Sisukord Sisukord.... Elektroonika ajalugu... 3. Elektroonika osad...4 3. Ülevaade komponentidest... 4 3.. Passiivsed...4 3.. Dioodid (mittelineaarsed passiivelemendid)... 5 3.3 Transistorid...6 3.4. Türistor... 8 4. Mida peaks teadma elektrotehnikast ja nendest eeldusainetest... 9 5. Elektroonse mõõtesüsteemi struktuur... 4 6. Digitaalelektroonika põhilülitused... 4 6.. nulli ja ühe esitamine... 4 6.. Loogika baaselemendid... 6 6.3. Dioodloogika... 6 6.4. Transistor kui lüliti ja EI- element... 6 6.5. Loogikaelementide süsteemid. (tehnoloogiline pool)... 7 6.6. Hiz (e 3rd state kolmas olek).... 8 6.7. Kombinatsioon ja jadaloogika (e järjestikloogika) erinevused... 9 6.8 Loogikafunktsioonide esitamine.... 0 6.9. Kombinatsioonloogika tüüplülitused... 0 6.9.. Multipleksor MX... 0 6.9.. Demultipleksor... 0 6.9.3. Loogikaelementide väljundite ühendamine... 6.9.4. Dekooder või dešifraator... 6.9.5. Koodimuundur... 6.9.6. Kooder e šifraator... 6.9.7. Välistav või element (Exclusive O e XO)... 6.9.8. OM (ead Only Memory)... 6.9.9. PLA, PLM (programmeeritav loogikamaatriks (array))... 3 6.0. Jadaloogika lülitusi... 4 6.0. Jadaloogika olemus... 4 6.0.. Trigerid... 4 6.0.3 Schmitt i triger... 7 6.0.4. Lühikese impulsi formeerimine.... 8 6.0.5. Viitelüli, monovibraator, multivibraator... 8 6.0.6. egistrid... 9 6.0.7. Loendurid... 30 6.0.8. Muutmälu /operatiivmälu /AM... 3 6.. DAM & ADM (DAC, ADC)... 33 6... DAM... 33 6...FLASH ADM... 34 6..3. loenduriga ADM... 34 6..4. eversiivse loenduriga ADM e Järgiv ADM... 35 6..5. Bitikaupa lähenemisega ADM... 35
6..6. kahekordse integreerimisega ADM... 35 6..7. Lülid S/H ja T/H... 36 7. Analoogelektroonika lülitus.... 36 7.. Operatsioon(i) võimendi... 36 7... OV ehitusest... 37 7... OV kaks põhilist tagasisidestamise viisi... 37 7..3. OV-ga lülituse ligikaudse arvutuse näide... 39 7..4. Tagasisidestatud OV genereerimaminek (iseergutumine) ja selle vältimine.. 39 7..5. integreeriv lülitus... 40 7..6. Diferentseeriv lülitus... 40 7..7. Summaator... 40 7..8. Bipolaarne võimendi... 4 7..9. Diferentsiaalvõimendi... 4 7..0. Mittelineaarsetest võimenditest OV baasil... 4 7... muundurid I, I... 4 7... Schmitt triger OV baasil... 43 7..3.Multivibraator... 43 7..4. Monovibraator (e ootav multivibraator)... 44 7..5. Vooluväljundiga OV... 44 7..6. Komparaator... 45 7..7. OV ühendamine digitaallülitusega... 45 7..8. Kahesuunaline KMOP võti... 45 7... Ideaalfiltrid ja reaalfiltrid... 46 7... Butterworth i ja Tšebõševi filtrid... 46 7..3. Filtrite klassifikatsioon läbilaskeriba järgi.... 46 7..4. Passiiv- ja aktiivfiltrid... 47 7.3. Toiteplokkide elemendid... 47 7.3.. Alaldid (koos trafoga)... 48 7.3.. Silufiltrid. L, C, LC, C... 50 7.3.3. Parameetriline stabilisaator.... 5 7.3.4. Kompensatsioonstabilisaator... 5 7.4. Transistori lülitused võimendites.... 5 7.4.. Ühise emitteriga/ühise lättega aste... 5 7.4.. Ühise kollektoriga/ ühise suudmega aste.... 53 7.4.3. Ühise baasiga aste.... 54 7.4.4. Darlingtoni lülitus e liittransistor... 54 7.4.5. Kolme kondensaatoriga lülitus (võimendusaste)... 54
ELEKTOONIKA Eksam kirjalik, küsimused enne teada.. Elektroonika ajalugu Algas raadio leiutamisest 896 (umbes). Esimene raadio ei olnud elektrooniline. aadio leiutasid Popov, Marconi. Marconi hakkas raadiot ka edasi arendama, läks Itaaliast Londonisse, kus hakati tootma. Elektroonika algas elektronlambi leiutamisega, esimesed olid diood ja triood. Elektronlamp on klaaskolb, milles vaakum, plekist anood, ja traadist katood, kui katoodi kuumutada, elektronid lahkuvad katoodilt, kui anoodile anda positiivne laeng liiguvad elektronid sellele. Diood juhib voolu ühes suunas. Sellega sai avastada raadiolaineid, pidada sidet. Vajalikuks osutus võimendamine, seda võimendas triood, võre võimaldab reguleerida elektronide voogu katoodilt anoodile. Võrele anti negatiivne pinge, et elektronid ei jääks võrele, mõõtes võre pinget, saadi suurem või väiksem pinge. 90 oli triood valmis ja elektroonika alus oli elektronlampidel kuni 960 (50 a. kõik lampide baasil). Täna on elektronkiiretoru: katood võre e. modulaator, mis kokku moodustab elektronkahuri, elektronid suunatakse luminestseerivale ekraanile, mis on tehtud GB kiirgavate triipude või punktidena. Et kiirendada on peale võret anood. Elektronkiirt peab saama suunata, selleks on olemas kallutussüsteem N: I plaadid kallutab elektriväljaga s.o. elektrostaatiline kallutamine (esineb ostsillograafis). II elektromagnetiline, mähist, kallutatakse magnetväljaga ehk vooluga mähistes (kuvar, TV kineskoop). Alates (949 ) 960 pooljuhtide ehk transistoride ajastu e. diskreetsete pooljuhtseadiste ajastu. 970 algas integraalskeemide ajastu, ühele kristallile paigutati palju transistore. Algas arvutiajastu. Transistor sarnaneb trioodile, vaakumi ei ole vaja, kogu elektronide liikumine toimub pooljuhi sees. Bipolaarses transistoris on baasivool võre funktsioonide kandja (bipolaarne transistor kollektor + baas + emitter). Suue pais läte transistoris paisupinge võre funktsioonidega s.o. unipolaartransistor e. väljatransistor. Eelnevat käsitletut nim elemendibaasiks. Montaažitehnika. I (elektronlampide aeg) metallšassii (kandekonstruktsioon), selle peal pesades lambid ja juhtmetel rippuvad takistid, kondensaatorid, induktiivpoolid (; L, C). II (integraalskeemide ajal) trükkplaadil pindmontaažitehnikas integraalskeemid,, C jne. Trükkplaadid on kuni 0 kihilised. Eestis tehakse vaid kahe kihilisi. Mälude areng 960ndatel mälu pidev probleem. Polnud kiireid pooljuht mälusid, mälu oli sel ajal magnetiline. 970ndate alguses valmistati pooljuhtmälud integraalskeemidena. Või hoopis võõtes transistori leiutamine 3
