janis Greivulis , Ivars Rankis MODERNASmetalapstrade... · * «Modernās elektronikas pamati»...

janis Greivulis , Ivars Rankis

MODERNASELEKTRONIKASPAMATI

RIGA «AVOTS» 1992

32.85 Gr 393

M Ā K S L IN IE C E I. KINS

R E C E N Z E N TS U . Z lTA R S

ISBN —5401—00605—5© Janis Greivulis, Ivars Raņķis, 1992 <© Ilze Kins, zīmējumi, 1992

s a t u r a r ā d ī t ā j s

P r i e k š v ā r d s ..................................... 5

1. Elektronisko sistēm u pam atelementi ..................................... 71.1. Pusvadītāju diodes . . . 71.2. Bipolārie tranzistori . . 131.3. Lauktranzistori . . . . 171.4. Vairāku pāreju pusvadī

tā ju elementi ...................... 201.5. Integrālās mikroshēmas 233.6. .Elektroniskie indikācijas

e l e m e n t i ................................25

2. Operacionālie pastip rinātāji unto i i e to š a n a ................................29

2.1. Operacionālā pastip rinātā ja u z b ū v e ..................... 29

2.2. Operacionālā pastip rinātā ja pam atīpašības . . . 31

2.3. Operacionālā pastiprinātāja pamatslēguma shēmas 32

2.4. K o m p a r a to r i ..................... 362.5. S ignālu ģeneratori . . . 39

2.6. Operacionālo pastip rinātā ju funkcionālās shēm as 47

2.7. T a i m e r i ................................51

3 . Ciparu kombinacionālās shēm as ................................................573.1. Kombinacionāio shēm u iz

veide ................................ . 573.2. G alvenās loģiskās funkci

ja s un sakarības starp tām 593.3. C iparu mikroshēmu veidi 613.4. Tipveida kombinacionālās

s h ē m a s ................................673.5. A utoģeneratori uz ciparu

mikroshēmu bāzes . . . 773.6. P rogram m ējam ās loģiskās

m a t r ic a s ................................78

4. Virknes loģiskas shēm as . . 80

4.1. Vienpakāpes trigeru shēmas .....................................80

4.2. Divpakāpju trigeri . . 834.3. Binārie skaitī tāji . . . 854.4. Binārie skaitī tāji ar pār

slēdzamu maksimālo s u m m u ................................88

4.5. Skaitītāju pielietošana . 904.6. Paralēlais reģistrs . . . 924.7. Bīdes reģistrs . . . . 944.8. Operatīvās atmiņas shē

mas ..........................................954.9. Pastāvīgās atmiņas shēmas 984.10. Ciparu-analogu pārveido

tāji ( G A P ) ..................... 1004.11. Analogā signāla pārvei

došana ciparveida signālā 102

5. M ikroprocesoru vadības sistēm as .......................................... 1055.1. B ināro datu pielietošana

m ikroprocesoru iekārtā 1055.2. M ikroprocesoru kontrol

iera o rganizācija . . . . 1075.3. C entrālā procesora fun

kcionālā shēm a . t . . 1105.4. M ikroprocesoru komandu

s i s t ē m a ................................1155.5. M ikroprocesora sistēm as

elem en ti................................. 1235.6. P rogram m as sastād īšana 130

6. B arošanas a v o t i ..................... 1396.1. B arošanas avotu tipveida

s t r u k t ū r a s .......................... 1396.2. L īdzstrāvas barošanas

avotu spriegum a stabliza- tori ar nepārtrauktu re gulēšanu ...........................143

6.3. M aiņspriegum a nepār-...................................6.5. LIdzspriegum a barošanas trauk tās darbības stabili-............................................ avoti, kuros izm antoti zatori ................................ 149 < p ā r v e i d o t ā j i .......................... 159

6.4. LIdzspriegum a im pulsveida P ē c v ā r d s ...........................................164s t a b i l i z a t o r i ..................... 158 L i t e r a tū r a ................................................16S

PRIEKŠVĀRDS

Viens no m ūsdienu tautsaim nieciskā progresa stūrakm eņiem ir elektronika. Tā, varētu teikt, ir m ūsdienu z inā tniski tehniskās revolūcijas pam ats. Elektronika šodien kontrolē, vada, op- timizē dažādus tehnoloģiskos procesus, iekārtas un sarežģ ītas sistēm as. Tikai elektronikas pielietošana garan tē aug stu darba ražīgum u un kvalitāti m asveida ražošanā.

E lektronikas strau ja is progress sā kās līdz ar V. Soklija vad ītās am erikāņu zinātnieku grupas 1948. gadā izgudroto tranzisto ru — pēc būtības ar nelielu jaudu vadām u pusvadītāju pretestību. T ranzistoru pilnveidošanas rezu ltā tā tika rad īti gan lieljaudas tra n zistori (ar strāvu sim tos am pēru), gan a rī m ikrojaudas tranzistori (a r strāvu am pēra tūkstošdaļās). B ūtisks pilnveidošanas virziens bija in teg rā cija — m azjaudas tranzisto ru apvienošana vienā m azgabarīta funkcionālā struk tū rā — mikroshēmā. R ezultātā tika izveidotas sarežģ ītas funkcionālās ietaises — vienkorpusa mikroshēmas, kur katrā ieslēgti no desmitiem līdz vairākiem tūkstošiem tranzisto ru . Tādējādi tika iegūti mūsdienu elektronisko vadības sistēm u pam atelementi.

V ar izdalīt divus funkcionālo ietaišu izveides principus — analogo un diss- krēto. P irm ajā gadījum ā pam atelem ents ir in tegrālais operacionālais pastip rinā tā js un tas operē ar laikā nepārtrauktiem spriegum a signāliem. O trajā gadījum ā tiek operēts ar div- līm eņu (nosacīti zemā — nulles un

augstā — vieninieka) spriegum a signāliem un šād u ietaišu pam atelem ents ir diskrētās darbības in tegrālā mikroshēma.

Tehnoloģijai pilnveidojoties, 70. g a dos radās iespēja izveidot universālas program m ējam as daudzfunkcionālas lielās in teg rā lās m ikroshēm as — mikroprocesorus. Sādu mikroshēm u sa stāvā ir vairāki tūkstoši tranzisto ru , un tās pēc uzdotās program m as v a r veikt dažādas loģiskās un aritm ētiskās operācijas.

Lai izveidotu elektroniskās vadības sistēm as, īpaša nozīme ir z ināšanām par in tegrālo mikroshēmu pielietošanas principiem, tipveida funkcionālajiem m ezgliem un to īpatnībām , kā arī mikroshēmu funkcionālo sistēm u barošanas avotu izveides principiem. G rām atas galvenais mērķis — dot z ināšanas šajos jau tājum os dažādu specialitāšu inženieriem un tehniķiem un palīdzēt viņu praktiskajā darbībā. G rām ata veidota tā, lai pēc iespējas ietvertu inform āciju, kura lasītājiem latviešu valodā nav pieejama.. M ateriāls izklāstīts ar minim ālu m atem ātikas pielietojum u, koncentrējo t lasītā ju uzm anību uz darbības p rin cipiem. G rām atu var lietot ari dažādu specialitāšu studenti un skolu ja u natne, kura in teresējas par elektroniskām ietaisēm. D arbā aplūkotās pusvad ītāju funkcionālās iekārtas, pēc m ūsu pārliecības, šodien jāzina katram tehniski orientētam cilvēkam nea tkarīg i no viņa profesijas.

G rājjiatas pirmo, trešo, ceturto un

6 «Modernās elektronikas pamati:

piekto nodaļu sarakstījis R īgas Teh- universitātes profesors Jān is Greivulis. n iskās universitātes docents Ivars Raņ- Autori ir pateicīgi visiem, kas palī- ķis, bet otro un sesto — šās pašas dzēja rad īt šo grām atu.

1. Elektronisko sistēmu pamatelementi 7

1. ELEKTRONISKO SISTĒMUPAMATELEMENTI

Elektronisko sistēm u pam atelem enti latviešu valodā izdotajā tehniskajā lite ra tū rā ir sam ērā plaši aplūkoti. Tādēļ šai nodaļā dosim tikai īsas un konkrētas ziņas par elementu fizikālajām īpašībām , tehniskajiem rakstu ro jum iem un pielietojumu.

1.1. PUSVADĪTĀJU DIODES

• Diode ir pusvadītāju elem ents ar vienu p-n pāreju (1.1. zīm. a ). Kā pusvadītāju m ateriālu lieto četrvērtīgo germ āniju (tā pielietojum s pēdējā laikā m inim āls) un silīciju. P usvad ītā jā pozitīvos (p) un negatīvos (n) lādiņnesējus veido, piejaucot citu vielu. Ja piejauc piecvērtīgas vielas (piemēram , aņtim onu vai arsēnu), tad p iejaukum a atom a četri elektroni veido saites a r pam atm ateriāla atomiem, bet piektais elektrons atbrīvojas. Sāda veida piejaukum u sauc par donorpie- jaukum u un rezu ltā tā rodas pusvad ītā js ar lielu brīvu elektronu koncentrāciju — n tipa pusvadītājs.

Ja piejauc trīsvērtlgas vielas (piemēram, alum īniju vai indiju), tad piejaukum a atom a visi trīs elektroni veido saites ar pam atm ateriāla a to miem, izbrīvējot pam atpusvadītā jā pozitīvu lādiņnesēju — caurum u. Sādu piejaukum u sauc par akceptorpiejau- kumu un rezu ltā tā rodas pusvadītājs a r brīvu pozitīvu caurum u koncentrāciju — p tipa pusvadītājs.

UK

© © © © © ©

© © © © © ©

0 © © S

A _ ^ K

VD ,_____ik o

o U o-

■lv ,U v

0 ---------------------

+-O U

K

1R

1.1. zīm . Pusvadītāju diodes darbība: a — bez barošanas sprieguma; b — ar sprostspriegumu; c — vadāmības režīmā; O — pamatlādjņi; Q — ma-

zākumlādiņi

Jāatzīm ē, ka n tipa pusvadītājā ir arī neliela p tipa lādiņu koncentrācija un p tipa pusvadītā jā — n tipa. 5iem m azākum a lādiņiem ir liela nozīme pusvadītāju darbībā.

* «M odernās elektronikas pam ati»

Aplūkosim p-n pārejas darbību. Ja p āre ja i nav pieslēgts ārējais spriegum s (1.1. zīm. a), tad p un n pam atlādiņi

.savstarpējās iedarbības rezu ltā tā pārvietojas. Tā p lādiņnesēji nokļūst n :zonā un otrādi. Taču izveidojas pietiekam i stabili sa ites.spēk i robežslānī un .rezultātā rodas pārejas kontaktpoten- •ciālu starpība — iekšējais spriegum s JJk. Sā spriegum a vērtība germ ānijam i r 0,3 . . . 0,4 V, bet silīcijam — apmēram 0,7 . . . 0,8 V.

Ja pievienojam n slānim ārējā spriegum a avota pozitīvo spaili, bet p slā nim — negatīvo (1.1. zīm. b), tad pam atlādiņnesēji ārējā lauka ietekmē piln īg i atbrīvo robežslāņa zonu, veido jo t ta jā augstas pretestības slāni — sprostslāni. Tomēr nedaudzo mazā- kum lādiņu kustība ārējā lauka ietekmē izraisa niecīgu noplūdes strāvu.

Palielinot pusvadītāja tem peratūru, palielinās m azākum lādiņu kustības in tensitā te , pieaug noplūdes strāva /ķo. P ieaugot noplūdes strāvai, aug a r ī jaudas zudumi pusvadītājā. Rezultā tā pusvadītāja tem peratūra var pieaug t. Ja tem peratūra silīcija p-n slānī pārsniedz 130 CC, v a r notik t pusvad ītā ja siltum a caursite, kas neatgriezeniski saārda p-n pāreju.

Līdzīgi procesi var notikt, palielinot sprostspriegum u (1.1. zīm. b ). Tam augot, palielinās m azākum lādiņu kustības in tensitāte. To trieciendarbības rezu ltā tā rodas jauni m azākum lādiņi; augo t spriegum am , pieaug arī noplūdes s trāva un jaudas zudumi pusvad ītā jā . Pie pietiekam i augsta sprostspriegum a (vairāki 100 V) noplūdes strāva , jaudas zudumi un pusvadītā ja tem peratūra ' ir tik lieli, ka pāreja neatgriezeniski tiek saārdīta .

P ievienota sprostspriegum a gadījum ā uz p-n pāreju iedarbojas arī ārē jā jonizācija un optiskais s ta ro jum s. To iedarbes rezu ltā tā pieaug m azākum lādiņu nesēju enerģija un noplūdes strāva. Spēcīgas ārējās jonizācijas rezu ltā tā noplūdes s trāva var sasn ieg t p-n pārejai kritiskas vērtības.

Pievienosim p slānim pozitīvo spriegum a avota spaili un n slānim — negatīvo, bet ķēdē ieslēgsim slodzes pretestību. Ja ārējā avota spriegum s pārsniedz pusvadītā ja iekšējo spriegum u Uk, ķēdē rodas strāva, kuru praktiski nosaka tikai avota spriegum s un ieslēgtās pretestības lielums. Sādu režīm u sauc par tiešās nobīdes režīmu, kad diode (apzīm ējum s VD) vada strāvu. Pozitīvā p slāņa izvadu sauc par anodu A, negatīvā slāņa izvadu — par katodu K. Sriegum a kritum s starp anodu un katodu pārsniedz Ut vērtību. Tas rada vērā ņemam us jaudas zudum us pusvadītā ja p-n pārejā. So jaudas zudum u izraisītā pārejas tem peratūra silīcija diodei nedrīkst pārsn ieg t 130 °C. P usvadītā ja slāņa tilpum s ir niecīgs, tādēļ siltum a novade no pusvadītāja ir aktuāls elektron iskās tehnikas uzdevums.

Saskaņā ar izklāstīto pusvadītāju diodes voltam pēru ( V A ) raksturlīkne izvietota divos darba kvadrantos: tiešās nobīdes F* (angliski forward — vadām ības) kvadran tā (1.2. zīm. a) un sprostvirziena nobīdes R ( reverse) kvadrantā.

Apmēram pusi no sprostvirziena caursites spriegum a Urc pieņem par diodes nom inālo pieļaujam o sp rostspriegum u Unmax- P aras ti par 20% lielāks ir » pieļaujam ais impulsveida

* Tā ka elektronisko sistēm u standartizacijas valoda ir angļu , autori centušies lietot apzīm ējum u angliskos paskaidrojum us.

1. Elektronisko sistēmu pamatelementi

1.2. zīm. Pusvadītāju diodes VA rakstur* līknes:

a — no germānija (Ge) un silīcija (Si) materiāliem; b — temperatūras ietekme uz

raksturlīkni

sprostspriegum s i/RMmax. D otajai diodei raksturīgo noplūdes strāvu norāda pie nom inālā sprostspriegum a.

Tiešās nobīdes kvadran tā diodes strāva s trau ji pieaug, ja tiešais spriegum a kritum s sāk pārsn ieg t iekšējo p-n kontak tpārejas spriegum u. Tā kā germ ānijam (Ge) tas ir apm ēram divas reizes m azāks kā silīcijam, tad arī silīcija diodes tiešais spriegum a kritum s ir apmēram divas reizes lielāks.

Kā redzam no 1.2. zīm. a, germ ānija diodēm ir lielākas noplūdes strāvas. Pāre jas tem peratūrai palielinoties, pieaug sp rosts trāva un sam azinās tiešais spriegum a kritum s. Silīcija diodēm tem peratūras ietekme ir daudz vājāka nekā Ge diodēm. Ievērojot, ka ger- m ānijs ir sam ērā rets m ateriāls, bet silīcijs — plaši izplatīts un tā p a ra metri ir stabili, aizvien noteiktāk pusvadītā ju tehnoloģija orientējas uz silīcija lietošanu.

Tiešā virziena nelineāro VA rak s tu rlīkni bieži linearizē (1.2. zīm. a). D atos par diodes param etriem p a ra s ti norāda linearizētās VA raksturlīknes- sliekšņa spriegum u Ut0 (apm ēram 0,7 V ). L inearizētās VA raksturlīknes augošās daļas slīpum u raksturo diferenciālā pretestība # d = tg a . T ādējād i VA raksturlīknes tiešā zara spriegum a kritum s Uv~Uto~\-ivRd, bet jaudas-zu - dumi P v ~ I y U to-f-iv^^d-

Ja diode vada periodisku strāvu,, vidējie jaudas zudumi

P \ — rp ^ P v d i = j i \ d i -ļ-

, _ 0 0

Ra C.+ ~j~ J iv2dt=± UtoIv-\- R iP ve,

0

kur T — periods;U — strāvas vad īšanas la iks

periodā;/v — vidējā s trāvas vērtība pe

rioda laikā;/ve — vidējā kvadrā tiskā , (efek

tīvā) s trāvas vērtība.

V islielākā nozīme jaudas zudum u bilancē ir vidējai strāvai. P arasti /ve ir sa istīta ar / T caur s trāvas formi»

'rak stu ro jo šo form as koeficientu k t (sinusoidālai s trāv a i ž t = l , l l un / Te= = 1,11 /v ) . Tāpēc kā diodes klasifikācijas s tr ā v u lieto vidējās s trāvas pieļaujam o V ērtīb u /rmax = /vmax, t. i„ strāvu, k u ra nom inālajā dzesēšanas- režīm ā palielina pārejas tem peratūru l īd z pieļaujam ai.

Ja diodi ieslēdz m aiņstrāvas ķēdē,. y a r novērot a rī dinam iskos režīm us (1.3. zīm .). A rējās ķēdes spriegum a polaritātes izm aiņas brīdī tj p un n siāņos ir uzkrājušies p retējās v ad āmības lādiņi. Tādēļ, neskatoties uz: ārējās ķēdes spriegum a polaritātes.

