоянному току

Логика на КМОП - транзисторах Принципиальная схема базового логического элемента 2 ИЛИ-НЕ КМОП Результаты Логика на КМОП - транзисторах Принципиальная схема базового логического элемента 2 ИЛИ-НЕ КМОП Результаты анализа переходных процессов в программе схемотехнического моделирования Результаты анализа передаточной функции по постоянному току

Последовательностные устройства Триггер – элементарный автомат, содержащий ячейку памяти (ЯП) и схему управления (СУ). Последовательностные устройства Триггер – элементарный автомат, содержащий ячейку памяти (ЯП) и схему управления (СУ). Триггер имеет входы управляющих (установочных) сигналов Х 1, Х 2, …, Хn , два взаимоинверсных выхода, а также может иметь вход синхронизации С. Выход Q считается главным, его значение характеризует состояние триггера в целом. Регистры-самые распространенные узлы цифровых устройств. Они оперируют с множеством связанных переменных, составляющих слово. Регистры выполняют над словами следующие операции: прием; выдача; хранение; сдвиг в разрядной сетке; поразрядные логические операции. Регистры состоят из триггеров и логических элементов. Счетчиками называют автоматы, которые под действием входных импульсов переходят из одного состояния в другое, фиксируя число поступивших на вход импульсов в том или ином коде.

Комбинационные устройства К комбинационным устройствам относятся: шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, преобразователи кодов, Комбинационные устройства К комбинационным устройствам относятся: шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, преобразователи кодов, сумматоры, арифметико-логические устройства, программируемые логические матрицы и др. Дешифратор типа 3 – 8, созданный в программе схемотехнического моделирования, и временные диаграммы его работы. Схема дешифратора строится на основе таблицы истинности.

Перспективные направления развития интегральных схем Современная микроэлектроника базируется на интеграции дискретных элементов электронной техники, Перспективные направления развития интегральных схем Современная микроэлектроника базируется на интеграции дискретных элементов электронной техники, при которой каждый элемент схемы формируется отдельно в полупроводниковом кристалле. При этом в основе создания ИМС лежит принцип элементной (технологической) интеграции, сопровождающейся микроминиатюризацией элементов. Однако повышение степени интеграции ИМС и связанное с этим уменьшение размеров элементов имеет определенные пределы. Принципиально новый подход предполагает функциональная микроэлектроника, позволяющий реализовать определенную функцию аппаратуры без применения стандартных базовых элементов, основываясь непосредственно на физических явлениях в твердом теле. Однако в этом направлении до сих пор не создана технологическая база, обеспечивающая экономически конкурентное производство высоконадежной элементной базы. Начало XXI века характеризуется бурным развитием нанотехнологии вообще и наноэлектроники в частности. Наноэлектроника является новой областью науки и техники, формирующейся сегодня на основе последних достижений физики твердого тела, квантовой электроники, физической химии и технологии полупроводниковой электроники. Исследования в области наноэлектроники важны для разработки новых принципов, а вместе с ними и нового поколения сверхминиатюрных супербыстродействующих систем обработки информации.

Наноэлектроника Схема нанотехнологической установки. Подложкой может быть любой проводящий материал с тщательно отполированной поверхностью. Наноэлектроника Схема нанотехнологической установки. Подложкой может быть любой проводящий материал с тщательно отполированной поверхностью. Зонд -металлическая игла из твердосплавного материала с заточенной методом ионного травления вершиной. Радиус кривизны вершины зонда определяется размерами единичного атома, находящегося на вершине. При приложении напряжения между зондом и подложкой при зазоре единиц Å появляется туннельный ток Iт. Если в активную область установки ввести молекулы технологического газа, то под действием сильного электрического поля эти молекулы ионизируются и далее можно осадить необходимый атом на поверхность подложки. Наращивая осажденные атомы и перемещая подложку, можно вырастить на ней прочно закрепленные дорожки проводников или отдельные группы атомов с поперечными размерами атомарной величины(~ 20Å). Такие проводники и группы атомов можно назвать квантовыми проводниками и квантовыми точками. Пример реализации полевого транзистора. Если на затворе отсутствует заряд, то по проводнику (каналу) может проходить ток, транзистор открыт. Если на затворе запирающее напряжение, то транзистор закрыт. При поперечных размерах квантовых проводников ~ 20Å в них уменьшается рассеяние энергии а быстродействие лежит в терагерцовом диапазоне.