Pooljuhtmälude areng tingis mikroprotsessori valmistamise, siit tulid PC, Laptopid, mikrokontrollerid. Tulevikus võibolla optika.. Elektroonika osad Komponendid e. elemendid - passiivelemendid, L, C, trafo - dioodid e. alalduselemendid, juhivad voolu ühes suunas (võivad olla nii passiivkui aktiivelemendid, olenevalt ajastust) - aktiivelemendid (e. võimenduselemendid e. lülituselemendid) - integraalskeemid (lülitused, koosnevad passiiv- ja aktiivelementidest, mis on omavahel ühendatud) Elemendid võivad olla lineaarsed 3 ja mittelineaarsed, viimase esitamiseks kasutatakse volt-amper karakteristikuid e. pinge-voolu tunnusjooned du rd di I 0 dif. takistu I 0 tööpunkt. Elektroonika kui aine osad: - analoog elektroonika s.o. pidevate signaalide elektroonika (ei vaja palju elemente) - digitaalelektroonika s.o. 0, mäng Analoogelektroonika alad: - looduslike signaalide vastuvõtmine - võimendamine ( analoog digitaal- muundur) - digitaal-analoog-muundur võimendi tämbri regul. valjuhääldi - raadiosidekanalites - elektroenergeetikas (toiteplokid) jne 3. Ülevaade komponentidest 3.. Passiivsed - takisti SA-s I mittelineaarsel puhul reguleeritavad potentsiomeeter, lülituse häälestamiseks - kondensaator C, Alalisvoolul kondekas voolu ei juhi! Vahelduvvoolul juhib voolu, toimub pidev ümberlaadimine. Vahelduvpinge u m sin! πf t m sin ωt ω Vahelduvvool I m f X C T ω C π fc m ω πf X kondensaatori takistus C i I m sin(ωt + ϕ) ϕ - faasinihe X reaktiivtakistus, ei muuda midagi soojuseks 3 I, C, L 4
aktiivtakistus, näitab, et el.en. muudetakse suujuseks - induktiivsus L (vasktraadist mähis) või raudsüdamiku korral, muu südamik. Alalisvoolul lühis e. praktiliselt lühis m (mingi on) vahelduvvoolul u m sinωt tekib i I m sin(ωt + ϕ) I m X L X L vahelduvvoolul energia salvestub poolis (magnetväljas) X L ωl πfl (võrdeline seos) di u L lülitamisel tekib suurpinge surmav, et pinge liiga dt suureks ei läheks, alalisvoolu korral saab kasutada kaitset - Trafo e. transformaator, pinge muutmise vahend Ferromagnetikust südamega ω - keerdude arv v ω! v ω võimendus ei ole, kuigi pinget saab muuta. 3.. Dioodid (mittelineaarsed passiivelemendid) ühesuunalise juhtivusega volt amper karakteristik: Alaldusdiood kasutatakse toiteplokkides u i I T S ( e ϕ ) u > 0 päripinge u < 0 vastupinge ϕ T temperatuuri potentsiaal (u. 5mV toatemperatuuril) ϕt ϕt I S küllastusvool, praktiliselt vastuvool i I Se I S I S e - hea tuletiste võtmiseks, et r 4 d diferentsiaalse takistuse leidmisel. Dioodide variante: ) STABILITON alalispinge stabiliseerimiseks, töötab läbilöögi olukorras. u u diood ei tohi selles piirkonnas rikneda 4 või hoopis v d 5
) VAIKAP kasutatakse vastupingel C var mahtuvuse muutmiseks muudame alalispinget. varikapi vastuvool on µa murdosa ( 0 MΩ µ A 0, V 00 dq Mittelineaarne mahtuvus (kondensaator) C d d 3) SCHOTTKY diood 00 µ A ) Tavaline diood Schottky diood Juhib voolu ühes suunas,, alaldab Siire metall x pooljuht kasutatakse kiirete TTL lülituste saamiseks Tavaline diood Schottky diood 3.3 Transistorid. põhikategooriat: - bipolaarsed - unipolaarsed e. väljatransistorid Bipolaarseid juhitakse baasivooluga. Väljatransistoreid juhime paisupingega. Bipolaarsel transistoril on kolme kihiline struktuur. Emitter saadab voolukandjad teele, kollektor kogub ja baas reguleerib Plenaartehnoloogial B E võimalikku struktuuri: - pnp - npn põhiline Kirchoffi reegliga i e i k + i b ik transistori ib 00 sisendkarakteristik i e i k i läbiv (dioodi korral) selle määrab i b juhitakse baasi poolt K 6
Transistori väljundkarakteristikud: Ühtlaste vahedega baasivoolude korral Võimenduse olemus läbilöögipinge sõltub transistorist (0 300V) Sisendahelas P 0,7V*400µA 0,8mW Väljundahelas P 0V*50mA 500MW P > P k p P > P P kasutegur η < P kui teoreetikud uurivad võimendit ei arvestata toiteallikat. Pidevate signaalide võimendamine raadio, TV, makk Digitaalsignaalide võimendamine voolu sisse/välja lülitamine Transistor on nagu konstantse voolu generaator e. allikas Väljundkarakteristik i k ei sõltu ke - st 0 N: Pliiaku: h i k β e s.o. transistori vooluvõimendus tegur. ib Bipolaarne transistor Emitter viib baasi alasse aukusid, auk on seotud elektronide puudumisega. Konstantse pinge allikas e. generaator Väljatransistor (nõrgem vool kui bipolaarsetes transistorides, arvutitehnikas peamised) - metall - isolatsioon SiO voolu suund LÄTTEST - SDMESSE 7
Dioodid vastupidi, voolu ei teki, voolu tekkimiseks kogutakse aukude p kanalisse e. invertioonkihti seetõttu dioodid lakkavad olemast s.t. paisule tuleb anda pinge Lätte suhtes. Paisu ja kristalli vahel on elektriväli, mis kogub augud. nim ka isoleeritud paisuga väljatransistor MOP (i.k. MOS) nim. ka indutseeritud kanaliga MOP (MOS) väljatransistor. Et vähendada pinget hakati tegema sisseehitatud kanaliga MOP transistore (kanal on juba tehases valmistatud, selle suurust reguleeritakse pingega) Enamasti tehakse väljatransistorid n - kanaliga Isoleerimata paisuga väljatransistorid, neid nim pn siirdega väljatransistorid. 3.4. Türistor (4 kihiline struktuur) lülituselement, kasutatakse energeetikas (arvutite jaoks liiga aeglased) 3.5. Integraallülitused IC (integrated circuits) Ei vaatle praegu kuna terve kursus käsitleb neid. 3.6. Optoelektroonika elemendid Fotoresistor (takistisse paistab valgus ja takistus sõltub valguse intensiivsusest (pimedus 0, valgus )) Fotodiood liikuda footonid korpuses on auk, ees on kvarts või klaas, dioodi pn siirdeni saavad 8
Skeemi lülitada vastupingel fotoelemendirežiimis diood muutub ise energia allikaks, välist energiat ei ole. Vool vastuvool päripinge valguse arvel s.o. emj. allikas! Kõigi emj allikate vool ja pinge allika sees on vastuolus emj tekitab mitteelektriline energia fotoelemendi puhul valgus, aku ja patareis keemia, elektrijaamas mehaaniline energia. Fototransistor Fototransistor läbivoolu I e sisselülimine valguse abil. Valgusdiood (LED Light Emitting Diod) i valgus osa läbiva voolu energiast muundub valguseks. Voolu läbimisel pn- siiret, osa elektrone muudavad energiat, vahetavad orbiite, vabaneb energiat ning vabanev energia kiiratakse valgusena. n: infrapunane. Algul vaid peen valgus praegu olemas kollane, sinine, roheline. Pinge umbes V. valmistatakse (gallium arseeniid fosfiid) GaAs x P -x 0 x Optron toimub signaali või energia muumine skeemi järgi elekter valgus elekter N: kõrgepingeliinid el-isolatsioon 3000V kõrgepinge Arvuti 5V - optiline info edastus elektritoitega valgusallikas valguse muundur elektrisignaaliks (LED, hõõglamp) (fotodiood, fototransistor, fototüristor, fototakisti jne) Valguse kandmiseks punktist A punkti B kasutatakse täna kiudoptikat valgusjuht, peenike kiud mille sees on täielik sisepeegeldus ja valgus välja ei lähe värvuspaneelid infoesituseks.. elektronkiirtoru GB luminestseeriva ekraaniga (0kV). vedelkristall GB poolvedel aine, millel pikad molekulid elektrivälja abil saab molekule keerata. (,5V) 3. plasmapaneelid e. gaaslahenduspaneelid (hõrendatud gaas millest lastakse elekter läbi. Na aur erekollane, Xe, Ar, He pruunikas punane). Gaasi ultraviolett helendus lastakse luminestseerivale ekraanile (pinged 50 50V) 4. Mida peaks teadma elektrotehnikast ja nendest eeldusainetest Kirchoffi seadust: Vooludele i + i + i 3 i 4 + i 5 juurde voolavate voolude summa peab võrduma äravoolavate voolude summaga. 9