10 «Modernas elektronikas pamati»

-C Zh

1.3. zīm. ' Pārejas process diodes ķēdē:

a —r shēma; b — ķēdes sprieguma un diodes strāvas līknes; c —

spriegums uz diodes spailēm

izm aiņu, kādu laiku, kam ēr šie pretējie lādiņi a tgriežas sākum a zonās, diode nerada sprostpretestību un ķēdē plūst liela negatīva virziena strāva. Tikai pēc zinām a laika Ur diodē atjaunojas sprostpretestība. Sis laiks var būt no dažām mikrosekundēm (parastajām diodēm) līdz mikrosekundes daļām (speciālām im pulsu vai augstfrekvences diodēm). To raksturo diodes pasē uzdotais izslēgšanās lādiņš Qs = Qlzsi.

Diodei sākot vad īt strāvu, uz tās spailēm īsu laiku ir paaugstinā ts tieša is spriegum s. Tas izskaidrojam s ar sam ērā lielo pārejas sākum pretestību. Jāatzīm ē, ka laika intervāls t Tr ierobežo diodes ķēdei pieļaujam o m aksimālo signālu frekvenci. Patiešām , ja, frekvencei augot, pusperiods kļūs vienāds ar ^rr, diode zaudēs sprostpretestību. Ja t rr — ļ ļis, tad diode var s trād ā t ķēdē ar spriegum a frekvenci

līdz 500 kHz. T ātad šeit rodas daži ā trdarbības ierobežojumi.

P usvad ītā ju diožu daudzveidība ir plaša. Viens no diožu veidiem ir stabilitrons jeb Zenerdiode.. Tā darbības pam atā galvenokārt ir zema sprostspriegum a caursite (Zēnera caursite), kura iespējam a p lānas pārejas gad ījum ā. S tabilitrona norm āla darbība notiek diodes VA raksturlīknes sprostvirziena kvadran tā .un pie tam caursites zonā (1.4. zīm.) Tā kā spriegums Uz • ir mazs, sprostvirziena s trāva pie ierobežotas zudumu jaudas var būt sam ērā liela. Un tikai pie strāvas, lielākas par /zmax, zudumi

pārejā var izraisīt siltum a caursiti.Spriegum u stabilizējošais efekts ir

sp rosts trāvas Zonā no / zmin līdz / zniax- S tabilizācijas kvalitāti raksturo VA

VD

- 8 -

1.4. zīm. Stabilitrons (Zenerdiode):— apzīmējums; b — VA raksturlīkne

I. Elektronisko sistēmu pamatelementi 16

1.5. zlm. Fotodiodes slēgums ķede (a) un raksturlīknes

raksturlīknes diferenciālā^ pretestība r z, kā arī stabilizācijas spriegum a tempera tū ras koeficients. Ja stabilitronam £/z> 6 V , tem peratūrai augot, stabilizācijas spriegum s nedaudz pieaug.

P laši lieto • fotodiodes (1.5. zīm .). A rī tās darbojas sprostvirziena nobīdes režīmā. Ja pāreju apgaism o, ārējā avota rad ītā sp rosts trāva pieaug. Tādējādi var noteikt apgaism ojum a palielināšanos.

Fotodiode var strād ā t arī kā ģenerators. Pieslēdzot fotodiodes izvadiem pretestību un apgaism ojot diodi, ķēdē sāks plūst strāva.

P laši lieto arī mirdzdiodes. To p-n pāreja vada tiešo strāvu un lādiņne-

* o ----------------- ------------------c

i e e j a M l = £ 50

- o ----------------

1.6. zlm. Diožu optrons

sēju rekom binācijas rezu ltātā ta jā a tbrīvojas elektronu enerģija. So enerģiju saņem kristāliskais režģis, un tā. var pārvērsties siltum ā vai tikt izstarota. Lai izstarojum s būtu redzams,, tam jābfit a r noteiktu viļņa garum u^ kuru savukārt nodrošina palielināta» tā saucam ā atom a čaulas enerģētiskā aizliegtā zona, kurā elektroni n ev a r a trasties. P la tas aizliegtās zonas vairāk rakstu rīgas dielektriķiem. Tāpēc tiešais spriegum a kritum s uz m irdzdiodes ir lielāks (sasniedz 3 . . . 6 V ) . M irdzdiodes s trāva parasti ir 1 0 . . . 50 mA.

M irdzdiodes lieto kā signalizācijas, elem entus, kā arī ciparu un burtu indikācijai. M irdzdiodes plaši lieto arī tā saucam ajos optiskajos pāros —r optronos. Seit kopīgā korpusā ievieto ta mirdzdiode un cits optiski ietekmējams pusvadītājs. J a apvienota mirdzdiode- un fotodiode (1.6. zīm .), iegūst elektriski izolētas ieejas un izejas ķēdes.. Ieejas ķēdes param etri atbilst m irdzdiodes param etriem , bet izejas ķēdes-— fotodiodes param etriem . R aksturīgi lielumi ir pieļaujam ais spriegum s starp- izeju un ieeju, kā arī ātrdarb ības rā dītāji.

P raksē plaši lieto arī bezpārejas- elem entus — pusvadītāju rezistorus: term orezistorus, varistorus, fotorezis- torus. Ja term žrezistora pretestība, tem peratūrai palielinoties, strau ji sa m azinās, tad to sauc par termistoru. Ja pretestība strau ji palielinās, tad to- sauc par pozistoru.

Varistora pretestība sam azinās, ja pieaug tam pievadītais spriegum s. Tā VA raksturlīkne ir sim etriska pret koordinātu sākum punktu un tos var slēgt gan m aiņstrāvas, gan līdzstrāvas ķēdēs. \

Fotorezistora pretestība sam azinās,, pieaugot optiskā starojum a in tensitātei.

12 «Modernās elektronikas pamati»

1.7. zīm. Vienpārejas tranzistora (divbāzu diodes) slēguma shēma (a)

utļ ieejas VA raksturllkne (b)

Uz vienas p-n pārejas bāzes var ra d īt a rī elem entu a r VA raksturlīknes^ n egatīvas diferenciālās pretestības posm u — divbāzu diodi vai v ienpāre jas tranzisto ru (1.7. zīm .). Bāzes plāksnīti veido n vadām ības silīcijs, un tai ir divi izvadi — bāze B1 un bāze B2. Em iters ir ar p vadām ību. Slodzes pretestība slēdz bāzes B ļ ķēdē. Bāzes p lāksnīte veido lielu pretestību (apm ēram 10 kQ ), kuru divās daļās sadala em itera izvads. P a ras ti starp em iteru un bāzi B ļ ieslēgts 6 0 . . . 70% no bāzes plāksnītes kopējās pretestības. *

Bāzu ķēdei pieslēdz barošanas avotu Ub. Tā rezu ltā tā plāksnītē starp em itera pieslēgšanas vietu un B1 ro das spriegum s £ /eb i « 0,6 . . . 0,7 U b .

Starp em itera izvadu E un kopējo «mīnusa» izvadu pieslēdz ieejas signālu Ue. Ja spriegum s U& m azāks par iekšējo spriegum u Uma, ieejas p-n diode ir aizvērta un avots t/fe slodzes ķēdē strāvu nerada. Ja U& k ļūst lielāks par Uma, diode atveras un no p em itera uz n bāzi pārvieto jas caurumi, kas sam azina n plāksnītes iekšējo pretestību starp em iteru un bāzi B l , un strāva slodzes ķēdē aug. Sā procesa laikā spriegum s Umbi sam azinās un VA raksturlīknei rodas negatīvās diferenciālās pretestības posms.

P aras ti ieejas ķēdi šun tē kondensators un, to pieslēdzot vadības spriegumam caur rezistoru, panāk relaksācijas ģeneratora režimu. Kad kondensa to ra spriegum s uzlādēs beigās

1.8. zīm. Pusvadītāju magnētiskais rezistors (a) un tā pretestības atkarība no magnētiskās indukcijas

(b), un temperatūras (c)

t.9. zīm. Magnētiskās diodes VA rak- sturlīknes pie dažādas magnētiskās in

dukcijas B un apgaismojuma <2>

sasniedz £/ebi, tas izlādējas caur slodzi un pie i/Emin ieejas diode aizveras. Sākas jauna kondensatora uzlādē utt.

In teresan ta ir pusvadītāju īpašību a tkarība no m agnētiskā lauka ietekmes. Tās pam atā ir s trāvas vad ītā ja p retestības izm aiņa m agnētiskā lauka iedarbes rezu ltā tā . Ja pusvadītāja plātn īti a r n vadām ību ievieto m agnētiskajā laukā, palielinās elektronu kustības ceļa garum s. Tādējādi var izveidot pusvadītāju magnētrezistoru, kura pretestība atkarībā no m agnētiskā lauka indukcijas izm ainās strauji (1.8. zīm.) Tomēr pretestības izm aiņa atkarīga arī no tem peratūras.

V ar izveidot arī magnētiskās diodes a r palielinātu n slāņa garum u. Šādas diodes VA raksturlīkne būtiski a tk a rīga no m agnētiskās indukcijas un tem peratūras. M agnētiskās diodes tiešā virziena vadām ība sam azinās m agnētiskā lauka ietekmē, jo palielinās elektronu kustības ceļa garum s n slānī. R ezultātā, p ieaugot m agnētiskā lauka indukcijai, p ieaug tiešais spriegum a kritum s. In teresanti, ka pagarinātā n siāņa m agnētiskā diode ir ļoti ju tīg a arī pret apgaism ojum u. M agnētisko diodi apgaism ojot, tās tiešā v irziena VA raksturlīkne izm ainās —

spriegum a kritum s sam azinās (1.9. zīm .). A pgaism ota m agnētiskā diode reaģē arī uz m agnētiskā lauka v irzienu.

Tātad fo tomagnētiskā diode ir a r lielākām funkcionālām iespējām . P iemēram, gaism as iedarbes rezu ltātā var kom pensēt tem peratūras ietekmi. Fotom agnētisko diodi var izveidot kā optopāri, kurā ievietota m irdzdiode a r savu barošanas ķēdi, bet m agnētiskā diode ieslēgta citā ķēdē.

1,2. BIPOLĀRIE TRANZISTORI

Bipolāro tranzisto ru izgudroja 1948. gadā. Tā un citu pusvadītāju struk tūru izveidē milzu nopelni pieder am erikāņu zinātniekam V iljam am Sok- lijam.

B ipolārajam tranzisto ram ir trīs izvadi un divas p-n pārejas, kas sadala pusvadītā ja m ateriālu trīs zonās — em itera (E ), bāzes (B) un kolektora (C) zonā. C entrā var a trasties gan pusvadītā js ar p vadām ību (izveidojas n-p-n tranz is to rs) , gan a r n vadāmību {p-n-p tranzisto rs). Sādu tranzisto ru shēm as attē lo tas 1.10. zīmējumā.

+Ub

r

c

l ^E

f BĒ

o------------

t.10. zīm. Bipolāro tranzistoru tipi: a — n-p-n tranzistors; b — p-n-p

tranzistors

14 «Modernas elektronikas pamativ

p —

1.11. zim. Tranzistora ‘Kopemitera slēgums

Slodzes pretestību parasti slēdz kolektora ķēdē. B ultiņa tranzisto ra apzīm ējum ā norāda ieslēgtam stāvoklim nepieciešamo bāzes s trāvas virzienu. Ja bāzes strāva p lūst norād īta jā v irzienā, tad kolektora-eipitera ķēdē ar bultiņu norād ītajā virzienā var plūst slodzes strāva. Tas nosaka slodzes ķēdi barojošā avota spriegum a polaritā ti — n-p-n tranzisto ra emiteram jāpieslēdz avota U-a negatīvā spaile, bet p-n-p tranzisto ra em iteram — pozitīvā spaile.

Aplūkosim p-n-p tranzisto ra slēgum a shēmu (1.1!. zīm .). Em itera un bāzes izvadi veido vadības ķēdi, kurai pieslēdz nelielu spriegum u Uw<^Ub- Ja UY po laritāte ir tāda kā ša jā zīm ējum ā, ieejas ķēdes p-n pāreja nobīdīta tieši un caurum i no em itera v irzās uz bāzes slāni. Tā saucam ais tra n zistora efekts rodas kolektora un bāzes p-n pārejai pieslēgtā sprostspriegum a darbības rezultātā. Caurumi n zonā ir m azākum lādiņa nesēji, un tie Ubc spriegum a iedarbē pārvietojas uz kolektora ķēdi, rado t kolektora strāvu. Ja bāzes slāni izveido pietiekami plānu, vairākum s emitēto caurumu nokļūst kolektora ķēdē. .Tie pozitīvie īādiņriesēji, kuri nenokļūst kolektora ķēdē, veido nelielu bāzes strāvu /b. Kā redzam no z īm ējum a,/b = / b —/c.

M ainot Uv, m ainās arī 7B, /e un la vērtības. T ātad faktiski tranzisto rs ir ar nelielu strāvu vadām s rezistors,, kura slodzes ķēdē var plūst daudzkārt lielāka strāva. So darba režīmu rak sturo attiecība starp kolektora un emitera strāvu — strāvas pārvades koeficients

■kā ari attiecība starp kolektora un bāzes strāvu — statiskā pastip rinājum a koeficients

p = 4 c- > i .■fB

Strāvas pārvades koeficients ir m azāks par vienu un atkarīgs no emitera s trāvas (1.12. zīm .). Kā redzam s, silīcija tranzisto ram pie m azām em itera strāvām ir rakstu rīga neliela «neju- tības» zona. Sī silīcija tranzisto ru īpatn ība izrād ījās noteicoša sarežģ ītāku pusvadītāju daudzpāreju elementu izveidei.

S tatiskā pastiprinājum a koeficients ir daudzkārt lielāks par vienu. Labiem tranzistoriem ta s sasniedz 1000 vai pat vairāk.

Aplūkoto tranzisto ru slēgum u sauc par kopemitera slēgumu. Tā voltam -'

1.12. zīm. Tranzistora strāvas pārvades koeficienta atkarība no

emitera strāvas

1, Elektronisko sistēmu pamatelementi 15

J.13. zīm. Tranzistora VA raksturlīknes • kopemitera slēgumā

pēru raksturlikne attēlo ta 1.13. zīmējum ā.

Ja bāzes s t r ā v a . IB v ienāda ar nulli, tad ārējā barojošā spriegum a f/B ietekmē caur sprostvirzienā nobīdīto bāzes-koiektora pārēju plūst neliela noplūdes s trāva /ko. Šī noplūdes s trāv a rada niecīgu spriegum a kritum u slodzes pretestībā un tādēļ kolektora- em itera spriegum s ša jā režīmā £/1c e < £ /b . Sim režīm am zīm ējum ā a tbilst punkts 2. Ja palielina bāzes strāvu , kolektora strāva aug. Ja bāzes- em itera spriegum s sasniedz diodes ieejas sliekšņa spriegum u (0,7 V silīcija diodei), em itera strāva strau ji au g un 'p ieau g ari kolektora strāva. S trāvu / c tagad praktiski nosaka tikai Ub un R Sļ. Tāds stāvoklis atbilst darba punktam 1. Saka, ka tranzisto rs ša jā darba punktā ir pilnīgi ieslēgts — piesātināts. Punktā 2 tranzisto rs ir izslēgts.

P iesā tinā tā stāvoklī spriegum a kritum s starp kolektoru un em iteru sa m azinās līdz volta desm itdaļām un kļūst m azāks par bāzes-em itera spriegumu. Tātad bāzes-kolektora pāreja piesātinājum a režīm ā nobīdīta tieši un tās /to m aina zīmi.

Abos galējos darba stāvokļos tranz istorā rodas nelieli jaudas zudumi. Zonā

starp punktiem 1 un 2 caur tranz istoru plūst vērā ņemam a strāva un tā kolektora-em itera spriegum s ari nav tuvs nullei. So zonu sauc par aktīvā pastiprinājum a zonu, un tranzisto rā izdalās sam ērā lieli jaudas zudumi, kuri silda p-n 'p ā re jas . Vislielākie jau das zudumi ir, ja Uce= 0 ,5 Ub, kad A P « 0 ,2 5 E /2b//?s i.

Pastip rinājum a režīm ā aktuāls ir tranzisto ra dzesēšanas jautājum s. Ļoti bieži tranzisto ru lieto pārslēgšanās- atslēgas režīm ā (1.14. zīm .). T ranzistora vadības ieejai pievada impulsveida spriegum u. L a i . tranzisto ru drošāk aizvērtu, bāzes-em itera pārejai pievada nelielu sprostsprieguitiu — nobīdes spriegumu. Jāatzīm ē, ka tra n zistors m om entāni nepārslēdzas no izslēg ta stāvokļa ieslēgtā un otrādi. Sevišķi ilgi (bieži vairākas mikrosekundes) notiek pāreja no p iesātināta uz izslēgtu stāvokli. Tas saistīts .a r to, ka p iesātinājum a režīm ā bāzes zonā uzkrājas liels m azākum a lādiņš gan no emitera, gan no kolektora puses. Lai tranzisto ru izslēgtu, šis lādiņš jā- Hkvidē. T ranzistora ātrdarb ību v a r p a lielināt, neļaujot tam pilnīgi p iesātināties.

1.14. zīm. Spriegumu diagrammas ti—p—n tranzistora atslēgas režīmā


1.15. zīm. Tranzistoru saliktais slēgums (Darlingtona .»^ sa

slēgums) ■

Galvenie bipolāro tranzisto ru rakstu rojošie lielumi ir:

m aksim āli p ieļaujam ā kolektora līdzstrāva Icmsii;

spriegum s starp kolektoru un emiteru UGEmax»

sta tiskais pastiprinājum a koeficients P kopem itera slēgum ā (h param etru sistēm ā ft2 iE);

pieļaujam ie jaudas zudumi nom inālajos dzesēšanas apstākļos APc max*

Bieži ražo tā ji uzrāda pāreju pieļaujam os sprostspriegum us, impulsveida s trāvas un spriegum us. Jāatzīm ē, ka silīcija tranzisto ru pāreju maksimāli p ieļaujam ā tem peratūra ir 120 °C, bet germ ānija tranzisto ru — tikai 75 °C. Silīcija tranzisto ru param etri ir arī m azāk atkarīg i no tem peratūras.

