Файл: Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства учебник.pdf

П Р Е Д И С Л О В И Е

Книга предназначена служить учебником по курсу «Импульс­ ные и цифровые устройства» (или «Импульсная техника»). Основ­ ное внимание в ней уделяется рассмотрению физических процес­ сов, важнейших количественных соотношений и методов построе­ ния импульсных и цифровых устройств.

Первые две главы учебника — базовые; они посвящены основ­ ным составным частям импульсных и цифровых устройств. В гл. 1 рассматриваются линейные элементы (за исключением линейных импульсных усилителей, изучение которых является предметом спе­ циального курса); здесь же напоминаются основные методы ис­ следования переходных процессов в линейных электрических це­ пях, причем только в таком объеме и такой форме, в какой это существенно для понимания принципов работы и методики расчета импульсных устройств.

Глава 2 посвящена ключевым схемам. Вначале рассматривают­ ся ключевые схемы на диодах, затем на биполярных транзисторах и лампах, а также цепи связи, используемые для соединения ключе­ вых схем друг с другом. Наряду с ключами, построенными на дис­ кретных компонентах, изучаются ключи и логические элементы, по­ строенные на цифровых интегральных схемах (ЦИС); последние, благодаря быстрому прогрессу микроэлектронной технологии, ста­ новятся наиболее надежными и экономически эффективными эле­ ментами импульсных и цифровых устройств. Наконец, в гл. 2 рас­ сматриваются ключевые схемы на полевых транзисторах и ключе­ вые схемы на магнитных сердечниках с. ППГ.

Главы 3—8 посвящены основам теории и расчета важнейших импульсных устройств: различных формирователей импульсов, триггеров, мультивибраторов, блокинг-генераторов, генераторов пи­ лообразных (линейно изменяющихся) напряжений и токов. В схе­ мах этих устройств используются линейные элементы и ключи, рассмотренные в первых двух главах. Естественно, что в основе теории и методики расчета упомянутых устройств лежат соотно­ шения и зависимости, полученные в первых главах. В гл. 3—8 затронуты также вопросы построения импульсных устройств на цифровых интегральных схемах; особо подробно рассматриваются структуры триггеров на интегральных схемах.

8

ВВ Е Д Е Н И Е

Втехнике связи и управления, в радиолокации, вычислитель­ ной технике и других областях радиоэлектроники широко приме­ няются импульсные и цифровые устройства. Эти устройства пред­ назначены для формирования и преобразования электрических сиг­ налов, имеющих характер импульсов и перепадов напряжения

(потенциалов) пли тока, а также для управления информацией,, представленной упомянутыми сигналами, и ее хранения.

На практике используются импульсы разнообразной формы: прямоугольной (рис. В.Іо), трапецеидальной (рис. В. 16), пило­ образной (рис. В. Is), экспоненциальной (рис. В. Іа) и др. Форма

импульса (рис. В.2а) количественно характеризуется следующими основными параметрами: амплитудой (максимальным значением)

(рис. В. 2а). Форма реального импульса всегда только в той или иной мере приближается к идеализированной, и при определении временных параметров реального импульса (рис. В. 26) пользуют­ ся условными уровнями отсчета аі/т, отнесенными к амплитуде импульса. В настоящей книге, как правило, принимается а = 0,05„ однако в ряде случаев принимается а — 0,1.

• Наряду с перечисленными параметрами используются и неко­ торые другие количественные характеристики импульсов, в частно­ сти крутизна фронта (т. е. скорость изменения напряжения при формировании переднего или заднего фронта).

10

Часто приходится иметь дело с последовательностью периоди­ чески повторяющихся импульсов. Такая последовательность харак­ теризуется скважностью коэффициентом заполнения т] и часто­ той повторения f:

I = T/tn, л — 1ll = ti/T, f = U T = m t tt,

где Т — период повторения импульсов.

Основными параметрами перепада напряжения (тока) (рис. В.З) являются его величина (амплитуда) Um и длительность фронта нарастания (или спада) іф.

а)

Наряду с сигналами (импульсами, уровнями напряжения), па­ раметры которых являются аналоговыми величинами (т. е. могу­ щими принимать бесконечное .множество значений), в книге рассматриваются цифровые (дискретные) сигналы, параметры кото­ рых могут принимать лишь фиксированные значения, принадлежа­ щие некоторому конечному множеству. Отдельные элементы этого множества могут быть закодированы цифрами (отсюда и название •этих сигналов); в большинстве случаев таких элементов только два.

Потенциальный сигнал (рис. В. 4а) имеет два уровня: низкий (Е°) и высокий (В1), — которые могут быть как положительными, так н отрицательными. Импульсные сигналы — короткие импульсы, появляющиеся в определенные дискретные моменты времени (на­ зываемые тактовыми моментами, «позициями») (рис. В.46).

11

Уровни напряжения (потенциалы) и импульсы могут быть за­ кодированы в двоичной системе счисления цифрами Он 1: низкий потенциал или отсутствие импульса кодируется нулем, высокий потенциал или наличие импульса кодируется единицей. Такое ко­ дирование сигналов обычно называют положительным. Естествен­

но, что допускается (и реально исполь­ зуется) обратное кодирование — отрица­ тельное.

Важно подчеркнуть, что 0 и 1 являют­ ся лишь информационными значениями сигналов и не характеризуют их реаль­ ных величин.

Для построения импульсных и цифро­ вых устройств применяются линейные элементы и ключевые схемы (ключи).

Примерами линейных элементов являются: линейные импульс­ ные усилители, линейные электрические цепи с сосредоточенными параметрами R, L, С, импульсные трансформаторы (работающие

о)

б)

в линейном режиме, без насыщения), линии задержки с распре­ деленными и сосредоточенными параметрами. Линейные элементы используются для усиления, укорочения, расширения и других пре­ образований импульсов; кроме того, они вхо­

В состоянии «включено» (ключ Кл замкнут) уровень напряжения на выходе равен нулю (если пренебречь сопротивлением замкну­ того ключа), а в состоянии «выключено» (ключ Кл разомкнут), уровень напряжения на выходе равен Е (если считать сопротивле-

12