Pingetele Pingejagur Ohmi seadus + + 3 i i koormusega pingejagur: Vahelduvvoolu korral I I m m X X m C m L i Z X C + Z X L + i + pinge jagamise tegur + t ekv i + t + ekv + i ekv ekv t Ohmi seadus ekv + vahelduvvoolule kui kui 5 ahekas ahelas ekv on on vaid vaid Logaritmiline sageduskarakteristik Logaritmilises mastaabis esitatakse alati sagedus ja kui soovi siis ka sagedusest sõltuvad (muud) suurused. Logaritmilises mastaabis vaid sagedus nim seda poollogaritmiliseks esituseks. Oktav sageduse kahekordne muutus Hz Hz 4Hz - Dekaad sageduse kümnekordne muutus Hz 0Hz 00Hz - Enamasti sageduskarakteristik (mingi suuruse sõltuvus sagedusest) esitatakse täislogaritmilises (mõõdustikus) esituses see on K (sagedusest sõltuv suurus) esitatakse ka logaritmilises mastaabis. Ühikuks detsibell (db) K db 0logK (võimsuste suhte võimendusel) K db 0logK (pingete voolude suhte puhul) P I e. P (P ) e. P I (P I ) C L 5 Z - kogutakistus 0
asümptootiline amplituudi sageduskarakteristik (ASK) (pingete suhe) (v.-0db/dek võimsuste suhe) logaritmilises mastaabis kasutatakse kuna nurkade sagedused on lihtsalt arvutatavad kalded db/dek (db/okt) on ± n 0 (± n 6) n,, 3, ± n 0 tavaliselt pingete suhte muut 3dB. Peale selle on faasisageduskarakteristik e FSK m sinωt i I m sin(ωt + ϕ) ϕ - faasinihe FSK on ϕ sõltuvus f-st või ω-st Vastavalt Ohmi seadusele vahelduvvoolu ahelal m I m Z X C + X C Z π fc ω C kui ω 0, siis Z Z ( ) + ωc kui ω, siis Z praktikas kui X C <, siis võib lugeda Z, (mõnikord ka 5 m m I m Meid huvitab võimendustegur K Z m X C < ) 3 ω C ω C pingevõimendustegur K Z + ( ) ωc asümptoodid lõikuvad sagedusel siinuspinge kus ( ) ω C ω C ω C f π C
Miks on lahknemine 3dB? K ( ω ) + ( ) ω C 0log K (ω ) 0 log 0log 0 log 0 (- )log -3,0dB -3dB (s.t. 3dB alla nulli) Miks kalle on +0dB/dek? K Vaatame madalaid sagedusi kus ωc >> ( C 5 ) ω + ( ) ωc siis ignoreerime ruutjuure all, siis K ωc ωc ω C - dekaad on ω0x muutus 0 logk 0 log ωc 0 logc + 0 logω järelikult kaldjoon tõuseb 0dB dekaadi kohta. FSK (faasisageduskarakteristik) Ahelas kus on reaktiivsused võivad sisend ja väljund pinged olla faasis nihutatud m sinωt faasinihe ϕ f(f) f(ω) s.o. FSK m sin(ωt + ϕ) Vaatleme ahelat: m sinωt Kui LASK tõus on +0dB/dek siis ϕ max +90 Kui LASK tõus on +40dB/dek siis ϕ max +80 Jne. Kui Lask langus on -0dB/dek siis ϕ piirväärtus on-90 Jne. K X Z C ωc + ( ) ωc + ω C Näide: K kui ω C << Kui ω C >>, siis K m sin(ωt + ϕ) OV operatsioonvõimendi ωc ω ü C
K m m Z ekv m sin(ωt) Kui ω 0, siis alalispinge (cos mõistlikum, et <>0) ekvivalentne taksistus ekv + Z ekv K Z ekv + ω C X C + X C jωc + jωc ASK! + ω C % ""$"# " const sageduse sõltuvuse näitaja + jω C ω ü C 6 0 ω ü 3030,3 3 9 00 0 3,3 0 0,33 s ωü 3030,3 f Hz Ü 48 π 6,8 transiitsagedus ω T enam ei võimenda, ülekanne ω T 0 ω ü π 4800 Hz 30 000 /s 0,8 0 ω ü C,04 ft fü 0 48 0 0,96 48 585Hz Mõiste diferentseeriv ahel: u ir Vaatleme sagedustel (u muutumiskiirustel), kus <<. Sellises olukorras du du C, siis i C järelikult dt dt i du rc dt u 3
Mõiste integreeriv ahel: Vaatame sagedustel (u muutumiskiirustel), kus <<. t t i u idt C dt C 0 0 Vool ja pinge induktiivsusel: di u L dt 5. Elektroonse mõõtesüsteemi struktuur salvestus Temp Kiirgus sensor e. andur sensor e. andur võimendus võimendus analoog MX ADM Digitaal töötlus DAM Filtrid kui vaja el.signaali muund MKS aadio side Vastuvõtja võimendus ADM kompuuter Võrk 0V alaldi Filter stabilisaator TOIDE (igale poole) kuvar analoog MX lülitab analoogsignaale, ülekanne täpne ADM analoog-digitaal-muundur Võimendus signaali analoogtöötlus DAM digitaal-analoog-muundur 6. Digitaalelektroonika põhilülitused 6.. nulli ja ühe esitamine Kõige mõttekam on 0 ja. Et esitada 3nd süsteemi 0 +, selleks oleks vaja, et transistorid laseksid voolu läbi mõlemas suunas, aga see ei ole võimalik. 8 bitti 0 55 0 e. 56 nivood 50 nivood, samm 0,4% täpsuseks võib võtta 50 ±0,%. Seega on juba 8 biti puhul viga väikese tõenäosusega ja sobib paljude ül lahendamiseks. 0 bitti 0 03 0 e 000 nivood samm 0,% täpsus ±0,05%, täpsuse tõttu on enamik ADM 0bitised. 0 bitti 000 000 nivood täpsus ±0,5ppm (ppm parts per million) 0 ja esitamiseks saab kasutada - voolu i (tülikam mõõta, kui ahelat ei tohi lõhkuda siis, näit süsteem kus 4mA 0 ja 0mA - pinget u. pinge on põhiline kuna pole vaja ahelaid katkestada 4
Positiivne loogika Positiivse toitepingega 0 tsoon mida teoreetiliselt ei tohiks kasutada, kuid tegelikult peab nivoomuutumisel seda ala läbima, probleem lahendati tahtperioodiga tahtsagedusf 0ns kui F 00MHz. Häireid arvestades tehakse nivood laiemaks (-----) Positiivne loogika > 0 > 0 On süsteeme kus kasutatakse negatiivset loogikat positiivse toitepingega 0 > või 0 > GPIB (General purpose interface bus) Hewlett Packardi toode kasutab negatiivset loogikat s.o. mõõteinterfeis. Negatiivne loogika positiivne loogika. Varem kasutati ka negatiivse toitepingega süsteeme. Tehastes kus on suured elektromagnet häired kasutatakse tihti kahepolaarset 0 ja esitust. Näit: +4V ja 0-4V või V ja 0 -V või +,4V ja 0 -,4V S interfeisid on sellised S (ecommended Standard) tuntuim 3, tülikas teha kuina ühel pool töötavad npn transistorid ja teisel pool pnp kui on kahepolaarne süsteem, siis on vaja toiteallikat kord positiivne, kord negatiivne pinge Analoog elektroonikas kasutatakse tavaliselt kahte toiteallikat. On olemas muundurid positiivse toitepinge muundamiseks negatiivseks toitepingeks (koosnevad multivibraator dioodid kondensaatorid) 5
6.. Loogika baaselemendid Vaja on kolme elementi (NING, VÕI, EI), et täita loogika baasfunktsioone. NING VÕI EI Loogiline korrutamin Ameerikas X X Y X X Y X Y 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Loogiline liitmine NING EI VÕI EI X X Y X X Y 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NING JA või ühe transistori abil ei ole võimalik teostada loogika baaselemendi n- võib kasutada NING EI või VÕI - EI 6.3. Dioodloogika Dioodloogikat kasutakse kui blokki on vaja kokku ning-itada või või-tada. Diood juhib ainult ühes suunas. X H (high) kõrge yh X H potentsiaal (+E) pos.loogika X L (low) madal X L 0 potentsiaal, siis y L ( +0,6 0,7V) dioodi pindelang pos loogika O High Low 0 6.4. Transistor kui lüliti ja EI- element EI- elemendi olemus: s- realiseeritav ühe transistoriga. aiskab elektrienergiat kui y 0 E Kaovõimsus on siis (nii palju energiat kaob) X 0 S kinni S lahti y kõrge e X S lahti S kinni y madal e 0 Selline süsteem on realiseeritav transistoriga. Parim variant pmos nmos s.o. kokku KMOS, see ei raiska energiat statsionaarses olukorras. 6