M azjaudas tranzisto ru pieļaujam ie kolektora-em itera spriegum i ir nelieli (parasti daži desmiti voltu). Lielākas jaudas (strāvai lielākai par 1 A) tranzisto ru pieļaujam ie spriegum i sa sniedz , vairākus sim tus voltu. Praksē bieži ^p iec ie šam s palielināt tranz istora pastiprinājum a koeficientu. P a rasti šim nolūkam lieto saliktos tra n zistorus, kurus vieno tā sauktajā Darlingtona slēgumā (1.15. zīm .). Pirm ā tranzisto ra VT1 kolektora strāva

/c i = (3i/b, bet tā em itera s trāv a / e i = / b 2 = (P i+ 1 )/b . T ātad o trā tra n zistora kolektora strāva I c ļ—^ h ļ — = P2 (Pi + 1Kb un kopējā kolektora ķēdes strāva / c = / c i + / c 2 = (fefJr+fb-i- + P i ) / b . Tātad divu tranzisto ru D arling tona slēgum a kopējais pastip rinājum a koeficients pD = p2f3i+f32+f3i«« P2P1-

Jāatzīm ē, ka D arlingtona slēgum ā p iesātinātā režīmā pieaug spriegum a kritum s Uce-

T ranzistora darbība var būt a tkarīga no ārējo apstākļu ietekmes. V ar izveidot fototranzistoru ar apgaism ojam u bāzes slāni. G aism as ietekmē bāzes slān ī rodas jauni elektronu-caurum u pāri. Ja fo to tranzisto rs ieslēgts kopemitera slēgum ā, tad var uzskatīt» ka apgaism ojum s tā bāzes strāvai rada papildus s trāvas komponenti. Rezultā tā pieaug kolektora strāva. Fototranzisto rs ir izteikti inerciāls (reakcija kavējas vairākus sim tus mikrosekundes).

V ar izveidot optopāri, kura ieejas elem ents ir mirdzdiode, bet izejas — tranzisto rs a r nepieslēgtu bāzes ķēdi. Ja tranzisto ru apgaism o, tas ieslēdzas un sāk vad īt strāvu. T ranzistoru opto- pāru pozitīva īpašība ir liels s trāv a s pārvades koeficients — izejas un ieejas strāvu attiecība. Tā diožu optopāriem strāvas pārvades koeficients ir tikai 1 . . . 1,5%. Pie tam ieejas ķēdes strāva ir apm ēram 20 mA, bet izejas ķēdē tā tad — 0,2 . . . 0,3 mA. P arastajiem tra n zistoru optopāriem strāvas pārvades koeficients ir 50%, bet D arlingtona slēgum ā savienotiem fototranzistoriem sasniedz 5 0 0 . . . 800%.

Tā tranzisto ru optopārim ar ieejas strāvu lOmA izejas strāva var bū t 5 mA, bet D arlingtona slēgum ā — 5 0 . . . 80 mA.

Plaši lieto arī termotranzistorus. P arasti izm anto slēgum u ar vaļēju

1. Elektronisko sistēmu pamatelementi 1T

cizvars

ļ ^ oksīds^ 7 7 7 7 7 7 /^ 7 7 7 7 7 7 7 7 / / ^iztece

n kanāls n noteceS D

P pamatne

1.16. zīm. MOP lauktranzistora uzbūve

bāzi. Tem peratūrai augot, pieaug barošanas ķēdē ieslēgtā tranzisto ra kolektora strāva. Šādi term otranzistori ir ar sam ērā stabilām raksturlīknēm un ļauj izveidot ļoti precīzus elektro- term om etrus (±0 ,01 °C). M ērāmo tem peratūru diapazons ir —200 °C . . . + 4 0 0 °C.

1.3. LAUKTRANZISTORl

Lauktranzistors ir pusvadītāju elem ents, kura pretestību starp diviem izvadiem — noteci D (drain) un izteci 5 (source — avots) — regulē trešā izvada G — aizvara (gaie — vārti) potenciāls. Viens no lauktranzistoru paveidiem ir MOP (metāls-ok- sīds-pusvadītājs) tranzisto rs (1.16. zīm .). A ttēlotais lauk tranzisto rs izveidots uz p vadām ības pam atnes, tās m alās izvietotas n vadām ības zonas. Iztece ir avots lādiņnesējiem , kuri pēc tam pārvietojas uz noteci. S tarp izteci un noteci veidojas kanāls, virs kura novietots m etāla aizvars, kas a tdalīts a r oksīda izolatoru.

D arba režīm ā strāvu ša jā kanālā veido n lādiņnesēji, kuri virzās no izteces uz noteci. Ja aizvara potenciāls attiecībā pret iezemēto pam atni ir nulle, tad kanālā strāva neplūst. Ja aizvaram pievieno pozitīvu potenciālu, tas kanālā no visas pam atnes pievelk

n m azākum lādiņnesējus un ķēde noslēdzas — ārējā ķēdē p lūst strāva. Šāds lauktranzisto rs klasificējam s kā norm āli izslēgts un darbojas pildināša- nas režīmā (palielinās elektronu skaits kanālā ).

Ja pam atni (1.16. zīm.) izveido no n pusvadītāja, tad pie aizvara nulles- potenciāla strāva jau plūst. Šāds tran zistors ir norm āli ieslēgts. To var iz slēgt, pieslēdzot aizvaram negatīvu potenciālu. Šāds tranzisto rs darbojas tukšināšanas režīmā. T ranzistorus ar 1.16. zīm. attēloto uzbūvi sauc par n kanāla lauktranzistoriem un tos apzīmē atbilstoši 1.17. zīm ējum am a un 6„

A(G), |----1 N(D)\ t-*-lM ' IiS)

J ‘

1.17. zīm. Lauktranzistori MOP ar ti kanālu (a, b) un p kanāla

(c, d):a, c — normāli izslēgti; b, d —

normāli ieslēgti

2 — 356


1.18. zīm. Normāli ieslēgtu n kanāla (a) un p kanala (b) MOP iauktranzistoru slēgums un raksturlīknes

Šiem iauktranzistoriem izteces potenciāls ir negatīvs attiecībā pret no,- teces potenciālu, tā tad notece tieši vai caur slodzi jāpieslēdz barojošā sprieguma pozitīvajai spailei.

Ja lauktranzistoram noteci un izteci veido no p v adām ības,'b e t pam atni no n vadām ības pusvadītāja, tad, pievienojot aizvaram negatīvu potenciālu attiecībā pret iezemēto pam atni, tās p m azākum iādiņi tiek «ievilkti» ka

nālā un kanāla ķēdē sāk p lūst strāva. Šis ir norm āli izslēgts pildīšanas režīmā strādājošs p kanāla lauktran- z istors (1.17. zīm. c). Ja ir p pam atne, tad izejas stāvoklī tranzistors ir ieslēgts, bet, pievienojot aizvaram pozitīvu potenciālu, kanāls tukšinās, un strāva ta jā pārtrūkst (1.17. zīm. d).

Lauktranzistoriem ar p kanalu izteci pievieno ārējā avota pozitīvajai

I. Elektronisko sistēmu pamatelementi 19

o

U GS

j l■ L i r

\ J d

H s ,

- o -

9 -U B

o +

1.19. zīm. Normāli izslēgtu ti kanala (a) un p kanāla (b) MOP lauktranzistoru slēgumsun raksturlīknes

spailei, bet noteci — negatīvajai spa ilei. B ultiņa norāda kanāla tipu — p kanālam virzienā no aizvara uz pamatni, n kanālam — pretēji.

Aplūkosim M O P tranzisto ra rak s tu rlīknes. 1.18. zīm ējum ā attēloti norm āli ieslēgti n un p kanāla tranzistori. 2*

Tos var izslēgt (off), pievienojot aizvaram dažus voltus lielu kanāla vadām ības tipam atbilstošu potenciālu attiecībā pret izteci (bieži tā jau iekšēji savienota ar pam atn i). Tā kā M O P tranzisto ra aizvars izolēts no kanāla, tad ieejas pretestība ir ļoti

liela (sasniedz 1015Q ). K apacitāte starp aizvaru un kanālu paras ti ir dažus pikofaradus liela.

M O P tranzistoriem , kuri ir norm āli izslēgti, uadod ieslēgšanas sliekšņa spriegum u U qst, t. i., vadības spriegumu, pie kura noteces ķēdē parādās strāva . So lauktranzisto ru slēgum a shēm as un raksturlīknes a ttē lo tas 1.19. zīm ējum ā.

L auktranzistorus ar norm āli izslēgtu kanālu p laši lieto loģisko elementu izveidošanai.

L auktranzistoru pārslēgšanās ā trum u nosaka kapacitāte starp aizvaru un citiem elektrodiem. T ranzistors pārslēdzas tikai pēc šīs kapacitātes uzlādēs un izlādes, kura notiek noteiktā laika sprīdī. Ā trdarbības problēmu sa asina kanāla sam ērā augstā pretestība vadām ības stāvoklī. Tādēļ atsevišķi strādājo ši lauk tranzisto ri ir daudz lēndarbīgāki par bipolāriem tranzistoriem .

D arbojoties ar lauktranzistoriem , jā veic pasākum i pret elektrostatiskajiem lādiņiem , kuri var uzlādēt ieejas kapacitāti līdz oksīda izolatoram b īs tamam spriegum am . Ja tas notiek, plānā

1o -»----

1.20. zīm. Lauktranzistors ar p-n pāreju un n tipa kanālu

oksīda kārtiņa (apm ēram 1 ļim) caur- sitas un lauktranzisto rs iziet no ierindas. Bieži M O P tranzisto rā starp G un S izvadiem iebūvē aizsardzības stabilitronu. Rekomendējamie drošības pasākum i ir šādi: jāiezem ē lodām urs, m ontētājiem jāvalkā iezemētas rokassprādzes utt.

P laši lieto arī lauktranzistorus ar p-n pāreju, kuros aizvars nav izolēts no kanāla. Tiem tāpa t ir aizvars G , iztece S un notece D (1.20. zīm.) un n tipa kanāls. Ja vadības spriegum s U g s < 0 (kā ta s ir zīm ējum ā), tad n lādiņu plūsma tiek traucēta, un, ja negatīvais vadības spriegum s ir pietiekami liels (Z 7 g s« — 3 V ), tad strāva /d praktiski ir nulle. M ainot negatīvo Ugs pozitīvajā virzienā, s trāva /d pieaug un jau pie Ugs = 0 un pietiekami liela slodzes ķēdes spriegum a iestājas s trāvas piesātinājum s. Jāatzīm ē, ka īsi slēg tas vadības ķēdes gadījum ā ( Ug s—0) lauktranzistora s t rā v a /d faktiski ir aizvara-noteces pārejas sprostvirziena noplūdes strāva.

K anālu var izveidot arī a r p lādiņ- ' nesēju pārsvaru (tranzisto rs a r p kanālu ). 5im lauktranzistoram ir n tipa aizvars, un to pilnīgi aizver pozitīvs vadības spriegum s Ugs. Sāda tipa lauk tranzisto ram izteci pievieno slodzes barošanas ķēdes pozitīvajai spailei, bet noteci — negatīvajai. Faktiski starp izteces un noteces apgabaliem būtiskas atšķirības nav, tāpēc nav svarīgi, kuru izvadu pieņem par noteci un kuru — par izteci.

1.4. VAIR ĀKU PĀREJU PUSVADĪTĀJU ELEMENTI

Apvienojot vairākas p-n pārejas, var izveidot sarežģ ītākus elektroniskos elem entus. To darbību nosaka vairāku apvienotu tranzisto ru struk tūru stā-

o9---------1

n

P

n

l K0$

$

KO - -------------

l

6+

? "(

V0 A

VS

ļ a ; <v

' K

1.21. zīm. Dinistora struktūrshēma (a), aizvietošanas shēma (b) un apzīmējums (c)

vokļu izm aiņas dažadu ārējo iedarbību rezu ltā tā .

Tā, apvienojot divus silīcija p-ti-p u n n-p-n tranzistorus, izveido četr- slāņu trlspāreju elem entus — dinis- to ru s un tiristorus. J a šādam elementam ir tikai divas izejas — anoda un katoda, tad to sauc par dinistoru {1.21. zīm .). Kā redzam s no zīm ējum a, četru slāņu p-n-p-n elem entu veido tr īs p-n pārejas (tā tad 3 diodes). No p, n, p slāņiem izveidojas p-ti-p tran z is to rs V TI a r s trāvas pārvades koeficientu cti, bet no n, p, n slāņiem — - tranz is to rs VT2 a r p bāzi un strāvas pārvades koeficientu a 2.

Ja m alējam p izvadam (anodam ) pievieno ārējā spriegum a avota pozitīvo spaili, bet m alējam ti izvadam (katodam ) — negatīvo spaili, tad vidējās pārejas diode ieslēgta sprost- v irzienā un caur to plūst noplūdes s trāv a /ko. Aplūkojot divu tranzisto ru shēm as punktu 1 , var uzrakstīt strāvu bilances vienādojum u

/ko + Cli(T = i v ( l — CC2),

ku r īy — strāva dinistora ķēdē.

No šejienes

/kol v _ ---------------- ,

1—01—02Atcerēsimies, ka tranzisto ra strāvas

pārvades koeficients ir a tkarīgs no em itera strāvas, tā tad tranzisto ram VTI — no s trāvas h o ■ Ja em itera

strāva aug, pieaug a rī a. Silīcija tra n zistoriem rakstu rīga «nejutības» zona pie m azām strāvām (sk. 1.12. zīm .). T ātad pie m azām h 0 vērtībām cti = = a2= 0 un dinistora strāv a atb ilst /ko vērtībai. Taču, ja /ko pieaug līdz vērtībai, kad sāk palielināties a i, s trāva iT k ļū s t lie lāk a ' par /ko, sāk palielināties arī a2 un s trāva tV vēl pieaug. Palielinās a rī a i un a 2 utt. Notiek lavīnveida ieslēgšanās process, kura gaitā tranzisto ri pilnīgi piesātinās ’ un dinistora spriegum s sam azinās līdz 1,5 . . . 2 V.

Kad tranzisto ri p iesātināti, ( a i + + a 2) > l , tranzisto ru em itera-kolektora spriegum i kļūst mazāki par emitera- bāzes, spriegumiem un vidējā diode tiek nobīdīta tieši, t. i., s trāva ho m aina zīmi.


1.22. zīm. Dinistora VA raksturlikne

Jāatzlm ē, ka no germ ānija nevar izveidot četrslāņu pāreju elementu, jo visniecīgākās noplūdes s trāvas izraisa a t un a 2 pieaugum u, t. i., šāda struktū ra ieslēdzas, tiklīdz tai pievienojam tiešo spriegumu.

S trāvu /ko var palielināt, palielinot tiešo pieslēgu spriegum u. Tad dinistors ieslēgsies pie zinām a spriegum a Ua (1.22. zīm .). Ja ieslēgtam dinistoram palielināsim slodzes ķēdes pretestību, s trāva sam azināsies un, kad tā kļūs m azliet m azāka par s trāvas vērtību ieslēgšanās brīdī, sāksies koeficientu a , un a 2 sam azināšanās, kā rezu ltātā dinistors izslēgsies. Minimālo, strāvu ir, pie kuras vēl nenotiek izslēgšanās, sauc par noturēšanas strāvu /h .

S trāvu h o v a r palielināt,' sildot p ā reju, to apgaism ojot vai pakļaujo t ra d iācijas iedartJei. Sevišķi plaši lieto dinistoru, kas apvienots ar mirdzdiodi

--------- -----------

l — 5£ V S )

..........- .... r

1.23. zīm. Optotirislors

1.24. zlm. Tiristora aizvietošanas shēmai un apzīmējums

(1.23 zīm .). Tā izveido optiski v a dāmu pusvadītāju slēdzi — optotiris- toru.

Speciāls dinistora veids ir diaks (diac- diode alternating current switch — m aiņstrāvas pārslēdzdiode). Tās struktū ra faktiski a tb ilst divu pretēji paralēli saslēg tu dinistoru shēmai. T ādējādi 1. un 3. kvadran ta VA rakstur- līknes ir sim etriskas.

Ja tranzisto ram VT2 (1.24. zīm.) izvada bāzes spaili G, izveidojas 3 izvadu elem ents — tiristors. Pieslēdzot, tranzisto ra VT2 bāzes-em itera ķēdei, vadības strāvu / o, panāk četrslāņu struk tū ras piespiedu ieslēgšanos. Sajā gadījum ā punkta 1 s trāvu bilance ir' /ko-ļ-cti/y-ļ-/G = (/g “Mv) (1—CC2). Kā re-'

dzams, iT= j -ļ. i., tiristoru1— a i—a2

var ieslēgt ar attiecīgu vadības strāvu. / g. P arasti / g ieslēdz īslaicīgi (20 . . . 50 |is ) .

Visbiežāk tiristo ru ar vadības s trā vas impulsu var tikai ieslēgt, bet ta s izslēdzas, ja tā strāva ārēju apstākļu iedarbē sam azinās līdz nullei. Tā tas- notiek, ieslēdzot tiristo ru m aiņstrāvas- ķēdē, kad s trāvas polaritātes m aiņas brīdī ieslēgtais tiristo rs izslēdzas. L īdzstrāvas ķēdē ieslēgtu tiristo ru . izslēdz ar kondensatoru: iepriekš uzlādētu kondensatoru pieslēdz paralēli


anoda-katoda izvadiem, radot īslaicīgu sprostspriegum u.

Izveidoti arī a r vadības strāvu izslēdzam i tiristori — GTO (gate turn o}} .— aiztaisīt vārtus) — divoperā- ciju tiristori. Lai tiristo ru aizvērtu, jā izm aina p iesātinātu tranzisto ru s trā vas /ko polaritāte. Pieņemam, ka esam panākuši /ko=0. Tad sākotnēji izslē

dzošā vadības strāva I q= — 0 ~ g l~~.a 2).ct2

T ā ir negatīvas polaritātes strāva, jo ieslēgta tiristo ra tranzisto ru strāvas pārvades koeficienti a i « a 2« 0 ,6 ; tā tad / g * - 0 , 3 /v. Ieslēgtā stāvokļa strāva I r bieži sasniedz vairākus desm itus un p a t sim tus ampēru. T ātad izslēdzošai vadības strāvai jābū t ļoti lielai.