Аналого-цифровые функциональные устройства В электронных системах используется обработка информации, представленная как в аналоговой, так Аналого-цифровые функциональные устройства В электронных системах используется обработка информации, представленная как в аналоговой, так и в цифровой форме. Дело в том, что первичная, исходная информация носит, как правило, аналоговый характер. Обработку же информации удобнее вести в цифровой форме. Использование полученных после цифровой обработки результатов также в большинстве случаев требует их аналогового представления. Таким образом, любая система, использующая цифровые методы обработки информации, должна содержать устройства взаимного преобразования аналоговых и цифровых сигналов. Эти функции выполняют аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Принципиальная схема ЦАП на 4 разряда с матрицей R-2 R Структурная схема. АЦП параллельного преобразования

Формирователи и генераторы прямоугольных импульсов Задачи формирования импульсов по длительности следующие: • расширение импульсов; Формирователи и генераторы прямоугольных импульсов Задачи формирования импульсов по длительности следующие: • расширение импульсов; • сужение (укорочение) импульсов; • стандартизация длительности импульсов. Расширение импульсов. Эта операция реализуется схемой, которая выполняет операцию ИЛИ (логическое сложение или дизъюнкция): F = X 1 + X 2. Элемент задержки имеет время задержки tз. Длительность выходного импульса τвых = τвх + tз , т. е. схема расширяет входной импульс на величину tз. Импульсы прямоугольной формы имеют резкие перепады напряжения и тока во время формирования фронта и среза, поэтому их можно отнести к колебаниям релаксационного типа, для которых характерны скачкообразные изменения напряжения и тока. Широкое распространение нашли релаксационные генераторы на основе усилителей с ПОС (на логических элементах).

Генераторы линейно изменяющегося напряжения Линейно изменяющимся напряжением называют импульсы, фронт которых содержит линейно изменяющийся Генераторы линейно изменяющегося напряжения Линейно изменяющимся напряжением называют импульсы, фронт которых содержит линейно изменяющийся во времени участок. Импульсы такой формы используют в измерительной технике (развертка луча в осциллографах), телевидении, радиолокации и т. д. В основе принципа действия генераторов линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) лежит заряд и разряд конденсатора постоянным током. Способ формирования такого напряжения основан на использовании аналогового интегратора, на входе которого действует постоянное напряжение Uвх = const. При этом обеспечивается постоянство (или приближенное постоянство) тока, заряжающего (или разряжающего) интегрирующий конденсатор. ГЛИН с резистивным формирователем тока ГЛИН с параллельной положительной обратной связью

Интегральные стабилизаторы напряжения Стабилизатором напряжения называется устройство, поддерживающее с определенной точностью неизменным напряжение на Интегральные стабилизаторы напряжения Стабилизатором напряжения называется устройство, поддерживающее с определенной точностью неизменным напряжение на нагрузке. Изменение напряжения на нагрузке может быть вызвано рядом причин: n колебаниями напряжения первичного источника питания (сети переменного напряжения, аккумулятора, гальванического элемента); n изменением нагрузки; n изменением температуры окружающей среды и т. д. По принципу работы стабилизаторы делят на а) параметрические ; б) компенсационные. Компенсационные стабилизаторы могут быть: n с непрерывным регулированием; n с импульсным регулированием. Оба вида компенсационных стабилизаторов могут быть: 1)последовательного типа; 2) параллельного типа. Структурная схема компенсационного стабилизатора последовательного типа Структурная схема компенсационного стабилизатора параллельного типа Последовательный стабилизатор с УПТ

Компьютерное моделирование электронных средств Задачи компьютерного моделирования: 1. Предсказание поведения устройства при стандартных и Компьютерное моделирование электронных средств Задачи компьютерного моделирования: 1. Предсказание поведения устройства при стандартных и нестандартных ситуациях (например, поведение устройства при отказе одного или нескольких элементов). 2. Изучение форм сигналов в различных местах электронного устройства при воздействии на него одного или нескольких сигналов (например, одновременное воздействие полезных сигналов и помех). 3. Обучение специалистов по разработке и проектированию электронных устройств. Компьютерное моделирование электронных устройств имеет ряд преимуществ перед экспериментальным исследованием: 1. Стоимость моделирования значительно меньше стоимости экспериментального макета (хотя точность может быть недостаточной!). 2. Возможно моделирование поведения устройства в критических ситуациях (например, при повышении или понижении питающих напряжений, при пробое полупроводниковых приборов, конденсаторов и др. ). 3. Оптимизация параметров отдельных элементов устройств по заранее выбранному критерию (например, получение максимального усиления при изменении напряжения питания или сопротивления нагрузки). 4. Возможность масштабирования реального времени (задержка) протекания процесса. 5. Возможность широкого применения специальных программ и моделей электронных элементов. Однако компьютерное моделирование имеет и ряд проблем: 1. Модели полупроводниковых приборов не учитывают явление пробоя. 2. Модели полупроводниковых приборов допускают огромные токи и напряжения. 3. С ростом частоты не всегда учитываются паразитные емкости, индуктивности и сопротивления.

Программные средства моделирования электронных устройств При моделировании электронных устройств используются три основных разновидности программ: Программные средства моделирования электронных устройств При моделировании электронных устройств используются три основных разновидности программ: 1. Универсальные программы для математических расчетов, такие как Math. CAD, Mat Lab и др. 2. Универсальные программы для моделирования электронных устройств: P-SPICE, Micro-CAP, Advanced Design System, Micro Sim, Design Lab, Electronics Workbench и др. 3. Специализированные программы, используемые при моделировании определенного класса схем, например, System View. Моделирование в программе Micro-CAP 7 усилителя на биполярном транзисторе Принципиальная схема Амплитудно- и фазо-частотные характеристики