KMOS elemendid 74C00 toide +5V, 0000Hz sagedusega, sisse-välja lülitamisel tarbib 0,0mW, kui lülitada 0MHz tarbib 0mW. i k βi b >0 Võimendil pinge E k ε k 0; y low 0V i Järelikult saame valida ka i b i X low maandatud Y Hi praktiliselt +E(5V) sest siis i b 0 ja i k βi b 0 kuni 5V 0,7V X Hi pingel 5V i b > 0 s.t. E 0,7V b sis b b meie valida (tinglikult) b kemin kmax ; kemin 0 s.t. kmax k E i, suuremaks i k ei lähe. ikmax b reguleerimisega võib saavutada olukorra kus i b > s.o. transistor küllastus, β küllastus tuleb transistori lülitamise aeglasemaks s.t. küllastust on vaja vältida. I Meetod (lihtmeetod) b, k õige valik II Schottky dioodi kasutamine. TTL Schottky s.o kiirem kui TTL, millel Schottkey dioodi pole. k n-mop kasutatakse lülititena s- suue s.o. esialgne lahendus. Hiljem selgus, et tehnoloogiliselt on lihtsam: K-MOP (k- komplementaar) e C-MOS 6.5. Loogikaelementide süsteemid. (tehnoloogiline pool) Dioodloogika võimaldab teha VÕI, NING elemente. Palju variante transistorloogikaid. Järele jäi vaid TTL, CMOS ja TTL kasutamine kohtades kus vaja juhtida suuri voole. 7
mitme emitteriga transistor TTL tüüplülitusi on NING-EI e. NAND element i b võib olla suunatud kas ühele või teisele poole. TTL nivood tänapäeval samad nivood kasutusel CMOS lülitustes. MOP transistoridel süsteemid pmop harvaesinev nmop suhteliselt sageli esinev kmop praegu üldlevinud ESL (emitteri sidestuses loogika) ECL (emitter coupled logic) 5 a. tagasi suurte arvutite põhilülitus. Et sisendid ja väljundid paremini sobiksid kasutati negatiivset toitepinget. (edaspidisesse elektroonikasse) voolu stabilisaator (hoiab I const) (realiseeritakse transistoril) Voolu ümberlülimise printsiip: kui sis > 0, siis i I, i 0, kui sis < 0, siis i 0, i I. Selline lülitus on kasutusel ka operatsioonivõimendites (OV), kus on voolude ümberjaotamise printsiip, kuna seal on analoogsignaal. IIL (integreeritud injektsiooniloogika) I L (I ruut L) s.o. teostatud bipolaartransistoridel lisaelektroodiga e injektoriga, mis hoiab voolu alal bipolaartransistori olek on määratud sellega, kuhu injektori vool läheb (baasi või mujale) kasutatakse seal kus vaja väikesi pingeid, I L töötab,5v toitega. 6.6. Hiz (e 3rd state kolmas olek). Loogikalülituset sisendite ja väljundite omavaheline ühendamine. Hiz Hign Impedance kõrge takistus (impedantsus) Hiz tähendab, et antud element ei anna välja täpselt ei 0 ega nim ka (FLOAT ujuv potentsiaal) kasutatakse seal kus on siinisüsteem Kui saatjad korraga räägivad võib tekkida siinikonflikt (üks ütleb ja teine 0 ), see on lubamatu. Kõik saatjad peale ühe peavad olema Hiz olekus (s.t. üks saab korraga rääkida), seda määrab kontroller (Arbiter) CE- chip enable, CS- chip select (mõlemad võrdselt kasutusel). Aadressi dekooder lubab rääkida/infot edastada vaid sellel saatjal, mille aadress on 8
dekooderi sisendil, kõik teised saatjad pannakse Hiz olekuss. lisatransistor, iga väljundi jaoks üks kui CE andes (Hi), siis väljundid Hiz olekus, kui CE v CS, siis väljundeid aktiviseeriv signaal on. Hiz saab realiseerida ka CMIS-il S, S lahti Hiz S kinni, S lahti 0 S lahti, S kinni S, S kinni lubamatu olek (toimub ümberlülituste ajal) Ühe ja sama seeria ühtede loogikaelementide sisendite ühendamine teiste väljunditega ei tekita probleeme. Seeriat iseloomustab mingi numbriline (enamasti) tähis. Erinevate seeriate ja erinevate tehnoloogiate puhul võivad tekkida probleemid. N: pinged võivad mitte sobida või teise elemendi sisend nõuab rohkem voolu kui teise väljund annab. Ühendada võib vahetult kui mõlemal (kõigil) on Hiz omadus. 6.7. Kombinatsioon ja jadaloogika (e järjestikloogika) erinevused Kombinatsioonloogika puhul väljundsignaal on alati sisendsignaalide ühene funktsioon. y f (x, x, x 3, x 4 ) y f (x, x, x 3, x 4 ) Jadaloogika omab mingit mälu s.t. mäletab, mis temaga varem tehtud. us mõiste OLEK STATE, siis väljund signaal on yi fi ( x, x,..., xn, olek), see ei ole ainult %"$"# sisendsignaalid sisend signaalide funktsioon, loevad nii sisendsignaalid kui ka olek. Olekuid on min, max olekute arvu ei tea täpselt. Oleku meelespidamiseks on mälu, olekud on nummerdatud N: olekul nr 0 on kood 000, nr on kood 00. Oleku ja koodi vastavus ei pea olema nd-arvuline vastavus. Lülitusele lisandub nii palju väljundeid ja sisendeid kui mitu järku on koodis. Mäluelemendid on ead/write tüüpi. Töötab takteeritult! Muidu olekute võidujooks. Mällu kirjutus e olekukoodi muutmine. 9
6.8 Loogikafunktsioonide esitamine. Tabelesitlus. Esitame kombinatsioonloogika funktsiooni X X X 3 Y -laest võetud tulem X X X 3 Z Tabeli fragment 0 0 0 0 0 - - Don t care 0 0 0 0 0 0 Loogika avaldised 0 Y X X X 3 v X X X 3 v X X X 3 v X X X 3 0 0 Tuleks minimeerida, me ei minimeeri selles 0 kursuses, teeme triviaalse realisatsiooni 0 0 Y X 0 X X 3 v X X X 3 v X X X 3 v X X X 3 6.9. Kombinatsioonloogika tüüplülitused 6.9.. Multipleksor MX MX ühendab ühe oma n sisendist väljundiga, n tavaliselt täisaste. Ühendatava sisendi number näidatakse nn aadressiga. Väljund võib olla ka inverteeritud. A 0, A : aadressi bitid. X 0 y kui A 0 A 0 X y kui A 0 A 0 X y kui A 0 0 A X 3 y kui A 0 A Kasutataks ühenduseks Tekib ajakadu 6.9.. Demultipleksor Selle ainus sisend ühendatakse ühele n väljundist, mille numbri näitab aadressikood. 0
6.9.3. Loogikaelementide väljundite ühendamine 3 võimalust:. Hiz kasutamine s.t. loogika elementidel on 3 olekut (0,, Hiz), võib ühendada vahetult kokku, aga Hiz juhtimine peab garanteerima, et vaid üks loogikaelement töötab. (ülejäänute väljunditel Hiz) (arvuti tehnikale sobiv). loogikaelementide väljund(transistor)id on lahtise kollektori või lahtise suudmega (MOP). Väljund pannakse vahetult kokku ja ühise takisti kaudu ühendatakse toiteallikaga. Takisti valida käsiraamatu abil, kus on valemid min ja max arvutamiseks, nende vahelt ise valida sobiv. ( variant sobiv tehastele) 3. On ainuvõimalik siis kui pole Hiz ega lahtist kollektorit või suuet. Tuleb kasutada VÕI elementi nagu MX-i skeemis. 6.9.4. Dekooder või dešifraator On n sisendit ja n väljundit. Väljundsignaal ilmub ainult sellele väljundile mille järjekorranumber on esitatud sisendile antud kahendarvuga. DC out of 8. väljundsignaal on inversiooniga või 0 inversiooniga. DC out of 4 (siin kui x x 0 0) (siin kui x 0, x 0 ) (siin kui x x 0 0) (siin kui x x 0 ) 6.9.5. Koodimuundur Sisend ndarv, väljund teine ndarv. 7. segmendiga indikaator. Indikaatori sisendsignaal on kümnendnumbri kahendkood (4bitti)