T iristorus raksturo ar p ieļaujam ajiem sprostspriegum u un tiešo spriegum u aizvērtā stāvoklī, tiešo strāvu konkrētos dzesēšanas apstākļos, kā arī vad ības ķēdes param etriem — atverošo vadības strāvu un spriegum u. Bieži svarīg i ir dinam iskie param etri — pieļaujam ie tiešās s trāvas un spriegum a pieaugum a ātrum i un izslēgšanās laiks. T iristoru ātrdarbība nav au g s ta — tie ieslēdzas 5 . . . 10 |x» un izslēdzas 1 0 ...7 0 |X s laikā. Tādējādi p raktisk i tos var lietot ķēdēs ar frekvenci' līdz 20 . . . 30 kHz.

Divi vienā struk tūrā izveidoti pretēji paralēli slēgti tiristo ri veido elem entu simistoru vai triaku (triac — triode alternating current switch).

1.5. INTEGRĀLĀS MIKROSHĒM AS (IMS}

In teg rā lās mikroshēm as ir m odern ā s elektronikas pam atelem enti. P irm ās IMS tika rad ītas 1958. gadā ASV, bet to rūpniecisko ražošanu uzsāka 1962. gadā.

P usvadītā ju IMS ir m ikrom iniatūrs elektroniskās apara tū ras funkcionāls mezgls, kurā elementi (rezistori, tra n zistori, diodes) un savienojošie vadi izveidoti kopējā tehnoloģiskā ciklā uz pusvadītāja virsm as vai tā tilpum ā un kuriem ir kopējs herm etizējošs apvalks.

M ikroelektronikā svarīgs uzdevums ir m aksim āli sam azināt elem entu fiziskos izmērus, tā izvietojot vienā korpusā pēc iespējas vairāk elem entu un vienlaikus palielinot IMS funkcionālās iespējas, darba drošum u un sam azinot enerģijas patēriņu. Tā, piemēram, izv ietojot vienā kristā lā 5000 tranz istorus, radās iespēja ražo t •elektroniskos rokas pulksteņus. Izvietojot ta jā pašā kristā lā 20 000 tranzistorus, ra dās iespēja uzsākt m ikrokalkulatoru ražošanu. 1988. gada sākum ā pasauli aplidoja vēsts par kādas japāņu firmas m ilzīgo panākum u — vienā kristālā izvietoti 35 miljoni tranzisto ru , tas ļāva izveidot 220 « 1 m iljonu operatīvās atm iņas šūniņu vienā IMS.

M ilzīgā m ikroelektronikas progresa rezu ltātā tika izveidotas lielās IMS (LIM S), kurās vienā korpusā ir vairāki simti tūkstoši tranzisto ru un citu elementu, kuru izmēri ir 2 . . . 3 |xm. LIMS ātrdarbība ir m ilzīga — funkcija tiek realizēta nanosekundes (sekundes m iljardā daļa) vai vēl īsākā laikā. LIMS izveide ļāva uzsākt m ikroprocesoru — pēc program m as strādājošu ciparveida inform ācijas apstrādes mik- roiekārtu un mikro-ESM ražošanu. P ēdējos gados izveidotas pat tādas mikro- ESM, kuru uzbūvē izm antots tikai viens kristāls.

Pusvadītāju IMS sas tāv no viena kristā la atsevišķiem apgabaliem , kuri izpilda tranzisto ra , rezistora, diodes, kondensatora funkcijas. T ranzistori parasti ir n-p-n tipa, diodes veido no tranzistoriem , ieslēdzot tos diodes


Si

maska kodināšanazzl

S i O ,

; n \ n :- / / / / /~7T7/

5 /

7.25. Integrālās mikroshēmas izveidessecība:

a — kodināšana; b — oksidēšana; c — Si pamatnes uzaudzēšana; d — n tipa

Si kodināšana

slēgum ā, t. i., apvienojot bāzi a r emiteru vai kolektoru un izm antojot tikai vienu p-n pāreju. A rī kondensatorus veido no sprostvirzienā slēg tas p-n pārejas. Sādu kondensatoru m aksim ālā kapacitāte ir 100 . . . 200 pikofaradu, jo mikroshēmā p-n pārejas virsm as laukum s ir niecīgs (0,05 mm2 un m azāks). K ondensatoru precizitāte parasti ir ± 2 0 % .

R ezistorus veido kā leģēta pusvad ītā ja m ateriāla posm us ar noteiktiem ģeometriskiem izmēriem un diviem izvadiem. Ģeometriskie izmēri arī nosaka rezistora pretestību, kura vienam elem entam paras ti nepārsniedz pāris kiloomu. P retestību precizitāte ir ±20%.

IMS struk tū rā sarežģīti atveido t spoli, tādēļ izvēlas shēm as bez spolēm. Visus m inētos elem entus tehnoloģiskajā ciklā izvieto vienā pusvad ītā ju kristālā. Izolāciju starp elementiem izveido no S i0 2 plēves. Izolēto zonu («kabatu») izgatavošanas secība attē lo ta 1.25. zīmējumā.

Sākum ā ar fo to litogrāfijas metodi uz n tipa silīcija m ateriāla oksidētās v irsm as izveido masku, ku ras zīm ējum s nosaka elem entu izvietojum u. Pēc tam virsm u kodina. Vietās, ku ras a trodas zem zīmējuma, virsm as oksīda slānis sag labājas, bet a r zīm ējum u nepārk lātajās vietās izveidojas izkodi- n ā tas joslas. Vēlāk m asku nom azgā un virsm u oksidē skābekļa vidē pie 800 . . . 1200 °C, tā izveidojot 0 ,1 . . . 2 p,m biezu oksīda plēvi. Uz oksidētās virsmas- uzaudzē polikristāliskā silīcija slān i, tā veidojot pam atni. N ākošajā etapā n tipa silīcija slāni daļēji nokodina un rodas «kabatas», kurās difundē akcep- toru piejaukum us, veidojot p-n pāre jas un dažādus elementus.

Var izveidot gan parastos, gan lauktranzisto rus, taču ar noteiktu tehnoloģiju ērtāk rad īt m ikroshēm as tikai a r viena veida tranzistoriem . Tāpēc ir IMS ar bipolāriem tranzistoriem , a r n kanāla M O P tranzistoriem , ar komplem entāri (savstarpēji papildinoši) savienotiem n un p kanāla lauktranzistoriem. Visos gadījum os element savstarpējai savienošanai lieto zelta vai alum īnija plēves vadītājus, kurus «uzpūš» caur attiecīga zīm ējum a masku. M ikroshēmu ārējos izvadus


pievieno a r zelta vai alum īnija stiep- lītēm , kuru diam etrs ir aptuveni 10 |xm.

Pusvadītā ju IMS jaudas patēriņš ir apm ēram 50 . . . 200 mW. V ienkāršākām in teg rālajām mikroshēm ām patēriņ š bieži ir ļoti niecīgs — tikai 1 0 . . . 100 ļxW. IMS var strād ā t ar frekvenci 20 . . . 300 MHz, to drošas darb ības laiks sasniedz 107 stundas.

Pēc funkcionālajām īpašībām IMS iedala analogās un diskrētās. Analogajās IM S ir proporcionāla sakarība s ta rp ieejas un izejas signāliem , kuri paras ti ir nepārtraukti m ainīgu spriegum u formā. Tipisks analogo IMS ffie- m ērs ir operacionālais pastiprinājum s. To raksturo spriegum a pastip rinājum a koeficients K (parasti pārsniedz 50000), ieejas pretestība (lielāka par 0,5 M fi), izejas pretestība (m azāka par 100 Q) un m aksim āli pieļaujam ā frekvence ( « 2 0 M H z).

Diskrētām IM S ir vairākas ieejas un izejas un to ieejas un izejas spriegumiem var bū t tikai divi noteikti līmeņi, pie tam izejas signālu līmeņi a tkarīg i no ieejas signālu līmeņu a ttiecībām.

1.6. ELEKTRONISKIE INDIKĀCIJAS ELEMENTI

Indikācijas elementi ir inform ācijas a tspogu ļošanas iekārtu pam ats. Inform ācijas atspoguļošanas iekārtas pieņem un pārveido inform āciju vizuālā form ā — televīzijas attēla, zīmējuma, g rafika, burtu vai ciparu veidā. Iekārtās inform ācijas a tspoguļošanu var realizēt, izm antojot kā attēlu plaknē, tā ari telpisku attēlu.

Indikācijas elem entos izm anto kvēldiegu, m irdzdiodes, elektroluminiscē- jošos, gāzizlādes, šķidro k ristā lu gaism as avotus un katodstaru caurules.

1.26. zlm. Septiņsegmentu indikācijās elements

V ienkāršākiem elementiem rakstu rīgs kvēldiegs, kurš izveidots dažādu ciparu 0 . . . 9 un burtu veidā. P ievienojot strāvu attiecīgajam kvēldiegam, tiek a ttē lo ts burts vai cipars. Sādu indikācijas elem entu trūkum s ir lielais enerģijas patēriņš.

C iparus ērti atveidot ar septiņu segm entu elementiem (1.26. zīm .). Segm entus attiecīgi saslēdzot ar barošanas avotu, var iegūt ciparus no 0 līdz 9. Ja septiņu segm entu elem ents ir izveidots no m irdzdiožu segm entiem, tad, pieslēdzot barošanas avota pozitīva ja i spailei 1., 2., 3., 7., 6., seg m entus un elem enta kopējo izvadu pieslēdzot m īnusa spailei, izveidosies cipars 3.

Šādus septiņu segm entu elem entus plaši lieto pulksteņos un citās inform ācijas indikācijas ietaisēs. V ar izveidot a rī elektrolum iniscējošus segm entus.

Elektrolum iniscējošais segm ents ir p lakans kondensators ar vienu


caurspīdīgu un o tru m etālisku strāvu vadošu plati un eiektrolum inoforu starp tām kā izolatoru. Ja platēm pievada- maiņspriegurnu, lum inofors sāk spīdēt. Jo lielāks spriegum s, jo spīdēšana ir spožāka. E lem enta iedegšanās laiks ir apmēram 0,1 s, nodzišanas — mili- sekunžu daļas. Elektrolum iniscentie elementi darba laikā pakāpeniski «novecojas» — zaudē spīdēšanas spožumu.

Pēdējā laikā plaši lieto šķidro kristālu ciparu un burtu indikācijas ietaises. Šķidro kristālu elementi paši ga ismu neizstaro, bet tikai lauž uz tiem krītošos gaism as starus. Tādējādi tie ir ļoti ekonomiski. A ttēls rodas kontra s ta starp ības rezu ltā tā starp posmiem ar pievienotu un nepievienotu spriegumu.

Šķidrajiem kristāliem ir pareiza m olekulas režģa struk tūra (tā tad tiem ir kristā lu optiskās īpašības) un vienlaikus tiem rakstu rīga šķidrum u plūs- tam ība. P aras ti lieto holesteriskos šķidros k ristā lus (kaut kas līdzīgs ziepju šķīdum am ), kurus plānā slānītī (1 0 . . .2 0 ļ im ) ievieto starp paralēlām stikla plāksnītēm . Uz plāksnītēm izvieto caurspīdīgus alvas oksīda elektrodus, kurus var pievienot 1 0 . . .1 5 V m aiņspriegum am . Ja spriegum s pieslēgts, zem elektrodiem izvietotais šķidro kristālu segm ents vai citas konfigurācijas zīme kļūst necaurspīdīga un a tstaro ārējo gaismu.

Šķidro kristālu indikācijas elementiem nav sevišķi ilgs darbības laiks (pieļauj spriegum a ieslēgšanu līdz vienam m iljonam reižu). To galvenās priekšrocība» ir m azs enerģijas patēriņš, vienkārša izgatavošana, zems barošanas .spriegum s, augsts darbības drošums, mazie izmēri. Liels šķidro kristā lu indikācijas elementu trūkum s ir to zemā ātrdarbība — tie salīdzinoši lēni ieslēdzas un izslēdzas. Šķidro

kristā lu indikatorus plaši lieto pulksteņu sistēm ās, mikrokalkulatoros,, vienkāršos displejos un citās ietaisēs.

P laši pielieto arī matricu veida indikācijas elementus, kuriem ir caurspīdīgu horizontālo un vertikālo strāvu vadošu kopņu sistēm a. K oordinātu tīkla blīvums var sasn ieg t 20 strāvas vad ītā ju uz 1 cm. Izvēloties attiecīgu horizontālo un vertikālo kopni, panāk punktveida indikācijas elem enta iedegšanos. Tā veido m ozaīkas ekrānus a r sam ērā lieliem izmēriem — pat vairākus m etrus garus un platus. Indikācijas punktveida elem ents var darboties pēc elektroluminiscences vai kāda cita principa. To var izveidot pat no kvēlspuldzes. Luminofora pielietošana ļauj izveidot daudzkrāsu indikācijas ekrānus.

Pēdējā laikā tekstu atspoguļošanai plaši pielieto speciālas ietaises ar katodstaru televīzijas caurulēm — displejus. D isplejs ciparu kodos uzdoto inform āciju pārveido vizuālā formā tekstu, tabulu, grafiku veidā. Informāciju var ie v a d īt. operators, lai to varētu saņem t tieši no elektroniskajiem atm iņas elementiem.

V ar būt vairāki displeju vadības paņēmieni. Aplūkosim paņēmienu, k u rā s ta rs pa ekrānu pārvieto jas soļiem un simbolus uz ekrāna formē atsevišķu punktu veidā. Pieņemsim, ka uz ekrāna . paredzētas n horizontālas rindas ar m simboliem katrā. K atru simbolu veidosim kā 8 horizontālu un 8 vertikālu kopņu matricu. Kopņu krustpunktos- ekrāns var iespīdēties, ja to ļauj s ta ra dzēšanas sistēma.

S ta rs pa ekrānu pārvieto jas kineskopa horizontālās un vertikālās nobīdes spolēm pieslēgto diskrēta līmeņa spriegum u iedarbes rezultātā. Sākotnēji s tars a trodas ekrāna augšējā kreisajā stūrī, - uz vertikālās nobīdes spoles ir m aksim ālais spriegum s, bet uz


1.27. zīm. Displeja attēla rastrs

horizontālās nobīdes spoles — nulles spriegum s. M aksim ālais horizontālās spoles spriegum s sadalīts diskrētās

A t / H = - — 1m a * - .........(8m—1)

Līdzīgi spriegum a diskrētās sadalīts

vertikālās nobīdes spoles m aksim ālais spriegum s.

Jau stara izejas punktā tiek konstatēts, vai s tars attiecīgā simbola izveidei šai punktā jādzēš vai ne. Pieslēdzot pirmo spriegum a diskrētu Д/Ун,


sta rs pārvieto jas par vienu pozīciju pa labi un atkal konstatējam stara dzēšanas noteikum us ša jā punktā. Pēc ce tu rtās diskrētas pieslēgšanas horizontālajai spolei konstatējam pirmā simbola augšējās horizontālās kopnes m alējā punkta spīdēšanas noteikumus. Trīs pēdējās diskrētas ir «tukšas», t. i., ta jā s punkts nespīd. Tā tiek veidotas a ts tarpes starp simboliem.

Pēc septītās diskrētas pieslēgšanas nākošajā periodā horizontālās spoles spriegum u sam azina līdz nullei, bet vertikālās — arī sam azina par vienu diskrētu AUv. A tkal veido 8 -horizontālās simboia kopnes punktus. Pēc tam vertikālās spoles spriegum u atkal sa m azinām par A U v utt. Viena simbola pilnīgai a tspoguļošanai vertikālās spoles spriegum s jāsam azina par 7 diskrētām un nepieciešam as 63 periodiskas diskrētu skaita izm aiņas. Pēc pirmā simbola nolasīšanas 64. perioda laikā s ta rs pārvietojas uz nākošā simbola kreiso augšējo izejas punktu (8 diskrētas AUjļ un Uv mas ). Atkal periodiski tiek veidoti 8 horizontāli un 8 vertikāli punkti utt., līdz a tspoguļoti visi m p irm ās rindas simboli.

Kad pirmā rinda atspoguļota, horizontālajai spolei atkal pieslēdz nulles spriegum u, bet vertikālajai spolei — spriegum u U\- щах 16AUv, t. i., tiek izla ista viena rinda. Atkal katram simbolam tiek veidota 8X 8 punktu m atrica utt. Tā rodas 1.27. zīm. a ttēlo tais rastrs . E krānā m aksim āli a tspoguļojam i m \ n simboli. Bieži m = 25 = 32, ft = 24= 1 6 un tad uz ekrāna m aksim āli var būt 512 simboli. Visa inform ācija par atveidojam o simbolu tipu g labājas 512 atm iņas šūniņās ar 8 binārām kārtām . Sādu atm iņas zonu sauc par inform ācijas lapaspusi. Savukārt visi iespējam ie simboli, punktus attēlojot b inārā kbdā (0 un 1), atveidoti citās 8X 8 šūniņu palīgm atricās. Pie tam

triju labās m alas vertikālo kopņu sa tu rs ir 0. Sādu palīgm atricu skaits paras ti ir 128.

Kad no atm iņas lapaspuses no las īts nākam ā simbola tips, tas tiek sam eklēts palīgm atricās un sinhroni ar s ta ra diskrēto kustību simbola robežās tiek konstatētas palīgm atricas k rustpunktu vērtības. Ja krustpunktā ierakstīta nulle, tad stars nespīd, bet, ja viens, tad spīd.

Vienas šādas lapaspuses a tspoguļošanai nepieciešami vism az 64X 512 = = 3 2 768 tak ts im pulsu periodi. P a ra s ti gan katra simbola izvēlei vēl nepieciešami daži periodi. Ja ka trs periods ilgst, piemēram, 1 mikrosekundi, tad lapaspuses atspoguļošanas laiks ir apm ēram 0,04 s un tā tad attē ls tiek attē lo ts a tkārto ti 25 reizes sekundē. Tieši tāda ir ari pa ras tā televīzijas, attē la a tkārto šanās frekvence.

Pēdēja laikā displejus lieto kā operatīvā dialoga ietaises starp operatoru un ESM. Lai to efektīvi realizētu, nepieciešami daži papildelem enti.

P irm kārt displejs jāapgādā ar informācijas apmaiņas klaviatūru. K lav ia tū ra (bieži to sauc arī par ta s ta tūru) sastāv no taustiņiem , kuri a r šifra tora palīdzību formē vai nu kādas zīmes, vai kom andas kodu.

Kad radās iespējas uz displeja ekrāna izveidot attēlus, vajadzēja ra d īt tiešās norādes elem entus. Viens no tiem ir gaismas zīmulis. G aism as zīmuli pieliekot ekrānam , tas uztver ga- rām slīdošā stara gaism as plūsmu no ekrāna, pastiprina to un nodod sig nālu ESM par uzdotā punkta koordinātām telpā un laikā.

G aism as zīm ulis var darboties divos režīmos — norādīt ESM uzdoto koordinātu vai zīm ēt attēlu. Patiesībā gaism as zīm ulis pa ts nezīmē, bet to dara displeja s ta rs pēc koordinātām , kuras caur ESM uzdod zīmulis.

2. Operacionālie pastiprinātāji un to lietošana 29

2. OPERACIONĀLIE PASTIPRINĀTĀJI UN TO LIETOŠANA

Elektroniskās iekārtas, kuras veic nepārtrauk tu elektrisko signālu m ērīšanu, pastiprināšanu, regulēšanu un pārveidošanu, sauc par analogām iekārtām. Galvenais elem ents šādās iekārtās ir operacionālais pastip rinātājs. Tā galvenie raksturojum i ir šādi:

plašs pastiprinām o signālu frekvenču diapazons;

plašas atgriezenisko saišu un to kombināciju pielietošanas iespējas;

lieli s trāv as un spriegum a pastip rināšanas koeficienti;

lielas ieejas un m azas izejas ķēžu pretestības;

sam ērā augsta term ostabilitāte; universālas shem otehniskās īpašības

(sim etriska ieeja un barošana, viena kopīga ieejas un izejas spaile).

A pskatot visas iespējas, ko dod operacionālais pastip rinātājs, to var uzskatīt p ar universālu iekārtu analogo signālu tehnikā.

P astip rinā tā ja galveno veicamo funkciju g rupas ir šādas:

elektrisko signālu pastip rināšana ar noteiktu pārvades funkciju (sakarību statikā un dinam ikā starp izejas un ieejas signāliem );

m atem ātiskās darbības ar elektriskajiem signāliem (sum m ēšana, in teg rēšana, diferencēšana, re izināšana u tt.);

dažādas form as signālu ģenerēšana; signālu aktīvā filtrācija.

2.1. O PER ACIO N ĀLĀ PASTIPRINĀTĀJA UZBŪVE

Operacionālo pastiprinātāju veido kā daudzpakāpju līdzstrāvas signāla pastip rinā tā ju ar diferenciālu ieeju. P a stip rinā tā jam ir divi barošanas avoti Uļ un Uļ, kuri veido pozitīvo + č /b un negatīvo — Ub barošanas spriegum u attiecībā pret avotu kopējo punktu (2.1. zīm .), kuru pieņem par nullpunktu. Sādā pastip rinā tā jā ieejas un izejas signālus parasti pievieno nullva- dam.

O peracionālajam pastip rinā tā jam ir divas ieejas, kuras slēg tas sim etriskā diferenciālā tranzisto ru p astip rin ā tā ja

+ UB =Uj

2.1. zlm. Operacionālā pastiprinātāja pieslēgšana barošanas avotiem

30 «Modernas elektronikas pamati

< J bO ““”

Tl R S uIR3 \R4 VĪ3 ^ VT4

J ! J ļ y X ļ

k , / t l1 . / ”

o — T VT1 V T Ž ^ i - ž otsi Nsfe, ^a "‘ Uiek

[ \ R 1

i-L,

j ctkses»

P s\ t\£

A i -10

h n

VT5r h ’ V D 1

< 'j- ? / / ļ O [ jn /??;

izeja

R7 \ \RŽ*rJ

■uBo~

! j/?5. i

\ R }2

korekcija .2.2. zīm. Vienkāršota operacionālā pastiprinātāja shēma

shēm ā. Ar aplīti vai m īnusa zīmi aplīm ēto ieeju sauc par invertējošo, bet otru par neinvertējošo (tiešo) ieeju. Invertējošās ieejas s ignāla polaritāte attiecībā pret tiešo ir pretēja izejas signāla polaritātei. Neinvertējošās ieejas signāla relatīvā polaritāte sa k rīt ar izejas signāla polaritāti.

Aplūkosim vienkāršotu operacionālā pastip rinā tā ja shēmu (2.2. zīm.). Ieejas pievienotas tranzisto ru VT1, VT2 bāzēm. Tranzistori kopā ar rezistoriem R 1 . . . R4 ieslēgti elektriskā tilta plecos, bet tilta izejas virsotnes (abu tranzisto ru kolektori) pieslēgtas

nesim etriskā diferenciālā starppastip- r in ā tā ja tranzisto ru VT3, VT4 bāzēm. Izejas kaskādi veido komplementāri (savstarpēji pretēji papildinoši) tra n zistori VT5, VT6 ar saskaņojošo tra n zistoru VT7.

Šādā slēgum ā izejas punkta poten

ciāls attiecībā pret nullpunktu ir a tkarīgs no abu tranzisto ru VT5, VT6 bāzes strāvām . Ja vairāk atvērts tra n zistors VT5, tad izejas punkta potenciāls ir pozitīvāks. Jo lielāka būs tranzisto ra VT5 bāzes strāva, jo izejas spriegum s būs tuvāks barošanas spriegumam Uļ.

Ja vairāk atvērts tranzisto rs VT6, izejas punkta potenciāls ir negatīvs. Jo lielāka būs VT6 bāzes strāva, jo izejas spriegum s būs tuvāks — U2. Iz ejas tranzisto ru bāzes strāvu lielumus, nosaka tranzisto rs VT7. Jo pēdējais vairāk atvērts, jo lielāka ir VT6 bāzes strāva, bet, tā kā pieaug spriegum s uz rezistora R 9 , tranzisto ra VT5 bāzes strāva sam azinās un tas vairāk aizveras.

Savukārt tranzisto ram VT7 aizveroties, izejas tranzisto ra VT5 bāzes strāva pieaug un izejas potenciāls

2. Operacionālie pastiprinātāji un to liefošana 31

kļūst pozitīvāks. Tā kā tranzisto ra VT7 bāze pieslēgta starppasliprinā- tā ja tranzisto ra VT4 kolektoram , bet starppastip rinā tā ja tranzisto ru bāzes sa istītas ar ieejas tranzisto ru kolektoriem, shēm as darbība ir a tkarīga no ieejas tranzisto ru VT1, VT2 stāvokļa.

Ja abas ieejas p ieslēgtas tieši null- vadam, abi ieejas tranzisto ri ir ar vienādām bāzes strāvām un to kolektoru potenciāli ir vienādi (tā būs ideālā gadījum ā). Tādēļ arī tranzisto ru VT3, VT4 bāzu strāvas ir vienādas, bet spriegum a kritum s uz R 8 ir tik liels, lai tranzisto ra VT7 kolektora potenciāls būtu par diodes tiešā sprieguma kritum a tiesu m azāks nekā nulles potenciāls. Tad abi izejas tra n zistori ir ar vienādām bāzes strāvām un izejas spriegum s ir nulle.

Ja tranzisto ra VT1 bāzei pievada pozitīvu potenciālu (ieeja 2 nu llē ta), tā bāzes strāv a pieaug, bet VT2 sa m azinās. Tādēļ, pieaug VT4 bāzes Strāva un arī VT7 bāzes strāva. Līdz ar to VT6 vairāk atvērts nekā V T5un izejas spriegum s kļūst negatīvs. T ātad tranzisto ra VT1 bāze ir invertē- jošā ieeja.

Ja iezemēta VT1 bāze, bet pozitīvu potenciālu pievienojam tranzisto ra VT2 bāzei, tranzisto ru VT2 un VT3 bāzu strāvas palielinās, bet VT4 — sam azinās. Līdz ar to tranzisto ru VT7 un VT6 bāzu strāvas ari sam azinās, bet izejas spriegum s kļūst pozitīvs. T ātad tranzisto ra VT2 bāze ir neinvertējošā ieeja. Lai stabilizētu pastip rinātāja darbību sta tiskā režīmā, bieži pielieto ārēju balansēšanas potenciom etru, bet inform ācijas pārvades stabilitāti panāk ar ārēju koriģējošo kondensatoru, kurš veido negatīvo dinamisko a tg rie zenisko saiti. P arasti nepieciešam s dažus desm itus pikofaradu liels kondensators.

2.2. O PER ACIO N ĀLĀ PASTIPRINĀTĀJAP A M A T ĪP A Š ĪB A S

Ideālu operacionālo p astip rinā tā ju raksturo šādas īpašības:

pastip rināšanas koeficients A -> -o o ’r ieejas pretestība R ie - ^ o o ; izejas pretestība Riz^-O ',^ iz —0, ja U ieļ — U it-*/, caurlaižam ā signāla frekvence var

būt bezgalīga.P raksē neviens no šiem param etriem

netiek realizēts. Tā pastip rinā tā ja p irm ās pakāpes pastiprinājum a koeficients A i » 10, o trās pakāpes A2« 1 0 0 , trešās pakāpes A3« 2 0 un kopējais pastip rināšanas koeficients A ss « A ,A 2A3» 2 0 000. Ieejas p retestība arī nav bezgalīgi liela, jo tranzisto riem VT1 un VT2 ir noplūdes s trā vas, bet izejas pretestību nosaka ierobežojošie rezistori R l l , R12 (apm ēram 1 . . . 2 kO).

Taču analizējot var pieņemt, ka pastip rinā tā js ir tuvs ideālam. Aplūkosim 2.3. zīm. shēmu. Pieņem ot pastip rinā tā ju ideālu, var uzrakstīt sekojošu izteiksmi: »

u 10=q,2~(p,=±ļ;«o. (2- i )

Pie tam strāvas var aprēķināt pēc formulām

h

I atgr

J J i—<pi;

Z\

fpl — Ujz

2atg r

(2- 2>

Ievērojot, ka R ie->-oo un tā tad / 1 = = Iatgr, no form ulas (2—2) iegūstam.

Ui2 = _ I u l S L U ^ ( l + 3 l * £ l W ■Zļ V Zļ )

( 2 - 3 )

P ie bezgalīgas ieejas p retestības

/ofgr

ķēdēs

■ftie->-oo / 2 = 0 un izpildās nosacījum s, ka (pi = <p2= č /2-

Izteiksm i (2—3) tad var pārrakstit iformā

« iz = _ U i + f l + - 2 £ ! S l W a. z 1 V Z i )

( 2 - 4 )

Ja savieno neinvertējošo ieeju ar :nullpunktu un ievēro, ka t /2—0, tad ,no izteiksmes (2—3) iegūstam

« iz----- 2 s lS lU 1 = - k v U l, ( 2 - 5 )Zl

>kur k v — slēgum a spriegum a pastip rināšanas koeficients.

Ja savieno invertējošo ieeju ar null- rpunktu un ievēro, ka U 1 = 0, tad no izteiksm es (2—4) iegūstam

Ult- ( l . + l ! ! £ L } U , - k v U * . ( 2 - 6 )

Kā izriet no izteiksmēm (2—5) un .(2— 6), a tkarībā no signāla padošanas veida uz ieeju m ainās operacionālā p as tip rin ā tā ja īpašības. Spriegum a pastip rināšanas koeficients kv k ļūst a tk a rīg s no Zļ un Zatgr lieluma.

Apskatīsim tuvāk operacionālā pastip rinā tā ja īpašības pie nosacījum a, !ka t /2=<P2 = 0 un paša pastip rinā tā ja spriegum a pastip rināšanas koeficients A ir galīgs lielums. Ievietojot izteik

sm ē (2—3) sakarību £/ie= —<P i = ^ ,A

iegūstam

( 2 - 7 )

Kā redzam s, veicot aprēķinus, ar pietiekam u precizitāti var lietot tuvin ā tās izteiksm es (2—5) un (2—6), jo /1=20000 un vairāk.

2.3. O PER ACION ĀLĀ PASTIPRINĀTĀJA PAM ATSLEG UM A SHĒMAS

Sajā slēgum ā (2.4. zīm.) izveidojas negatīvā atgriezeniskā saite atkarībā no izejas spriegum a. Šī saikne inver- tējoša pastiprinātāja ieejā rada s trā vas komponenti pretēju ieejas strāvai. N egatīvās saites ietekmes koeficients

ir « -Ž!— un tā palielina pastip-2atgr

r in ā tā ja ieejas pretestību R ie un sam azina izejas pretestību R iz.

Pam atsakarības, kas apraksta inver- tējošā pastip rinā tā ja shēmu, ir sekojoši vienādojum i:

(2 - 8 )

2.4. zīm. Operacionālā pastiprinātāja invertējošais slēgums

feTI__k V - —

/? ie = /? ie o ( l + A - S l —) , ' 2atgr'

Riza

^atgrZ\

2atgr

Riz = -1 + 4 -

2atgr


2.5. zlm. Operacionala pastiprinātāja neinvertējošais slēgums

Seit lielums R iz0 ir operacionālā pastip rin ā tā ja izejas pretestība bez a tgriezeniskās saites.' Pie nosacījum a, ka zatg r = z I= i?,

shēm a darbosies kā invertors, kam

t t i z = — t/ j . ( 2 - 9 )

P adodot uz inverso ieeju m aiņsprie- gum u, izejā iegūstam m aiņspriegum u, kura fāze attiecībā pret ieejas spriegum u būs tieši pretēja.

Neinoertējošā pastiprinātāja slēgum a shēm u, kas dota 2.5. zīm., apraksta sekojošas pam atsakarības:

k v = — = 1U! z t

D. - V l .i \ i e -----—

p . — U i z i\ i z ------- j —' iz

Seit koeficients k = ■

(2 - Ю )

Rāit1+ Zl/Zatgr

■operacionālā pastip rinā tā ja ieejas kaskādes diferenciālā pretestība. Ļoti svarīg a neinvertējošā operacionālā . p a stip rinā tā ja īpašība ir liela ieejas pretestība R ie= k R n t . Tās vērtība sa s tāda 1010. . . 1013Q.

2.6. zlm. Sprieguma atkartotajs

3 — 356

2.7. zlm. Neinvertējošais operacionalais pastiprinātājs (ar dalītāju ieejā)

Bieži ar m az noslogotu signāla avotu nepieciešam s nodrošināt elektriskā signāla atkārtošanu . To nodrošina sprieguma atkārtotājs. Tas nozīmē, ka pastip rinā tā ja ieejas pretestība būs liela, bet tam jānodrošina sa m ērā liela slodzes strāva. Lai to panāktu, pastip rinā tā ja izeju un inver- tējošo ieeju saista tieši, bet signālu pievada neinvertējpšaiieejai (2.6. zīm .). 5 a jā gadījum ā

t / u - t / i . (2 - 1 1 )

Izm ainot spriegum a Ux polaritāti, m ainās arī izejas spriegum a polaritāte, bet m aiņstrāvas signāli ir vienādi un fāzē sakrītoši.

G adījum ā, ja nav nepieciešam a liela ieejas pretestība, tad neinvertējošo slēgumu var realizēt ar. spriegum a dalītā ju ieejā (2.7. zīm .). Kā var secināt no zīmējuma,

,, Rs i?atgr+/?i jtUi 7 = 1 » ■»U i.R z+ R s Ri

(2- 12)Arī šajā shēmā, ja R s= R ļ un R2—

= R atgr, iegūstam 6o = 1 un Uil = Ui■ O bligāti jāievēro nosacījum s, ka pastip rinā tā ja rieinvertējošās ieejas potenciāls nedrīkst pārsn ieg t barošanas avotu spriegum us.

Aplūkosim reizināšanas shēmu ar konstantu koeficientu.

No (2—8) izteiksm es izriet, ka, ja Z ļ= R ļ un Zatgr~Ratgr (2.4. zīm.), tad izejas spriegum s ir vienāds ar


b Uie

Ua

2.8. zīm. Integratora shēma (a) un spifegumu diagramma (b)

Ņemot vērā, ka i t = ic, dabūjamieejas spriegum u, kas pareizinats ar konstanti:

l« iz= — % £ L U i ^ a U t. ( 2 - 1 3 )

R iSprieguma integratoru izveido, ja

atgriezenisko saiti veido caur kondensatoru C (2.8. zīm .). Vienādojumi, kas apraksta in tegratoru , ir sekojoši:

Uie d u i (2 - 1 5 )R i dt

Pēc (2— 15) izteiksmes pārveidoša

nas duizdt

UieR ī C

iegūstam

UieRi ’

ic = — C ^ l i dt

( 2 - 1 4 )

Uiz — — —}j?-^Uiedt-\-Uo, (2 16)

kur J = /? ,C — in teg rēšanas konstante;

U0 — sākum a nosacījum s.

2.9. zīm. Diferenciatora shēma (a) un sprieguma diagrammas (b)


2.10. zitn. Summatora shēma

Sākuma nosacījum u in teg ra to rā ies tāda ar speciāla barošanas avota palīdzību.

Diferencēšanas operāciju izpilda di- jerertciators — shēma ar operacionālo pastip rinātāju , kura ieejā ir ieslēgts kondensators C (2.9. zīm .). Izejas vienādojum i ir sekojoši:

!. = r .daie d t ’

ļ , tgr = - “ i ī _ . ( 2 - 1 7 ). K&tgT

Ievērojot, ka ii= £atgr, iegūstam

«iz = - R ^ TC ^ i p - = - T , dt dt

(2 - 1 8 )kur T ~RatgrC — diferencēšanas kon

stante.Lai uzlabotu shēm as stabilitāti, pa

ralēli i?atgr slēdz papildus kondensatoru Cu kura kapacitāte tuva C lielumam.