Koodimuunduri funktsioneerimise tabel: Sisendkood Väljund X 3 X X X 0nd 0 0 0 0 0 0 g kustunud 0 0 0 b, c põlevad 0 0 0 f, c kustunud 0 0 3 f, e kustunud 0 0 0 4 a, e, d kustunud 0 0 5 b, e kustunud 0 0 6 b kustunud 0 7 a, b, c põlevad 0 0 0 8 kõik põlevad 0 0 9 e kustunud Kustunud 0 põleb Iga segmendi jaoks oma skeem Segment a. a on kustunud 4, puhul 6.9.6. Kooder e šifraator detsimaal BCD Binary Coded Decimal 7 5 8 BCD iga kümnendarv on esitatud kahendkoodiga klahvile 0 0 00 000 vajutades Väljundil D 3 D D D 0 0 Mistahes klahvile vajutamise signaal. Suures süsteemis on üldkasutatav ASCII 6 kood 6.9.7. Välistav või element (Exclusive O e XO) X X Y 0 0 0 0 0 0 Ülekannet ei arvestata Y X X v X X 6.9.8. OM (ead Only Memory) (Püsimälu). Arvuti ei saa ilma lisa abivahenditeta OM-i sisse kirjutada. OMile kirjutamiseks tuleb kasutada suuremaid pingeid kui +5V (TTL nivood 0 0,4V ja,4v), näiteks V. 6 American Standard Code for Information Interchange
POM, EPOM, EEPOM on võimalik info kirjutamine OM-i, need on nn programmeeritavad püsimälud. POM (programmable) POM on vaid üks kord programmeeritav. EPOM V kiirgusega infokustutus, elektriline uue info kirjutamine. EEPOM elektriline infokustutus, elektriline uue info kirjutamine. Liht OMi ehitus: ) pesa, kust saame bitid ) aadressi dekooder, et pesa üles leida. Suvapöördusega mälud andom Access Memory (kõik aadressid on hetkega kättesaadavad). 8 pesaga OM pesa á 4 bitti Pesa 0 on salvestatud 00 Pesa on salvestatud 0000 Pesa 6 on salvestatud 0 Pesa 7 on salvestatud 000 Puhas OM dioodid või transistorid lülitatakse skeemi lülitusse tegemise käigus nii, et puhas OM valmistatakse koos temasse salvestatud infoga (N: pesumasinates jm masstootmises). POM programmeeritav kord Aadressi dek. väljund 0 tehasest tulevas POM-s on ainult Aadressi dek. väljund ühed (nullid programmeeritakse Aadressi dek. väljund sisse s.t. liigsed dioodid või jne. transistorid kõrvaldatakse). Kõrvaldamine tähendab dioodi ühenduse läbipõletamist, ühendus katkestatakse tehakse vooluimpulssidega. Programmeerimise abivahend on programmaator, mida juhib arvuti. EPOM ja EEPOM kustutamisega. OM-id, mis kasutavad MOP transistore. Sinna maetakse laenguid, püsivad 0neid aastaid. 6.9.9. PLA, PLM (programmeeritav loogikamaatriks (array)) Kui muutusid keerukamaks nim PLD (device) Y X X X 3 V X V X X 3 Y Y 3 X V X 3 jne. 3
Vaja on sisendeid X,,X n, nende ütlused, loogiliste korrutiste mood maatriks, loogiliste summade maatriks. Loogiline korrutis N 0 X X X 3 Loogiline korrutis N 0 X Loogiline korrutis N 0 3 X X 3 Loogiline korrutis N 0 4 X ühesuunaline juhtivus vool läbi horisontaalse juhtme potents 0 e madalaks. voolab maha ja pingelang viib 6.0. Jadaloogika lülitusi 6.0. Jadaloogika olemus jadaloogika lülitusel iga väljundsignaal y i on sisendsignaalide x, x n ja oleku ühene funktsioon. y i f i (x, x,,x n, olek) kombinatsioonloogikal üks olek, jadaloodikal vähemalt erinevat olekut, kui olekuid, siis oleku kohal on oleku tunnus 0 või. kui olekuid on N: 4, siis olekutunnused 00, 0, 0, kui olekuid N: 5, siis võib tunnused valida suvaliselt (N: 000, 00, 00, 00, 0). Trigeritest moodustatakse mäluplokke. Triger on element millel on olekut. Mälu on /W (ead/write) tüüpi, mõlemad protsessid toimuvad samade TTL nivoodega. 6.0.. Trigerid igal trigeril on olekut. Triger on primitiivsem jadaloogika lülitus. Ehituse aluseks on eitusega (NING/VÕI) elementi. eset (tagastama näitab trigeri olekut, kui Q, siis olek nulli viima) Set (seadma, panema) S Q Q 0 0 0 0 0 0 0 0 Asünkroonne S- triger Säilitab eelmise oleku, olek ei muutu Lubamatu! Keelatud!! 4
Takteerimiseks (väljendid muutuvad kui CLK ) laseb ümber lülitada. S C Q Q n+ Q t+ X X 0 ei muutu Q n Q t 0 0 0 0 0 0 0 ei muutu Q n Q t Keelatu! - - Taktgeneraatori töö: Kui CLK on Küllalt pikk, siis s.o. frondiga reguleeritav triger. CLK ümber lülimine ülemineva frondi ajal kui CLK 0 neg. e alla ümberlülitatav triger CLK 0 mineva frondi ajal S trigerid on tõelised sünkroontrigerid, CLK frondiga lülitatavad. CLK S Q(t+) 0 X X Q(t) Kui CLK ei muutu ei muutu ka väljund. X X Q(t) X X Q(t) 0 0 Juhul kui 0 Kataloogides 0 0 Q(t) - Keelatud JK triger e universaaltriger CLK J K Q(t+) 0 0 0 0 0 Q(t) Q (t) Tabeli üle jäänud osa ühtib S trigeri omaga. S trigeri K ja S J 5
D (delay) triger e viitetriger Viide on täpselt takat. infosisend. CLK D Q(t+) 0 või või X Q(t) 0 0 JK universaalne triger kuna lihtne teha D trigerit. - s.o. D-triger T (toggle) triger Lülitub vastasasendisse kui tuleb ümberlülitus signaal. Iga T impulss lülitab trigeri ümber olekud 0 0 nim loendustrigeriks Termineid.. PESET CLEA (ESET) asünkroonsed sisendid! eelseadmine nullimine, tühjendamine Sõltumatud CLK-st N: kui PESET -ga tähistatud sisendil 0, siis triger läheb olekusse PESET asemel võib olla ka CLEA. N STOP (loendustrigerite juures) 3. LOAD LATCH laadima rivistama N / STOP sisendis, siis muutub kui 0, siis püsib. Olekus STOP stabiilne üks STOP CLK latch olek hoidmine LOAD WITE 6
MS triger (Master Slave) Konstruktiivne lahendus! Võib olla JK, S, D Koosneb trigerist 6.0.3 Schmitt i triger s.o. vahelüli digitaallülitusele sisendil, et sisendsignaalile anda kaunis digitaalne kujund. sch on signaal eitusega Schmitti trigeri väljundil Schmitti triger garanteerib korrektsed frondid ja korrektsed TTL nivood. Schmitti triger omab hüstereesi! Kui hüstereesi ei oleks: Nüüd lülitab ta ringi iga väikese pingeületuse puhul. Vältimiseks võetakse nivoovahemik, siis väikesed nõksud ei mõjuta. Ehitamine. loogikaelementidel. operatsioonvõimendil (hea reguleerida hüstereesi silmuse laiust) 3. Traditsiooniline skeem Sisuliselt ESL põhiraku skeem. Eituseta e mitteinverteeriv 7