V airāku elektrisko signālu m ēroga sum m ēšanu var veikt summators (sk.2.10. zīm. a ttē lo ta jā shēm ā). Pēc p irm ā Kirhofa likuma

— /a tg r= ^ i+ /2 “t_ • • • +^n-(2 - 1 9 )

Tā kā Iļ = — h — utt., tad R 1 °2

u iz = — (0.lUļ-\-ūļU2-\- ■ . . + aa£ /n ),C 2-20)

3*

kur a ,=5£M L, 03= an = E ^ i L . Ri R 2 Rn

Ja visi rezistori ir vienādi (Ri = R 2— = R a = ■ ■. = /? a tg r ), tad izejas spriegums ir ieejas spriegum u summa:

«iz = — ( ^ 1 + 2+ . . . -ļ-Un).(2— 21)

Sadas shēm as v isplašak lieto analogajās skaitļo jam ās m ašīnās. Tās risina diferenciālvienādojum us, operējošos argum entus pieņemot elektrisko signālu veidā. Piem ēram , aplūkosim pirm ās kārtas diferenciālvienādojum a D = = a x + b p x analogo risināšanu (šeit p = d /d t ) . Kā redzam s, x izm aiņu laikā mēs varam noteikt, in tegrējo t summu

p x = — -— rJL x. So operāciju var b b

veikt ar vienu operacionālo in teg rato r s kura invertējošajai ieejai pie

vada — un — — , izejā iegūsto t mī- b b

nus x (2.11. zīm .).Taču risināšana jāveic, ievērojot

operacionālā pastip rinā tā ja maksimālo izejas spriegum u, kā arī vēlamo risin āšanas tempu. Tādēļ ieved m ēroga koeficientus tnx un mt, kuri saista reālo x a r m odelējošās ietaises X (to mēra voltos), reālo laiku t ar risināšanas laiku T :x= m xX , t= m tT , p = = P

m t 'Tad

P X = £ H H — X ^ ± . (2—22) bmx b

2.11. zim. Pirmās pakāpes diferenciālvienādojuma risināšanas shēma

VD1 VD2

2.12. zīm. Izejas sprieguma ierobežošana ar atgriezeniskajai saitei (a) un izejai (b) paralēli slēgtiem stabilitroniem

Piem ēram , pieņemsim, ka D = \ 5 F L (FL — fizikālais lilum s), a = I F L ,

b=Q,Q\FL, operacionālā pastip rinātāja m aksim ālais izejas spriegum s 15 V un *max= 15 FL. Aprēķinu veiksim 100 reizes lēnāk kā dabā (m t= 0 ,01 ), bet X m ērogs var bū t m ^ — lF L ļV . Tad

p x _ 15-0,1 0,01 • 1

1 - 0,01

0,01= 1 5 - * :

Ja kondensators C = l | i F un abas ieejas pretestības ir 1-106 Q, tad pie vienas ieejas pretestības var slēgt tieši 15 V spriegum u, bet pie o tras — izejas spriegum u m īnus X.

Aplūkosim problēmu, kas saistīta ar operacionālo pastip rinā tā ju aizsardzību un izejas spriegum a ierobežošanu.

< = 3

J T -cm -

O peracionālā pastip rinā tā ja izejas spriegum s var tuvoties avotu barošanas spriegumiem. Pie tam pastip rinātājiem ir izteikta lineārā 'd a ļa , kura pie ieejas signāla palielināšanās p ā riet piesātinājum ā. Lai izejas spriegum u ierobežotu lineārās daļas robežās, pielieto izejas spriegum a ierobežošanas shēmas, kuras a ttē lo tas 2.12. zīm.

2.12. zīm. a a ttē lo tās shēm as galvenais trūkum s ir tas, ka pie i?atgr> > 1 0 6 Q izpaužas stabilitrona sta tiskās raksturlīknes nelinearitāte. Lai stebili- tronu noplūdes s trāvas neietekmētu pastip rinā tā ja darbu, ierobežojošos sta - bilitronus ieslēdz pastip rinā tā ja izejā ar pretestību R, kuras lielums parasti ir 50 . . . 200 (2.12. zīm. b).

Operacionālo pastip rinā tā ju ieeju aizsardzībai pielieto pretēji paralēli slēgta s diodes (2.13. zīm .). Sajā gadījum ā spriegum s starp diferenciālajām ieejām vienāds ar tiešo spriegum u kritum u uz diožu spailēm.

2.4. KOM PARATORI

2.13. zīm. Pastiprinātāja ieejas sprieguma ierobežošana

K om parators realizē divu ieejas spriegum u salīdzināšanu.

2. Operacionālie pastiprinātāji un to lietošana 3 T

2.14. zīm. Komparatora slēgumi signāla salīdzināšanai ar nulles līmeni (a, c) un otru signālu (e), spriegumu diagrammas (b, d, f)

Ideālā komparatora shēm as attēlotas5.14. zlm. Spriegum a avots « ie, uz ku ru reaģē operacionālais pastip rin ā tā js , pievienots vai nu pie neinver- tē jo šās (tiešās) ieejas (2.14. zlm. a ), vai pie invertējošās ieejas (2.14. zīm. ■c).

Ka redzam s no 2.14. zīm. 6, izejas spriegum s «iz pirm ajā gadījum ā sa k rīt fāzē ar kontrolējam o spriegum u «ie. Pie tam « ie salīdzināšana notiek a r nulles spriegum u, pastip rinātāju neap tvero t ar atgriezenisko saiti (t. i., pastip rināšanas koeficients ir bezgalīgi liels). Ja kontrolējam ā spriegum a avots pieslēgts pie invertējošās ieejas (.2.14. zīm . c), tad izejas spriegum s nobīdīts p retfāzē. A ttēlotās shēm as parāda, kad tin kā avota «ie spriegum s m aina savu virzienu.

P ie tam , ja « ie> 0 , tad

Uiz— ļ t/pļes ļ * (2—23) kur Upļes — operacionālā pastip rinā

tā ja piesātinājum a spriegums.

Iepriekš aplūkotās shēm as sauc par nulles indikatoriem vai nulles detektoriem . Ja pastip rinā tā ja abās ieejās pieslēdz pa spriegum a avotam , tad panāk divu spriegum u salīdzināšanu (kom parāciju).

2.15. zīm. Operacionālā pastiprinātāja Smitalīkne

Sm ita trigera shēm as īpatnība ir tā , ka ieejas spriegum s kom paratorā tiek salīdzināts ar daļu no izejas sprieguma, kas padota uz operacionālā pastip rinā tā ja tiešo ieeju (2.15. zīm. a), tādējād i pārslēgšanās brīžos panākot pozitīvu atgriezenisko saiti. Izejas spriegum u dala rezistori R x un R 2.

P ārslēgšanas spriegum u nosaka pēc sekojošas izteiksmes:

U pār — i eT~7^d—^P ies = dr^^pies* A 1+ A 2

. (2—24)

Ja izpildīsies nosacījum s, ka « ie> > k U pies, tad operacionālā pastip rin ā tā ja shēma pārslēgsies, t. i., izm ainīsies izejas spriegum a polaritāte.

O peracionālais pastip rinā tā js atkal pārslēgsies, ja izpildīsies nosacījum s, ka Uie<— kU pļes. D iagram m a, kas a ttēlo sakarību starp « ie un « iZ, attēlo ta2.15. zīm. b. Laiks, kurā notiek pārslēgšanās, ir dažas mikrosekundes. Sāda kom paratora darbība ir noteiktāka, jo nevar rasties nejaušas p ā rslēgšanās, kad U ie« 0 .

Komparatora izejas sprieguma ierobežošanu panāk, ja atgriezeniskajā saitē ieslēdz stabilitronu (2.16. zīm .), kura stabilizācijas spriegum s m azāks

Upies i U iz

ik fjp ie s Uje

k Upies0 i

~ Upies,

trigera shēma (a) un ieejas-izejas rakstur- (b)


U,st

2.16. zīrn. Komparatora izejas sprieguma ierobežošanas shēma (a) un diagrammas (b)

nekā Upies. Tikko « iz sasniegs stabilizācijas spriegum a lielumu, stabilitrons. nodrošinās nem ainīgu spriegum u izejā, kas vienāds ar tā stabilizācijas spriegum u. ■

Ja ieejas spriegum a polaritāte m ainīsies uz pretējo, tad attiecīgi m ainīsies izejas spriegum a polaritāte. Taču stabilitrons izpildīs diodes funkcijas un izejas spriegum a lielums nepārsniegs diodes tiešā spriegum a kritum a vērtību. Lai panāktu sim etrisku ierobežošanu, a tgriezeniskajā saitē ieslēdz divus pretēji slēg tus stabilitronus (sk.2.12. zīm. a).

2.5. SIGNĀLU ĢENERATORI

Multivibratora īpatn ība ir tā, ka tam pie inversās ieejas pieslēgts kondensators C, kuru caur rezistoru Rntgr pieslēdz izejas spriegum am , panāko t pašsvārstību režīmu. M ultiv ibratora shēma attē lo ta 2.17. zīm. a. Rezistori R 1 un R 2 veido spriegum a dalītā ju , kurš nosaka tiešās ieejas pārslēgšanās spriegumu. T ātad m ultivibrators pārslēgšanās brīžos darbojas kā kom parators.

Ja Ui2 = + t /Pies, pārslēgšanās spriegum a lielumu nosaka pēc form ulas

4 0 «Modernās elektronikas pamati»

t

Uhu ,pies

‘ imp

-u,2.18. zīm. Monovibratora shēma (a) un spriegumu diagrammas (b)

(2— 24). Rezistors Ratgr veido kondensatora pārlādes ķēdi no izejas spriegum a. Kad t t i s = + £ ?pies, tad kondensatora spriegum s uc aug. Kamēr u c U pār , notiek shēm as p ā rs lēg šan ās un izejā spriegum s m ainās no + £ /Pies uz — Upies. A ttiecīgi pie pastip rinā tā ja tiešās ieejas tiek pielikts spriegum s £/pār= —£ t/Pies, kurš nosaka nākošās pārslēgšanās spriegum u.

Pēc pārslēgšanās kondensators p ā rlādēsies no spriegum a plus t / pār līdz spriegum am m īnus £/pār . M om entā, kad « c < — Upļ T, operacionālais pastip rin ā tā js atkal pārslēgsies un iz- « jā atkal būs spriegum s « iz = - ļ - t /Pies. S vārs tību periodu pie noteikuma, ka i?2=0,86i?i, v ar aprēķināt pēc izteiksmes

r= 2 /? a tgrC. (2—25)

Svārstību frekvence

Monovibratora shēma un izejas spriegum a forma attē lo ta 2.18. zīm. Ja u ie = 0 un tt iz = + ^ p ie s , tad diode VD1

invertejoša ieejā rada nelielu pozitīvu spriegum u. Pie tam uz tiešo ieeju pa

dod spriegum u U . = ~ Uple3,

kas lielāks p a r diodes VD1 spriegum a kritum u.

Jā īslaicīgi parādās negatīvs ieejas signāls «ie, kurš aptuveni divas reizes pārsniedz t / pār lielumu, tad m ainās spriegum a po laritā te uz R 2 un shēma pārslēdzas. Izejas spriegum s uz laiku k ļūst negatīvs. Sajā gadījum ā diode VD1 ir aizvērta tin sākas kondensato ra C uzlādē no negatīvas polaritā tes izejas spriegum a. Kad u c > k U ples, tad spriegum s shēm as izejā U u =

— + U Bies. Ja izvēlēsimies R 2= _ L R ļ ,5

tad negatīvā izejas im pulsa ilgum s

<imp= . ( 2 - 2 7 )5

J a « ie > 0 , diode VD2 neļauj shēm ai m ainīt laika ieturējum a ilgum u. Lai palaistu m onovibratoru ar pozitīvu ieejas signālu, shēmā jām aina abu diožu slēgums.

Saistītais multivibrators (2.19. zīm. a ) ļauj iegūt divus savstarpēji laikā nobīdītus izejas signālus. Operacionālo

2. Operacionālie pastiprinātāji un to lietošana 4t


pastip rinā tā ju A I un A 2 izejās ieslēgti tā saucam ie Vina tilti, kas izveidoti no rezistoriem R2, R l , kondensatora C l un R3, R4, C2.

Slēgum a galvenā īpatn ība ir tā, ka operacionālā pastip rinā tā ja A I inver- tē jo šā ieeja savienota a r nullpunktu, bet pastip rinā tā jam A2 a r zemi sa vienota tiešā ieeja. Pieņem sim, ka laika m om entā tļ (2.19. zīm. b) operacionālais pastip rinā tā js A I piesātinās un tā izejas spriegum s «izi = + pies. S ākas kondensatora C l pārlāde no nega tīv ā uz pozitīvo spriegum u. Vienlaicīgi turp inās kondensatora C2 uzlādēs process. Laika mom entā t2 spriegum s u a k ļūst vienāds ar nulli un notiek operacionālā pastip rinā tā ja A2 p ārs lēgšanās, tādējād i — U pies,kas izsauc kondensatora C2 pārlādes procesa sākumu. Laika m om entā t3 kondensatora C2 spriegum s m aina zīmi, kas izsauc A I pārslēgšanos un kondensatora C l pārlādes sākšanos. Laika m om entā U notiek pastip rinā tā ja A 2 p ārslēgšanās un sākas kondensato ra C2 pārlāde utt.

So pārlādes procesu laika konstantesir

R '2R "2— r ļ Ķ ' īR " ī ļ n \~ c A r ^ + w ; + R i ) '

T2

Laika m om entā t = t ,, kad integratora negatīvā izejas spriegum a rad ītā strāva kom paratora ieejā pārsniedz kom paratora pozitīvā izejas spriegum a

radīto ieejas s trāvu (t. i„

\R '2+ R ( R \ R " 4 , D \ (2 -2 8 )

~Cal^ + F 4 +i?3J- Im pulsu sekošanas frekvenci izm aina

a r Vina tilta elem entu param etriem .' V ina tilta sim etrijas gadījum ā izejas spriegum i nobīdīti par 90°.

Trijstūra formas sprieguma ģenerators sastāv no in teg ra to ra un kompara to ra (2.20. zīm. a). Laika intervālā no t = 0 līdz t= t ļ kom paratora izejas spriegum s ir pozitīvs «komp = £/pies (2.20. zīm. b). In teg ra to ra izejas spriegum s m ainās pēc likumības

«komp d t — ————Upies.R ie C

(2—29)

Uint — "

> — kur a > 1 ), notiek kom paratora aR

pārs lēgšanās stāvoklī, kuram rakstu rīgs spriegum s UkomP = — UBies. R ezultātā laika intervālā no t = t ļ līdz t —t2 notiek kondensatora C pārlāde no sā kotnējās negatīvās spriegum a vērtības līdz spriegum am plus t / pār .

Laika momentā t = t 2 kom parators pārslēgsies stāvoklī, kas raksturo jas ar to, ka «komp = f/pies. Sākas in teg ratora spriegum a sam azināšanās. Tālāk process a tkārto jas un tā rezu ltā tā integ ra to ra izejā iegūstam trijstū ra form as spriegumu.

Zāģveida sprieguma ģeneratoru izveido uz in teg rato ra bāzes, ieslēdzot kondensatora atlādes ķēdē slēdzi S (2.21. zīm. a). Ja slēdzis S ir a tslēg tā stāvoklī, tad izejas spriegum s lineāri pieaug (2.21. zīm. b). Lai autom ātiski ģenerētu zāģveida form as impulsus, tad jāizp*ilda sekojošie noteikumi:

jāfiksē izejas spriegum s pie uzdotā līmeņa un jāšun tē kondensators ar slēdzi S;

jāfiksē kondensatora pilnīga atlāde, atslēdzot šai m om entā kondensatora C šuntējošo slēdzi.

P a r slēdzi var izm antot jebkuru vadām u p-n pāreju.

Augstfrekvences impulsu ģeneratorā negatīvo atgriezenisko saiti veido rezistors R4 un diode VD3, bet pozitīvo saiti — rezistors R5 , diode VD4, kondensators C un viens no izejas transform atora T tinumiem — saites tinum s (2.22. zīm .). Pieņemsim, ka ir padots ieejas spriegum s Uie. Tā rezu ltā tā operacionālā pastip rinā tā ja izejā ir pozitīvs spriegum s un ari

2. Operacionālie pastiprinātāji un to lietošana 4 $

2.20. zīm. Trijstūra formas sprieguma ģeneratora shēma (a) un spriegumu diagrammas (b)

transform atora saites tinum ā inducēja s spriegum s. No tinum ā inducētā spriegum a caur diodi VD4 notiek kondensatora uzlādē. Brīdī, kad kondensa to rs pilnīgi uzlādēts, diode pārtrauc vadīt strāvu, pozitīvās atgriezeniskās saites ķēdē ieslēdzas kondensa to ra pretspriegum s un šī saite pavājinās. Speciāli piem eklējot rezistoru pretestības, pateicoties negatīvajai' saitei, spriegum s operacionālā pastip rinātā ja izejā sam azinās līdz nullei. S ākas kondensatora atlāde caur tran sform atora tinumiem un rezistoriem R3, R5, R 6. Tā turpināsies līdz brīdim, kad kondensators pilnīgi atlādēsies un

no jauna pastip rinā tā ja izejā p arā dīsies pozitīvs spriegum s.

R ezultātā operacionālais pastip rinātā js , izejā ģenerē augstfrekvencēs impulsus. Ģ enerācija pārtrūks, ja a tvienos ieejas spriegum a avotu. Sāda ģeneratora darbība ir līdzīga tran z isto ra blokingģeneratora darbībai.

Harmonisko svārstību ģeneratora. shēmā (2.23. zīm. a) pastip rinā tā ja AI izejā ieslēgts regulējam s rezistors R l , kura apakšējai daļai para lē li pieslēgts kondensators C /, kurš. savukārt caur rezistoru R2 pieslēgts pastip rinā tā ja A2 ieejām. Diodes V D 1 . . . VD4 kalpo aizsardzības.


R4 VD3

Jiz

funkcijām . P astip rin ā tā ja A 2 izejā ieslēg ts a rī spriegum a dalītā js R3 , R4, kura viduspunkts caur rezistoru R 6 un diožu tiltu UZ kā kom utatoru (a r papildus barošanas avotu £A) pieslēgts p astip rinā tā ja A I neinvertējošai ieejai. • Sāds slēgum s stabilizē kondensatora pārlādes procesus.

Pieslēdzot pastip rinā tā ju barošanas avotus E, pastip rinā tā ja A I izejā rodas pozitīva nobldnes strāva, kura sāk lādēt kondensatoru Cl. Pieņemsim, ka uzlādē notiek, kondensatora spriegum am pieaugot pozitīvajā virzienā, , un A 2 izejas potenciāls k ļūst negatīvāks (2.23. zīm. b). Kad A2 izejas spriegum s ir pietiekami negatīvs, caur

rezistoru R 6 parādās pastip rinā tā ja A I ieejas strāva, kura rada A I izejā negatīvu spriegum u. Tāpēc kopš laika m om enta t\ sākas kondensatora Cl pārlāde, kura turp inās līdz brīdim, kam ēr A I tiešās ieejas potenciāls kļūst pozitīvs. Sākas kondensatora C l p ā rlāde pretējā virzienā.

Svārstību frekvenci nosaka pēc šā das izteiksmes:

fo —1

2nRC ’(2 - 3 0 )

kur RC — Vina tilta param etri, konosaka rezistors R l " unkondensators Cl, t. i., R = R 1 " un C = C l .

2. Operacionālie pastiprinātāji un to lietošana m 45

E

Im pulsa p latum a m odulēšanai pie- un releju — trigeri a r uzdotu nostrā-lieto modulatorus , tādējādi nodroši- des un a tg riešanās līmeni (2.24. zīm.no t līdzspriegum a pārveidošanu im- a). Pateicoties negatīva ja i atgrieze-pulsveida signālos a r m ainīgu pla- niskajai saitei, kas aptver modula-tumu. Tādas shēm as ietver in tegratoru toru, shēmā parādās pašsvārstības ar

2.24. zltn. Impulsu platuma modulatora shēma (a) un spriegumu diagrammas (b)

sekojošiem laika param etriem : impul-, hRoC sa garum u t ļ= --------- ^ ------un pauzes

U0~ - ^ U i e

hJ> Qilgum u , k u r /1 = £/nostr ^atgr

Wie— trigera histerēzes cilpas platum s, Ud — stabilizētais spriegum s, ko nodrošina stabilitrons VD2. P recizitāte a tkarīga no rezistoriem R l , R2 un spriegum a U0 stabilitātes.

V adības spriegum am i iu pieaugot, izejas spriegum a impulsi k ļūst platāki,

bet pauzes ilgum s sam azinas. Pie tam m ainās a rī im pulsu sekošanas frek

vence f = -—J----- , sasniedzot maksi-il + Čp

mālo vērtību pie h = tp.Bez tam pielieto frekvences-impulsu

m odulatorus, kuri ieejas spriegum u pārveido noteiktā im pulsu sekošanas frekvencē. M odulatora struk tū ra ietver sevī in teg ra to ru un im pulsu form ētāju, kurus aptver negatīvā atgriezeniskā saite. Im pulsu sekošanas frekvence ir proporcionāla ieejas spriegum a lielumam.'

2.6. OPER ACIO N ĀLO PASTIPRINĀTĀJU FUN KCIONĀLĀS SHĒMAS

Aplūkosim impulsu pastiprinātāja shēm u a r diviem operacionālajiem pastiprinātājiem (2.25. zīm. a ) . Sīs shēm as īpatn ība ir tā , ka ar operacionālā pastip rinā tā ja A 2 palīdzību tiek izveidota negatīva atgriezeniska saite. O peracionālā pastip rinā tā ja A2 izejas spriegum s var bū t tikai negatīvs, jo tikko tas kļūtu pozitīvs, no pastip rinātā ja A2 sāktos kondensatora uzlādē un A 1 K invertējošās ieejas potenciāls pārsn ieg tu tiešās ieejas potenciālu, kā rezu ltā tā A I izejas spriegum s taptu negatīvs.

Kad A I tiešās ieejas spriegum s kļūst nedaudz m azāks par kondensatora spriegum u, pastip rinā tā ja A I izejā form ējas negatīvs spriegum s ar am plitūdu, kuru ierobežo pastip rinā tā ja A I piesātinājum a spriegum a lielums, bet izejas im pulsa platum s vienāds ar ieejas im pulsa platum u. N egatīvā izejas impulsa laikā pastip rinā tā js A2 no kondensatora C tiek a ts lēg ts ar diodi VD1.

D audzu funkcionālo ģeneratoru shēm u pam atā ir dažādu funkciju ap- roksimatori. V isplašāko pielietojum u ieguvis iņvertējošaiš pastip rinā tā js ar nelineāru raksturlīkni (2.26. zīm. a). Pieņemsim, ka diode VD1 ir ideāla. Tad, ja punkta M spriegum s U m U * parādās strāva h = (UM— Uķ)/Rļ.

Izejas spriegum u var aprakstīt ar sakarības «iz = f(«ie) lūzum a punktiem — ieejas spriegum iem Uu U2 un taisnes slīpum a koeficientiem kļ un kļ:

"'“‘M '+«&)■u , - u , ( i + - g - ) - t i f - ,

•R,. Z' 1 1 ,__ 1 \ R 2R 3

Ķ + r J ~ r T ’

( 2 - 3 1 )

Pieslēdzot punktam M vairākas paralēlas ķēdes ar diodēm, iegūsim lauztu līniju, kas ietver uzdoto lineāro posmu skaitu. A proksim ators ar no- bīdni koordinātu sākum a punktā attēlo ts

O

2.25. zīm. Impulsu pastiprinātāju

b u!e

r\ tUiz

0t

" Upies

(a) un spriegumu diagrammas (b)

48 «Modernās elektronikas pamati^

2.26. zīm. Nelineārā invertējošā pastiprinātāja shēma (a) un izejas sprieguma atkarībano ieejas sprieguma (b)

2.27. zīm. a. R aksturojošie lielumi ir šādi:

Al

A3

t/»— t A .A 4

(2—32)

Palielinot aproksim ācijas precizitāti, p ieaug shēmu sarežģ ītības pakāpe.

Analogie signālu reizinātāji rakstu ro jas ar sekojošiem pam atparam etriem:

dekarta koordinātās norādītiem darbības kvadrantiem (četrkvadrantu, div- kvadrantu , v ienkvadran ta);

relatīvo kļudu.

bību stacionārā režīmā, v —

kas raksturo dar- U i z — U izo

U n maxkur Uiz, Uizo — izejas spriegumi reālā un ideālā re izinātājā , I /u m a i — izejas m aksim ālais spriegum s;

dinamisko darbības diapazonu logaritm iskās vienībās D = 20 \g (U iei maxf Uie2

frekvenču joslu (darba frekvenču diapazonu), kurā nodrošināta uzdotā precizitāte.

V ienkvadranta re iz inātā ja shēma (2.28. zīm.) ietver divus n -kanāla lauktranzistorus ar izolētu aizvaru. Lauk- tranzisto ra VTl noteces spriegum s vienāds ar ieejas spriegum u '№ei, jo pa-

R2

2.27. zīm. Aproksimatora ar ieejas sprieguma nejūtības zonu shēma (a) un ieejas-izejasspriegumu sakarība (b)

2. Operacionālie pastiprinātāji un to lietošana 49*

2.28. zīm. Vienkvadranta spriegumu reizinātāja shēma

stip rinā tā js A I pilda spriegum a a tk ārto tā ja funkcijas. S trāvas lielumu caur VT1 uzdod ar s trāvas avota / palīdzību. L auktranzistora VT1 k anāla pretestību nosaka Uiei-'

# d s i = ^ ~ - (2—33)

L auktranzisiora VT2 kanāla pretestību arī nosaka spriegum s V jei, jo abu tranzisto ru aizvaru spriegum i ir vienādi. P ie tam abu tranzisto ru izteču potenciāli a rī ir vienādi. Tas nozīmē, ka lauktranzisto ri ir saskaņoti un to kanālu pretestības ir vienādas ( R d s i =

= Rds2). Ievērojot, ka tranzisto rs VT2 ieslēgts pastip rinā tā ja A 2 negatīvās atgriezeniskās saites ķēdē, spriegum s A2 izejā

tl\z — “ Mjei«ie2 ~~r>' fe^iei«ie2,R i KļJ

(2 -3 4 )

proporcionalitātes koe

ficients.D otajā gadījum ā kanāla m inim ālā

pretestība nepārsniedz 5 0 . . .3 0 0 Q un tā ierobežo ieejas signālu lielumu. Ieejas signālu po laritā tes nedrīkst m ainīties, jo tās jāsaskaņo ar tranzisto ru vadām ības virzienu.

R eizinātāja ar impulsu p latum a mo- dulāciju elektriskā shēm a attēlo ta 2.29. zīm. a. Tā sastāv no invertora,

4 — 356

kur k- 1R il

kas veidots uz A I bāzes, pārslēdzaS, impulsa p latum a m odulatora (integ ra to rs ar Sm ita trigeri) un zemfrekvences filtra ar spriegum a a tkārto tāju izejā. Ieejas signālu uiei a r in vertora un slēdža S palīdzību pārveido divos vienādos pretējas polaritātes- spriegum os + u iei un — uie!. O tro ieejas signālu «ie2 a r impulsu platum a m odulatora palīdzību pārveido m ain īga platum a impulsu secībā, a r kuriem vada pārslēdzi S, kura izeja pieslēgta zemfrekvences filtram.

Vidējā spriegum a vērtība filtra izejā ■

(2 - 3 5 )

kur tu tļ ■— pozitīvo un negatīvo impulsu platum i, kurus nosaka impulsu p latum a m odulators;

T — impulsu sekošanas periods.

Ievērojot, ka Sm ita tr igera izejā ir m aiņspriegum s, im pulsa p latum a modulatora vidējās strāvas vērtības raksturo sekojošas izteiksmes:

/ļ._ Mie2

/ 2 =

Ra U pār ( f l - fe)

(2—36)'

Ratgr T kur [ /pār— Sm ita tr igera izejas sprie

guma am plitūda.No izteiksmes (2—36) pie nosacī

jum a, ka R a= R a tg r, seko, ka

t \— ti_________ Uje2T U pār

un izejas spriegum s

_«iei« ie2U i z — •------- - *

(2—37)^

(2—38>U pār

D otā strukturshēm a nodrošina 0,1 % precizitāti un atļauj sareizināt analogos lielumus visos četros kvadrantos.

t

t, h

~ U/e 1' atgr

Im pulsa platuma modulators

2.29. zīm. Cetrkvadrantu reizinātāja shēma (a) un punkta A sprieguma diagramma (b)

Rī>S\ — Ulrel — tlieļ

Vienkvadranta reizinātāja-dalitāja shēm a attē lo ta 2.30. zīm. Tā sa tu r divus operacionālos pastip rinā tā jus A I, A 2 un divus saskaņotus lauktranzistorus VT1, VT2.

Pie nosacījum iem U ia i> 0 un « ie2 < 0 , lauk tranzisto ra VT1 kanāla pretestība

R i _I Uiez

Tā kā abiem lauktranzistoriem aizvara spriegum s ir vienāds, tad to kanālu pretestības R dsi un R dsī m ainīsies proporcionāli ieejas spriegum amUiel-

Pie noteikuma, ka U ie3>0, iegūstam

__ «ie3 d U i e 2 U i e 3 R 2Uiz ------—-----K ī = ---- ------- • - .KDS2 «iel Ai

(2—39)M inim ālos ieejas signālus nosaka lauk tranzisto ru kanālu p re te s tīb a s" /?DSl U n R d S2<

Analogais dalītājs (2.31. zīm.) no saka divu signālu attiecību, kā arī vajadzīgo pastiprinājum a koeficientu. A nalogā dalītā ja shēmā izm antots operacionālais pastip rinātājs, kura a tgriezeniskā saitē ieslēgts analogais reizinātājs.

V ar uzskatīt, ka operacionālā pastip rinā tā ja ieejas s trāva / 0p ir daudz mazāka kā strāva re iz inātā ja izejā. Tas nozīmē, ka caur rezistoriem pastip rinā tā ja ieejā plūst viena un tā pati strāva. Ja abu ieejas pretestību lielums ir vienāds, var rakstīt, ka

Uie2~ «iz reiz. (^' 40) Tā kā Uiz reiz = «iel«iz, no (2—40)

izteiksmes iegūsim, ka

«ielaiž. (2—41) Pārveidojot izteiksmi (2—41) attie

cībā pret izejas spriegum u, iegūstam

_U je2 Wiel

(2—42)

O--------------------U ie 1

r~ U i e 2 ___________

o— C Z } —- R l

2.30. zlrn. Reizinātāja-daUtāja shēma

Sai . shēmā nedrīkst pieļaut, ka « ie i< 0 , jo tad operacionālais pastip rinā tā js piesātināsies. S ignāls «ie2 var bū t vienāds ar nulli vai arī negatīvs.

Ar šāda dalītā ja palīdzību var izvilkt kvadrātsakni no lieluma ļa ie2ļ. Šādas ietaises shēm a attē lo ta 2.32. zīm. Ievērojot izteiksmi (2—40), šīs shēmas izejas spriegum s

Ujz—V jUie2ļ. (2—43) Spriegum am «iez jābū t tik lielam,

lai pastip rinātājs A I nepiesātinātos (parasti Uie2 m aina robežās 1 . . . 10 V ).

2.7. TAIMERI

Taim ers ir im pulsu form ētājs ar m ainām u im pulsu ilgum u. Taim eru shēm as ietver mezglus, kuri sa tu r analogos elem entus — kom paratorus un ciparu tehnikas m ezglus — loģiskos,

2.32. zīm. Kvadrātsaknes noteikšanas ietaise


*Ub gnutlHana

C, c“ v _ J

1 1

RStrigers

______ Ipalaišana

2.33. zīm. Taimera principiāla shēma

ventiļus, trigerus, skaitītājus. Tomēr taim eru darbības precizitāti nosaka galvenokārt kom paratori, tādēļ taim eru s pieskaita analogajām shēmām. Visus taim erus iedala divās grupās: v ien tak ta un daudztaktu (a r iebūvētu ska itītā ju ).

V ientakta taim erus pielieto galvenokārt laika intervālu no 1 ļxs līdz vienai stundai iegūšanai. Sāda taim era principiālā shēma attē lo ta 2.33. zīm. Form ēto laika intervālu garum u nosaka ārējie laika aiztures elementi R t un Ct. Izejas stāvoklī slēdzis S1 ieslēgts un taim era izejā spriegum s ir aptuveni 0,1 V (zem ais līm enis). Ja padod im pulsu uz R S trigeru caur izvadu «palaišana», tad trigera iedarbības rezu ltā tā slēdzis S1 tiek atvieno ts un izejā parādās augsta līmeņa spriegum s (aptuveni 2/3 no barošanas spriegum a).

O+Ug

l i

Vientakta Binārais t N izejastoimers skaitītājs i *"

” 1 i

Vadībaselements

f 7 * dzēšana 'palaišana

2.34. zīm. Daudztaktu taimers

Tā kā kom paratora A l ieejas pretestība daudzkārt pārsniedz rezistora R t pretestību, notiks kondensatora Ct uzlādē ar laika konstanti r —RtCt. Tikko spriegum s uz kondensatora Ct sasniegs kom paratora A I pārslēgšanās līmeni, nostrādā R S trigers. Tā rezultā tā taim era izejā parādīsies zema līmeņa spriegum s. K om paratora pārslēgšanās 'spriegum u nosaka taim era iekšējais rezistoru dalītā js (rezistori Rāstl).

Taim era darbības pārtraukšanai izm anto slēdzi S2, kuru ieslēdzot kondensators Ct izlādējas un taim era izejā parādās zema līmeņa spriegums.

D audztaktu taim erā shēma attēlo ta2.34. zīm. Ja padod palaišanas sig nālu, ieslēdzas vientakta taim ers, kas ģenerē im pulsus ar periodu Ti = C%R\. B inārais skaitītā js saskaita ģenerētos im pulsus un formē uz N izejām laika intervālus, kuru ilgum s atkarīgs no ģenerēto im pulsu skaita. Tādējādi uz jaunākās b inārās kārtas izejas tiek ģenerēts im pulss ar garum u T i un pauzi T i, uz nākošās — 2T u bet uz AMās izejas — a r garum u (2N—I ) 7"j. Pie tam ir pieļauta b inārā skaitītā ja atsevišķo izeju apvienošana. Piem ēram , ja apvieno izejas ar im pulsa garumiem T i, 8Tļ un 128ri, tad kopēja is in tervāla garum s būs 137.Ti. D audztaktu taim era uzdoto program m u v a r pārtrauk t, ja uz vadības elem entu padod impulsu «dzēšana».

Rūpnieciskajā elektronikā PSRS v isplašāk ir apgūta vientakta taim era struk tū ra a r nosaukum u KP 1005 BH1, kuras principiālā shēma attēlo ta 2.35. zīm. Šis taim ers sastāv no četriem funkcionāliem mezgliem: diviem spriegum a kom paratoriem ieejā (A l , A 2), R S trigera un invertējošā pastip rinātā ja izejā. Iekšējais spriegum a dalītājs a r 5 kfi rezistoriem nosaka nostrādes spriegum us pastiprinātājiem A l un A2.


+Ub

2.35. zīm. Taimera KP l 1

P astip rinā tā jam A l ta s sastāda 2/3 Ub lieluma, bet pastip rinātājam A2— l /3U B. Ģ enerējam o impulsu garum us nosaka pieslēgtie ārējie elem enti Rt un Ct.

Aplūkosim tuvāk taim era KP 1006 BH1 darbību (2.35. zīm .). Taim eru vada analogie kom paratori A I un A2. Pozitīvs spriegum s kom paratora A 2 ize jā ir pie zema spriegum a līmeņa uz tā ieejas spailes 2, bet attiecīgi kom para to ra A I izejā — pie augsta spriegum a līmeņa uz tā ieejas spailes 6. Abi norādītie kom paratoru pārslēg šan ās spriegum i tiek uzdoti a r spriegum a dalītāju R u Rļ, R s:'

U ļ ~ ---------^ --------- U B, U j = : R 2 + R l - -Ub .R\~\~R2JrRs

(2—44)Ja pozitīvs spriegum s ir A 2 izejā,

R S trigera izejā ir zema līmeņa sprie-- gum s (taim era izejā augsta līmeņa spriegum s). Ja pozitīvs spriegum s ir pastip rinā tā ja A l izejā, tad trigera izejā ir augsta līmeņa spriegum s, bet

—I

J

6 BHI principiāla shēma

paša taim era izejā — zema līmeņa spriegums.