Eituseta Schmiti triger. sis suurendamine ei mõju 6.0.4. Lühikese impulsi formeerimine. Ei element lülitub ümber viitega. Viide alates 3 ns τ on ümberlülimise aeg τ on NING lüli ümberlülimisaeg. Lühikese impulsi formeerija diferentseeriva lüli baasil. C on diferentseeriv lüli (selle τ C (ajakonstant) on väike). Kui diood puudub 6.0.5. Viitelüli, monovibraator, multivibraator s.o. viitelüli, element, mis peab mingit protsessi aja τ võrra kinni. 8
Sellena võib kasutada ühte või mitut järjestikust D-trigerit (diskreetses ajas töötades). τ pidevaks reguleerimiseks tuleb kasutada C elementi, nimelt sobib integreeriv lüli. Monovibraator, ootav (ooterežiimis) multivibraator. See teeb lühikesest impulsist pika impulsi. Sisend impulss x y (väljundimpulss) y Skeemid trigeri tüüpi, aga sisaldavad C ahelat. Kestvuse määrab τ C Nullid ja ühed stabiilses olekus. Lühike impulss sisendil viib lülituse ebastabiilsesse olekusse. Multivibraator Generaator, mis genereerib nelinurkpinget Inglismaal FLIP FLOP Jaapanis FIP FOP 6.0.6. egistrid ette nähtud kahendarvu hoidmiseks lühikese aja jooksul. egister on tegelikult ead Write Memory WM e nim AM. Tehakse tihti D-trigeritest. D Q(t+) 0 0 4 tüüpi: SISO S serial e. järjestikku PISO P parallel, rööpselt SIPO I input O output (Dtrigerite rida) PIPO CLK ühine, üksteisega sidumata trigerid. CLK ühine!, kasutusel viitelülina, viide n trigeri puhul n SISO nim ka niheregistriks. 9
SIPO e nihkeregister CLK ühine Kasutatakse järjestik infoedastuse korral. PISO e nihkeregister niversaalregister Võimaldab realiseerida 4 eelmist. CLK ühine Kasutatakse protsessorist info saatmiseks järjestik siinile 6.0.7. Loendurid Kõik loendurid on kahendloendurid, opereerivad 0-de ja -dega. Jagatakse: kahendloendur ja mittekahendloendur (3ndloendur, 6ndloendur, decimal jne). Jagamine toimub täitumise järgi. Kahendloendur loeb 0 ( ) 0! (n- loendi järkude arv) n %$# täis n 3 000 00 00 0 00 0 0 000 kolmendloendur: 00 0 0 00 Jätab ühe oleku () vahele. Kümnendloendur Olekuid Vahele jäetakse olekud (00, 0,,00,0,0) n On summeerivad ja lahutavad loendurid Summeeriv: lahutav (loendamine ei pea alati algama nullist) tühi everseeritav loendi loendab ükskõik kumba pidi. Loendid normaalse kahendjärjestusega ja suvalise ndjärjestusega. N: 000 00 00. Praegu realiseeritakse rohkem mäludel. Loendurid võivad olla asünkroonsed või sünkroonsed. Asünkroonsed muudavad olekut kohe info muutusel, puuduseks siire e trigerid annavad muutust edasi, trigerid lülitavad järjestikku. Sünkroonloenduritel trigerid lülituvad kõik korraga, seetõttu on kiirem, sobib elektroonikas kasutamiseks. Asünkroonne summeeriv ndloendur ( n olekut, n trigerite arv) Algseis 000 Peale esimest impulssi 00 Peale teist impulssi 00 30
Asünkroontriger annab väljundil lühiajaliselt valesid arve (viidete tõttu). Peale teist impulssi: a) esiteks noorim triger läheb olekusse 0, korraks väljundil 000 b) nüüd viitega vasakult teine triger olekusse. väljundile tuleb 00 00! 000 00 Asünkroonne lahutav loendur. kiirelt mööduv parasiit olek, vale väljundsignaal Algseis 000 Peale I impulssi eversiivne asünkroonne ndloendur Peab omama ümberlülitatavaid trigerite vaheülekandeid! Lülititeks NING lülid. Lülitamiseks ei sa bitt mille tähis + või s.o. loendust suunav tähis. (+ summeerimine, - lahutamine) Sünkroonloendur ) sisend impulss saabub korraga kõigi trigerite T sisendile ) noorim triger peab alati ümber lülituma 3) vanemate trigerite ümberlülimise määrab kõigi nooremate trigerite väljundsignaalide (Q-de) kombinatsioon. Kui lähteseis 000, siis impulss lülitab ümber noorima trigeri siis 00, nüüd impulss lülitab ümber noorima ja teise trigeri : siis, nüüd impulss lülitab ümber kõik kolm trigerit On olemas variant kus ka sisendimpulss jõuab vaemate trigeriteni läbi loogikalülituste, see on natuke aeglasem esitatud variandist. Sünkroonloenduri väljundil valesid signaale ei esine. On olemas reversiivsed sünkroontrigerid, neid on varianti:. üks loendussisend pluss loendussumma sisend.. loendussisendit, üks summeerib, teine lahutab Mitte ndloendur ndloendur, mis jätab osa olekuid vahele. Tegemisel võimalust:. asünkroonne nullimine (asünkroonsetes loendurites). sünkroonne nullimine (sünkroloendurites) On decimal loendur loendab järgmine impulss peab ta nullima. 3
Asünkroonse nullimise printsiip: kui loenduril 00 tuleb loendur kiiresti nullida. Sünkroonne nullimine, teostatakse sünkroonloenduri trigerite vaheliste loogikalülituste abil nii, et peale viimast impulssi (viimane ettenähtud olek) seisundile saabuv loendusimpulss lülitab loenduri nulli loomulikul viisil. Spetsiaalloendurid. ingloendur: eituseta variant eitusega variant ühele väljundile 0 ühele väljundile 0 kõigile teistele (üks jookseb ringi) kõigile teistele 000 000 000 000 000 s.o. kommutaator mis lülib järjestikku mingeid elemente sisse. Võib ka nii: 000 000 000 Nihkeloendur e Johnsoniloendur Näide kolmel trigeril Sisend impulss Noorim triger Keskmine triger Vanim triger Kasutatakse näiteks: sageduse maha jagajana, millel on mitu väljundit, väljundpinged faasinihkega! Saab kasutada näie ka kommutaatoriga. 6.0.8. Muutmälu /operatiivmälu /AM staatilised ja dünaamilised variandid. Staatiliste mälude pesades iga biti jaoks üks triger s.o. SAM. Dünaamilised DAM mälus iga biti pesaks väike kondensaator. Biti väärtust näitab laeng kondensaatoril kujut võib Praktikas püsib laeng kondensaatoril ms s.t. dünaamiline mälu vajab värskendamist ca 500 korda sekundis. Mälu värskendamine seisneb laengu taastamises. Värskendamine e efresh kui kujitada mälu maatriksina, siis saab värskendada nii ridade kui veergude kaupa. Dünaamiline mälu on väiksem kui staatiline, kuid staatilist ei ole vaja värskendada. Mõlemad peavad olema koguaeg toitepinge all. DAM-id on enamasti realiseeritud maatriks adresseerimisena (OM-l on lineaarne adresseerimine (adresseeritakse üks pesa korraga)) aadressi osa dekooder aktiviseerib korraga terve grupi pesasid ja aadressi teine osa valib grupist õige pesa välja. 3
Tihti Data in ja Data out ühendatakse, et ei oleks üleliigseid väljaviike. Mällu kirjutamise ja mälust lugemise protsessid: EAD: pesa aadress millest loeme infot välja. Invalid eelmise info jääk - mitteusutav info t acc access time CS peab muutuma aktiivseks mitte hiljem kui t co võrra enne t acc lõppu t oh out hold time hoiab peal vajalikku infot t of out float WITE: t w write time t 3 aeg Data in stabiilsena hoidmise min aeg enne kirjutamisprotsessi lõppu. t 5 aeg stabiilse data in hoidmiseks peale ametliku kirjutusprotsessi lõppu. 6.. DAM & ADM (DAC, ADC) DAM digitaalanaloog muundur, ADM analoog digitaal muundur. DAM N: disketilt lugemine. ADM disketile kirjutamine. 6... DAM DAM sisendil n bitti (N: 0 v 8 v 6 v 0) DAM-i keerukus on määratud bittidearvuga sisendil väljundsignaal saab olla vaid astmeline pinge. Kui n 3 sisendile tuleb 000 00 0 00 0 jne. (kui eeldame, et igale ndarvule vastab vastav arv volte) õige pinge võib olla kujul Et saada analoogsignaali tuleb DAM väljundpinge lasta läbi siluva toimega filtri. Filter võib olla elektriline (v mehhaaniline N: kõlarikast) filtriks võib olla ka kõrv. Kahendarv vahet nullil ja ühel. muundur peab arvestama kaalude vahet ja tegema 33
Lüliteid (transistore) lülitavad bitid ise, bitt on ju pinge! Patenteeritud on / skeem: Summaarne signaal ( V-i) 0 V-sse 6...FLASH ADM Vajame komparaatorit! s.o. hüstereesita Schmitti triger. Väljund digitaalne 0 kui x < 0 kui x > 0 5 kohaline ndarv 00000000 kui x > 30 kõik ühed, kui x 0 kõik nullid Mitmekordne FLASH muundamine. Jäme e esialgne FLASH. Jämeda FLASH tulemus DAM-i 3. Varem fikseeritud sisendsignaali ja DAM väljund signaali vahe muundamine 4. vahe FLASH muundamine See on täpne aga aega kulub.5 korda rohkem. 6..3. loenduriga ADM (Kõige aeglasem meetod) 34
kui sisend signaal ei muutu liiga kiiresti, siis on see üpriski sobiv lahendus. 6..4. eversiivse loenduriga ADM e Järgiv ADM sellega muudame loenduri loendussuunda! Luuakse hüsternes e tundetuse tsoon, et ei esineks pidevat kõikumist. 6..5. Bitikaupa lähenemisega ADM sis seda muudetakse arvuks 0 tugipinge I võrdlus: sis võrreldakse ½ 0 ga. Vastus sis > ½ 0 või sis ½ 0 II võrdlus: kui sis > ½ 0, võrdleme sis ¾ 0 -ga. Vastus sis > ¾ 0 või sis ¾ 0. Kui sis ½ 0 võrdleme sis ¼ 0 -ga vastus kas sis > ¼ 0 või sis ¼ 0 jne. Olgu 0 bitine ADM xxxxxxxxxx x {,0} võrdlemine ½ 0 ga on MSB (bitt nr 9) paikapanek. võrdlemine ¾ 0 ga või ¼ 0 ga on bitt nr 8 paikapanek. 0 võrdlemine on LSB (bitt nr 0) paikapanek. Võrdlusi nii palju kui on bitte. Selline lähenemine on suhk kiire. 6..6. kahekordse integreerimisega ADM Aeglane aga võib olla väga täpne näit. 6 bitti. t const sis V s. o. esimene int egreeri min e sis 3V du II integreerimine toimub püsiva -ga! s.t. siis dt integreeritakse ajas vahet (I integreerimise tulemus 0 ), kestab kuni välj 0V integraatori väljundile tekib mullpinge. Muundamise tulemuseks on t t t, ajaline tulemus t muudetakse arvuks selle teel, et kogu II integreerimise ajal täidetakse väljundloendurit konstantse sagedusega loendusimpulssidega. Loenduri väljund on arvuline lõpp tulemus. Lülitiga saavutame, et 0 0 I integraali alguses. Integreerimise tulemus (kondensaatori pinge) τ C 35
6..7. Lülid S/H ja T/H ADM-ide juures kasutusel S/H Sample and Hold Hold on eriti oluline biti kaupa T/H Track and Hold Üldistamise (uurimise) puhul. järgija (elektonlüli, mille sis pinge välj pingega, pingevõimendustegur K u ) Sample aeg on täna ns ja väheneb. Järgija sis e reaalsuses 0 4 Ω (MOP) C tühjenemise ajakonstant järgija sisendil on C 0 pf 0 - F sis 0 4 Ω τ C 0-0 4 000s. Enamasti lüliti on skeemiliselt ehitatud 4 dioodiga. 7. Analoogelektroonika lülitus. 7.. Operatsioon(i) võimendi See on sisendi ja ühe väljundiga alalispinge võimendi sisendit laiendavad OV kasutusvõimalusi. välj tähistus K u (täna K u 50 000 ja rohkem) analoog loogika puhul Võimendustegur aetakse täpseks & stabiilseks tagasisidestusega! OP võimendi normaalne rakendus on tagasisidestatuna. Mitteinverteeriv sisend,siis välj + sis sis Inverteeriv sisend,siis 36
7... OV ehitusest Sisendil diferentsiaalne võimendusaste! I + I I I võib olla näit 0 00 µa Väike triiv Väljundil Triivi väljundil saame mõõta, arvutuslikult taandame ta sisendile ja räägime sisendile taandatud triivist: triivi välj sis. taandatud triiv K u T µv / C sisendile taandatud triiv, mis on põhjustatud t muutumisest E 00µV /V µv sisendile taandatud triiv, V toitepinge E muutus. Ajaline triiv II dif. aste, edasi veel 3 tavalist võimendusastet 7... OV kaks põhilist tagasisidestamise viisi esimene annab tulemusena inverteeriva võimendi. teine annab tulemuseks mitteinverteeriva võimendi. virtuaalne Maa sis kohta s.t. sisend ja paralleelne tagasisidestus väljund pinge järgi lahutatud väljundi kohta negatiivne tagasisidestus, kui väljund on mingite elementide kaudu seotud sisendiga väike i 0V i i (i ja i võivad olla suured) vaja leida tagasisidestatud OV K TS? (TS tagasiside) kui suur on? max E E 0V ( 5V) 37
max 0V max 0,mV 00µ V väike pinge! K 50000 Väikest pinget ignoreerime! see punkt on nüüd virtuaalne maa see pinge loetakse nulliks! 0 (I lähenduses) Sis ja välj hästi lahutatud! K TS tavaliselt ( 3 000) i, 0 V 0 i, i i, i negatiivne tagasiside. Järjestik tagasiside pinge järgi. Tähendab, et ja potentsiaalid on võrdsed. TS TS 4 TS 3 K TS + 3 + 4 3 Virtuaalset maad sellises skeemis EI OLE! Kui K TS nim järguriks, sama kui 4 0 3 Sünfaasne signaal e ühissignaal s.o. pinge mis on ühine OV mõlemale sisendile. K ( + - - ) Ideaalne OV võimendab vaid diferentsiaalset sisend signaali. eaalne OV võimendab mingil määral ka sünfaasset signaali. + + + + K ( ) + K usf ( ) K ( ) + K usf, kus K usf sünfaasse signaali võimendustegur. ( skeemi puhul on sünfaasne signaal. Esimesel ei ole) Sünfaasse signaali võimendustegur K usf tuleb viia nulliks (väga väikeseks). Sünfaasse signaali võimenduse mahasurumise tegur CH (Common Mode egression atio) K CM 0log Heal OV-l CM 60dB. K usf 38
Paralleelne tagasisidestus sis0v Järjestik tagasisidestus sis0v 7..3. OV-ga lülituse ligikaudse arvutuse näide ) Negatiivne tagasiside olemas sellest tulenevalt punkti potentsiaal punkti potentsiaaliga (sest käsitsiarvutusel ignoreerime diferentsiaalset sisendpinget suhtes on väike) ) Sisendite ja + voolud loetakse käsitsiarvutusel nulliks (i i + 0) 3) K (käsitsiarvutusel). Vaatlus näitab, et punkti potentsiaal on kohe + 3 leitav: V + 3 järelikult - V samuti. 3 i50 0, 04mA ; i0 0, ma ; 50 50 50 0 0 i50 i0 i50 0, 06mA (tuleb mahajooksvale voolule appi ) Seega on positiivne. 0,06 50 9V 50 + 50 + 9 0V kui toitepinge on abs väärtuselt suurem kui väljundpinge, siis OV lineaarses režiimis. 7..4. Tagasisidestatud OV genereerimaminek (iseergutumine) ja selle vältimine Negatiivne tagasisidestus on muutunud positiivseks. (faasinihe 80 sisendi ja väljundi vahel) on oletatavaga vastasfaasis. K K ts + β K, kus K ts tagasisidestatud, K tagasisidestamata, β - tagasisidestustegur, K + negatiivse tagasiside puhul, kui faasinihe 80, siis - e K ts β K see on positiivse tagasiside valem, kui βk, siis K ts Genereerima lähem kohe kui βk, sagedusel kus faasinihe 80. Et OV ei genereeriks sellist sättimist nim sageduskarakteristiku korrigeerimiseks! Korrigeerimise tulemusel 39
tagasisidestatud OV βk < kindlalt sagedustel kus faasinihe 80 st OV-le lisatakse ahel kas või Lisatakse kuhu: korrektsiooni otsad. (vanadel oli rohkem uutel vähem või pole üldse, kui jupid sisse ehitatud) BALANSSEEIMINE (selleks väljaviik) peab olema 0 või väga selle lähedane (tihti on aga kõrvalekalle) 7..5. integreeriv lülitus i C C t i dt t C dt C 0 Integreerib õigesti piirides (E 0,5V) +(E 0,5V) 7..6. Diferentseeriv lülitus 0 d C dt i d i C dt 7..7. Summaator Pingete summeerimine. i i i 3 3 3,, on sisend pingete kaalutegurid. 3 Kuidas lahutada? (pinge polaarsuse muutumisega). + + 3 3 40
Voolude summeerimine? (DAM puhul) Voolud tuleks summeerida ja muuta pingeks. Σi vool pinge muundur. 7..8. Bipolaarne võimendi (s.t. võimendustegur võib olla nii negatiivne kui positiivne)! Switch sees! Paralleelne tagasisidestus K u - " Switch lahti! K u + Switch lahti: Switch sees: 7..9. Diferentsiaalvõimendi K K ( ), K const! Tänu negatiivsele tagasisidemele on ka siin potentsiaal i Potentsiaal (pinge maa suhtes) i i K const. Praktikas on diferentsiaalvõimendit edasi arendatud ja nim instrumentaalvõimendiks, see koosneb 3 OV-st. See on diferentsiaalvõimendi täpse ja stabiilse K -ga ning väga suure sisendtakistusega. 4
7..0. Mittelineaarsetest võimenditest OV baasil K lineaarne võimendi Logaritmiline võimendi Kasut: Dioodi, Transistori lni ln I S + Φ Φ T T ln Φ T temperatuuri potentsiaal (töötemperatuuril ca 5mV) Eksponentsiaalne võimendi: i I S Eksponentsiaalne võimendi ΦT ΦT i I S e ~ I S e Logaritmiline võimendi i ~ e ΦT i ~ e ΦT 7... muundurid I, I i i ln ΦT ΦT ln I S I S Muundur I Muundur I }negatiivse tagasisidestuse ahel I I sis b 4
7... Schmitt triger OV baasil OV on vaja positiivselt tagasisidestada Olgu 0 Oletame, et +E, siis 0 (maandatud) + + E + mott E Oletame, et -E, siis: 0, + kõik korras, mott. + Miks on võimalikku stabiilset olukorda? See on nagu triger, mis võib lõpmata kaua püsida ühes asendis. Generaatori saab nii, et paisatakse olekust 0 olekusse perioodiliselt, välise energia arvel. Statsionaarses olukorras + kas või + E + E + + + E + + E + 7..3.Multivibraator saab kasvada + -st suuremaks s.o. nelinukpinge generaator e multivibraator. Tf( 3,C) Periood oleneb C suurusest, pikem periood. mida suurem mahtuvus seda 43
7..4. Monovibraator (e ootav multivibraator) (muudab lühikese impulsi pikaks) inversiooniga inversioonita inversiooniga ooterežiimi andmed: const E Inverteerival sisendil pinge + 3 3 näiteks V Väljundil on pinge E Statsionaarsest olekust väljaviimiseks anda sisendile madal impulss Sellega OV lülitab oma väljundi pingele +E. algab C ümberlaadumine, mille käigus takistil on pingelang. See ületab V. lülitus läheb tagasi statsionaarsesse olukorda (ooterežiimi), siis kui pingelang -l väheneb väiksemaks kui V. skeem realiseerib monovibraatori variant! 7..5. Vooluväljundiga OV Traditsiooniline oli pingeväljundiga OV Kardab lühist! Lühise puhul t 0 ja OV väljundil olevad transistorid põlevad läbi (riknevad). uema vooluringiga OV ei karda lühist Ameerikas MHO Ω I G, kus G juhtivuse dimensiooniga (siemens) (siemen) Tühijooks väljundil on ebanormaalne režiim Ameerika raamatutes leidub juhtivus 0 S (siemens) ja S I G, kui t ei ole liiga suur ( 0) I t t G %$# K I G G χ I seade χ const 44
Analoogkorrutid! korrutis I χ I seade χ const, I tegur, I seade II tegur kahes kvadrandis töötav positiivne või negatiivne I seade ainult positiivne keerukam liitskeem töötab 4 kvadrandis (I seade ka positiivne või negatiivne). 7..6. Komparaator (oli ADM juures) võrdleb Z pinget. +E võib olla 5V, kui x ja etalon < 5V -E asendatud maaga Kui x ja etalon 0 väljundahel vastab TTL loogikal. Komparaator on OV erivariant. kui x > etalon 0 kui x < etalon,4v 0 0,4V 7..7. OV ühendamine digitaallülitusega b ballast takistus voolu piiraja kaitsedioodi 7..8. Kahesuunaline KMOP võti Ei ole OV! On lüliti lahti (ei juhi) kui kinni siis juhib mõlemas suunas ühtemoodi hästi. kinni (juhib) (selle signaal juhitakse) K-MOP loogika pmop j nmop transistorid on järjestikku, siin aga paralleelselt. Nim analoogvõti digitaalse juhtimisega kõige enam kasutatakse analoog MX-ides. Teame digitaal MX-I Sisend ja väljund kõik digitaalsignaalid Analoog MX Üks sisenditest ühendatakse väljundiga. Sisendi nimbit (0 n) annab aadressibittide kombinatsioon Enamasti ühendatakse ADM sisendile X 0 X m, y analoogpinged! A 0 A n- bitid 45
7..Filtrid Kasutatakse mingi sagedusliku osa väljalõikamiseks signaalist. Kõrge signaal u(t) esitatakse Fourier i reana: u( t)! 0 + m sin( ω t + ϕ) + m sin(ωt + ϕ ) + m3 sin(3ωt + ϕ 3 ) +... %"" $ ""# %""""""" $ """"""" "# Alaliskomponent e. keskväärtus põhiharmooniline kõrgemad harmoonilised Selline on Fourier rida perioodilise signaali korral. Mitte perioodilise signaali puhul: u(t) 0 + m sin(ω t + ϕ ) + m sin(ω t + ϕ ) + m3 sin(ω 3 t + ϕ 3 ) Juhuslikele signaalidele e elektrilisele mürale kehtib Fourier integral. Erilise grupi moodustavad silufiltrid, kasutatakse puhtalt 0 eraldamiseks toiteallikates, jõuelektroonikas. 7... Ideaalfiltrid ja reaalfiltrid ideaalfiltri piir läbilaske ja tõkkeriba vahel on järsk. See on illustratsioon ja ei ole füüsiliselt realiseeritav. eaalfilter on realiseeritav, aga üleminekud läbilaskeriba ja tõkkeriba vahel alati sujuvad. Ideaalfilter: Amplituudsageduskarakteristik eaalfilter: languse järskus (järsakus) sõltub, L, C arvust filtri skeemis 7... Butterworth i ja Tšebõševi filtrid. Tšebõšev välismaal Chebyshev v Chebysheff Butterworthi filter ASK (laugete üleminekutega) Tšebõševi filter ASK (annab ülemineku järsema, sama keerukuse kanal kui Butterworthi oma) ω aste A valemis on filtri järk. Sama järgu puhul Chebyshevi filtri üleminek läbilaskeribalt tõkkeribale on järsem. 7..3. Filtrite klassifikatsioon läbilaskeriba järgi. 4 põhitüüpi:. Madalpääsfilter (MPF) (laseb läbi madalamad sagedused) 0 eraldamiseks peab f max <50 50Hz Kõne ülekandmiseks piisab f max 3000 Hz. Kõrgpääsfilter (KPF) 46