Taim era palaišana ir iespējam a tikai tad, ja padod nulles spriegum u uz spaili 2. P ārslēdzas kom parators A 2 un izejā (spaile 3 ) ir augsta līmeņa spriegum s, kā arī tiek aizvērts tranzisto rs VT1. D zēšanas izvads 4 kalpo izejas spriegum a piespiedu nullēšanai un taim era darbības bloķēšanai ar a tvērtā tranzisto ra VT1 palīdzību. Ja nav nepieciešam a bloķēšana, izvadu . 4 savieno ar barošanas avota pozitīvo spaili un tranzisto rs VT2 ir aizvērts. Izvads 5 kalpo ārējā stab ilizētā spriegum a padošanai uz komparatoriem A l un A2, ta s ļauj izm ain īt šo kom paratoru pārslēgšanās spriegum us. Lai m azinātu traucējum u ED S ietekmi, starp izvadiem 5 un i pieslēdz nelielu kondensatoru (0,01 |xF).

Izvads 6 kalpo taim era pārslēgšanai ar nosacījum u, ka UŪ> U 2. Izejā tiek iegūts zema spriegum a līmenis, kā ari


+Ub b

2.36. zim. Taimera multivibratora shēma (a) un spriegumu diagrammas (b)

tiek ieslēgts tranzisto rs VT1. Izvads 7 savienots ar tranzisto ra VT1 kolekto ru un kalpo RC ķēdes vai citu iekārtu pieslēgšanai. Izvads 8 paredzēts barošanas spriegum a pozitīvās spailes pieslēgšanai.

S intezējot shēm as uz taim eru bāzes, jāievēro, ka svārstību režīmos spriegum us C/6 un U2 jāform ē pašām shēmām, bet gaidošā režīm ā tas tiek veikts ar ārējo signālu palīdzību. Ja im pulsu form ēšanas brīdī uz spaili 4 padod zema līmeņa spriegum u, tad ieslēdzas tranzisto rs VT2 un. taim era darbība pārtraucas (izejā nulles sig nāls, tranzisto rs VT1 ieslēgts).

Taimera multivibratora shēma a ttē lota 2.36. zīm. a. Lai panāktu impulsu ģenerāciju, izvadi 2 un 6 apvienoti un pieslēgti ārējā kondensatora C un rezistora R savienojum a punktam. Pieslēdzot barošanas spriegum u Ub, sā kumā U c= 0 un izejā iegūstam au g sta līmeņa spriegum u. Pēc tam notiek kondensatora C uzlādē no izejas sprieguma. K vazistacionārā režīm ā uzlādēs un atlādes beigu spriegum a līmenis svārstās starp lielumiem U2 un Uļ. M aksim ālais izejas spriegum s ir vienāds ar Ub, minimālo spriegum a līmeni izejā nosaka N E elem ents (sk.2.35. zīm .).

Im pulsu garum us pie uzlādēs un izlādes raksturo sekojošas izteiksmes:

U max— Uļ

t a u = R C . ( 2 - 4 5 )Ui— t/min

Kā redzam s, pie uzdotajiem lielumiem t/max un Umin laikus t \12 Un. 4 u (2.36. zīm. b) regulē a r ārējiem param etriem — R un C. Ja m aina U2 lielumu (izvads 5), tad v a r pan āk t ģenerējam o im pulsu piln īgu sim etriju . M ainot C robežās no 0,001 nF līdz. lO ļiF un R no l k Q līdz 100 kQ, im pulsu platum u var izm ainīt robežās no dažām mikrosekundēm līdz sekundēm.

Monovibratora darbību nodrošina a r kom paratoru A 2 (2.37. zīm. a), ku ru palaiž ar zema līm eņa impulsu.' Pie tam izvadus 2 un 6 nedrīkst apvienot. Paralēli V T J pieslēdz ārējo kondensatoru, bet izvadus 6 un 7 apvieno. Re- z is to n f i? pieslēdz pie barošanas avo ta un kondensatora C. Lai novērstu fiktīvas -nostrādes, pie izvada 5 pieslēdz filtra kondensatoru Ct. Apvieno arī izvadus 4 un 8.

Pieslēdzot barošanas spriegumu,, kondensators C uzlādējas, iekšējā tr igera izejā rodas augsta līmeņa sig nāls, bet taim era izejā — zema līmeņa signāls. Tā kā tranzisto rs VT1 a tvērts, tad kondensators C iz lādējas. Padodot zema līmeņa pala išanas im pulsu uz spaili 2 (2.37. zīm. b), no


1/3 ŪB

t

2.37. zim. Taimera monovibratora shēma (a) un spriegumu diagrammas (b)

Un iess trād ā kom parators A I , kas palaiž ta imeru, iegūsto t izejā au g sta līmeņa spriegum u. Notiek kondensatora C uzlādē caur rezistoru R. Laika momentā, kad uc = U2, notiek kom paratora A l pārslēgšanās, izejas spriegum s nokrīt uz nulli un atveras tranzisto rs VT1. Notiek kondensatora C atlāde caur tranz is to ru VTI. Pēc kondensatora at- lādes shēma sagatavo ta cikla a tkārto šanai.

M onovibratora im pulsa platum u var aprēķināt, pēc sekojošas izteiksmes

| (2—46)l Uq—C/2

kur R C — ārējās ķēdes laika konstan te;

tranzisto ra VTl piesātinājum a spriegum s; dalītā ja spriegums.

Ar šāda m onovibratora palīdzību im pulsa platum u var izm ainīt robežās no dažām mikrosekundēm līdz desmitiem sekunžu.

Ja uz taim era izvada 5 padod regulējam u spriegum u £/re g, bet taim eru periodiski palaiž, tad iegūstam regu lējamu m onovibratoru — impulsu p la tum a m odulatoru.

Im pulsu platum u šai režīm ā var aprēķināt pēc sekojošas izteiksmes:

t i= R C 1nf (^6 t/pies) ļ[*£/«— Uieg J

(2 - 4 7 )

O U,e

2.38. ztm. Taimera monovibratora slēgums (a) lineāri mainīgā sprieguma ģenerešanai un spriegumu diagrammas (b)

56 «M odernās elektronikas pam ati»

L4 8

3

5

7

G + U c

2.39. z īm . N esim etriskā m ultivibratora shēma (a) un spriegum u diagram m as (b)

kur Ureg — pielikta regulejama sprier guraa lielums.

Ja palaišanas impulsu atkārtošanas periods ir mazāks kā t i , tad rodas frekvences dalīšanas režīms, jo palaišanas impulsi tiek padoti biežāk, nekā atkārtojas impulsi izejā. Ja monovibratora kondensatoru lādē caur tranzistoru (2.38. zīm.), var panākt lineāru kondensatora sprieguma pieaugumu uzlādēs laikā, jo lādēšanas strāva ir praktiski konstants lielums.

N esim etr isko m u l t iv ibra toru veido pēc 2.39. zīm. shēmas. "Kondensatora uzlādi līdz spriegumam 2/3Ub veic no barošanas avota caur rezistoriem R l un R 2 un tā ilgst

tuz = 0,693 ( R ļ + R 2)C. (2—48)

Kondensatora atlādi līdz spriegumam 1/3£/b veic caur rezistoru R2, kurš ieslēgts tranzistora VT1 ķēdē. Izlādes laiku var aprēķināt kā

4 ti= 0 ,6 9 3 R 2C. (2—49)Pilnais impulsu atkārtošanās periods

T = /u z-ļ-4ti— 0,693 (^ļ-ļ-2^?2) C.(2—50)

Interesanta ir nesimetriskā multivibratora darbība pie izvada 5 sprie

guma izmaiņām. Tad perioda laikā mainās gan izejas impulsu frekvence,, gan to platums. Tas notiek tādēļ, ka, izmainot izvada 5 spriegumu, mainās- gan kondensatora uzlādēs, gan atlādes sliekšņa spriegumi.

Ja kondensatoru uzlādē tikai caur rezistoru R l , bet atlādē caur R 2 (2.40, zīm.), piemeklējot rezistoru <vērtības, var panākt, ka t m = h t u t. i., multivibrators strādā simetriski. Lai šādā variantā shēma darbotos, rezistora R 2 lielumam jābūt mazākam par 0,5 R l * citādi izvada 2 spriegums nebūs mazāks par 1/3 Ub.

o + (Jb

2.40. z īm . Taimera m ultivibrators ar iesp ējam u sim etriju

3. Ciparu kombinacionalās shēmas 57

3 . C IPA R U K O M B IN A C IO N A L Ā S SHĒM AS

Elektroniskās ietaises, kurās operē a r divlīmeņu sprieguma signāliem, sauc par d isk rē tā m vai ciparu ietaisēm . Tās sastāv no mazas un vidējas integrācijas pakāpes ciparu mikroshēmām. So mikroshēmu ieejas un izejas signāliem jābūt ar divām noteiktām vērtībām attiecībā pret visas sistēmas kopējo «nulles» vadu: vai nu augstā sprieguma līmeņa (H — angliski h ig h ) , vai zemā sprieguma līmeņa (L — low ) , t. i., signāliem jābūt diskrētiem. Zemā sprieguma līmeņa signālu pieņem par loģiskās «nulles» signālu, augstā sprieguma līmeņa signālu — par loģiskā «vieninieka» signālu. Tādējādi tiek formēti bināri (0 un 1) diskrētie signāli.

Ir vesela virkne iekārtu, kurās izejas signāla binārā vērtība ir atkarīga tikai no ieejas signālu momentānajām vērtībām. Pie tam ietaises nostrāde notiek tikai pie zināmas ieejas signālu kombinācijas. Tādēļ šādas iekārtas sauc par ciparu kombinacionālām shēmām. Tā kā sakarības starp ieejas signālu kombinācijām un izejas signālu var aprakstīt ar loģikas izteiksmēm, šādas shēmas sauc ari par loģiskajām un to sintēzei plaši pielieto matemātiskās loģikas metodes.

3.1. K O M B IN A C IO N Ā LO SHĒMU IZVEIDE

Ciparu mikroshēmu (apzīmējums shēmās DD — diskrētās) piesaiste barošanas kopnēm attēlota 3.1. zīmē

jumā. Praktiski gandrīz vienmēr kā kopējo vadu izmanto barošanas avota «mīnusa» vadu. Ciparu mikroshēmai ir divi barošanas izvadi, vismaz viens ieejas un viens izejas izvads. Ciparu mikroshēmas barošanas izvadus pievieno pie barošanas avota (B A ) «plusa» spailes un kopējā vada, bet ieejas izvadus (šeit A, B ) — pie pārslēgiem un slēdžiem S vai iepriekšējo mikroshēmu izejas izvadiem Y. Ja pārslēga bīdkontakts novietots apakšējā stāvoklī L (vai 0), tad spriegums starp ieejas izvadu un kopējo vadu ir nulle. Ja pārslēga bīdkontakts ir augšējā stāvoklī H, tad ieejas signāls ir 1.

Ja mikroshēmai jākontrolē kāda cita avota (piemēram, U t) divlīmeņa spriegums, tad šā avota mīnusa spaile jā savieno ar kopējo vadu, bet signāla U , augstais līmenis ( U a i jābūt lielākam par vieninieka ieejas signālam atbilstošu spriegumu) jāpievada ieejai caur rezistoru R l . Tā kā mikroshēmas ieejas spriegums nedrīkst pārsniegt barošanas spriegumu, ieejas sprieguma maksimālā vērtība jāierobežo (piemēram, ar diodi VD1).

Mikroshēmā izejas signālu parasti formē pārslēdzošie tranzistori. To ieslēgtie un izslēgtie stāvokļi neatbilst ideālu slēdžu parametriem: kad starp izvadti Y un 0 esošais tranzistors ir ieslēgts, tā kolektora-emitera spriegums nav nulle, bet aizvērtā stāvoklī caur tranzistoru plūst noplūdes strāva un tādēļ tā kolektora-emitera spriegums nav vienāds ar barojošā avota spriegumu, bet gan mazāks.


3.1. z īm . M ikroshēmu pieslēgšana:BA —• barošanas avots; D D 1 . . . DD3 — ciparu (diskrētās) mikroshēmas; S I , S2

pārslēgi; S3 — slēdzis; A , B — m ikroshēmu ieejas; Y — izejas

Nākošās mikroshēmas ieejai šāda izejas tranzistora ieslēgtā stāvokļa spriegums jāuzskata par loģisko 0, bet izslēgtā — par loģisko 1.

Šai sakarā norāda minimālo sprieguma līmeni t/ie1, kuru ciparu mikroshēmu ieejas uztver par loģisko 1, kā arī maksimālo sprieguma līmeni U ie°, kuru tās uztver par loģisko 0. Piemēram, visizplatītākajām K155 sērijas mikroshēmām ar 5 V barošanas spriegumu £/ie’= 2 V , bet t / ie°=0,8V . Savukārt izejas sprieguma līmeņiem abos stāvokļos stabili jāgarantē ieejas līmeņu atbilstība, tāpēc U i z ' = 2,4 V, bet U lz° = 0,4 V.

Bez mikroshēmām ar 5 V barošanas spriegumu ir ari mikroshēmas a r 15 V barošanas spriegumu (K 511 sērijas ciparu mikroshēmas), kuras ir daudz nejutīgākas pret traucējumiem un domātas ražošanas procesa automatizācijai. Šo mikroshēmu sērija ir maz sazarota, t. i., tajā ir maz dažādu funkcionālo shēmu veidu.

Svarīgs rādītājs ir mikroshēmas darbības laikā patērē jam ā jauda. Šo jaudu pievada no barošanas avota un tai jābūt pēc iespējas mazākai. Jāa tceras, ka patērētā jauda nosaka arī siltuma zudumus mikroshēmā un šo siltumu no mikroshēmas jānovada. Šis faktors limitē integrācijas pakāpes paaugstināšanas iespējas. Vienkāršāko K155 sērijas mikroshēmu patērētā jauda ir apmēram 10 mW (patērētā strāva 2mA). Sarežģītākas šis pašas sērijas mikroshēmas patērē pat 100 mA.

Vēl viens raksturojošais param etrs ir aiz tures la iks , kurš paiet no nepieciešamās ieejas signālu kombinācijas pieslēgšanas līdz izejas signāla formēšanai. K155 sērijas mikroshēmām šis laiks ir 9 nanosekundes.

Rokasgrāmatās uzrāda ari mikroshēmu pie ļau jam ās ize jas s t rā v a s augsta un zema līmeņa izejas spriegumu gadījumos, kā arī ieejas ķēdes s t rā va s pie abiem ieejas sprieguma līmeņiem. Jāievēro, ka pie zema lī

3. Ciparu kombinācionalās shēmas 59

meņa ieejas sprieguma strāvai ieejā ir- negatīva zīme (tā plūst no mikroshē

mas uz ārējo slēdzi) un tā ir samērā liela —■ 1,6 mA K155 sērijas mikroshēmām. Ja mikroshēmas ieejas signālu veido iepriekšējās mikroshēmas Izejas tranzistors, tad tam jāiztur šā -«nulles» signāla slodze no visām Ieejām, kas tam pieslēgtas. Tāpēc tiek norādīts m ikroshēm as ize jai pieļaujam o p ies lēdzam o ieeju skaits . Tā K155 sērijas mikroshēmas izejai var pieslēgt ne vairāk kā 10 tā paša tipa elementu ieejas.

3.2. G ALVENĀS LOĢISKĀS FUNKCIJAS UN SAKARĪBAS STARP TĀ MPar galvenajām var uzskatīt tiešās

loģiskās funkcijas UN, VAI, nolieguma funkciju NE un inversās loģiskās funkcijas UN-NE (tātad UN), VAI-NE(VĀTT

Loģiskā elementa UN (3.2. zīm.) izejas signāls Q būs vienāds ar 1 tikai vienā gadījumā, ja visi ieejas signāli

X \ = X 2 — X ļ — . . . — X n ~ 1.

Tāds rezultāts atbilst ieejas signālu loģiskam reizinājumam

Q = x 1x2x s . . . x n = x 1/ \ x 2/ \ x 3/ \ . . . / \ x n.

J a kaut viens reizinātājs ir nulle, izejas signāls Q —0. So operāciju sauc arī par konjunkciju. Loģiskā elementa UN-NE (Šeffera šautra) izejas signāls Q = 0 tikai tad, ja visi ieejas signāli X ļ ~ x 2— . . . = x n — 1 Šajā gadījum ā Q = XļX2X3. . .Xn = X ļ / \X 2/ \ . . . / \X n■

Loģiskā elementa VAI izejā Q = l, ja Xļ vai kāds cits ieejas signāls vienāds ar 1. Šai gadījumā rezultāts atbilst loģiskai ieejas signālu summēšanai

Q = X i ~ ļ - X 2- ļ-X3~ļ- . . . ~ļ~Xn —

= * i V * z V * 3 V ■ • • V * n .

X?-X?-

bx,.

*4-----

cX r

dx,-

x . ix , X - X « Q

1 ! 1 ? 7 7

Visas ci tas kombinācijas 0

X , X3 X , Q

7 1 7 7 0Visos citas kombinācijas 1

X, X , X 3 * 4 Q0 0 0 0 0Visas citas kombinācijas 1

X , X t Xs X t Q0 0 0 0 7Visas ci tas kombinācijas

3.2. z īm . G alvenie loģisk ie elem enti:

a — UN; b - UN-NE (Ū N ); c - VAI;

d — VAI-NE (VAI); x ,, Xī , x3, x t — ieejas Q izejas spaile

Savukārt VAI-NE (Pīrsa šautra) izejā Q = 0, ja Xi = l vai x2= l , vai kāds cits ieejas signāls vienāds ar 1. Tikai, ja visi ieejas signāli ir 0, izejā Q = l, t. i„

Q — Xļ-\-X2-ļ- . . . - ļ - X n = X 1 \ J X 2\ J . . . \ / X n .

Operāciju VAI sauc arī par disjunkciju.

Galvenās sakarības ir šādas:0 = 1 , 7 = 0 ;x + 0 = x , x - 1 —x;

x-0=0;x - x = x ; x- īč= 0;

x + l = 1, x - ļ - x = x , x + x = l , x = x ;x + y = y + x , x - j - x - y = x , x + x - y = x + y , x + y - z = * ( x + y ) . ( x + z ) x ( y + z ) = x - y + x - z .

x - y = y - x ;x - ( x + y ) = x ;x - ( x + y ) = x - y \


O DD1.1

X,— j ļ - A

DD1.3 7 ļ Xļ.Xļ

DD1.2

X2- X r

OD1.)

D D 12

T j A .

DD1.3*— T ļ X,*X2

3.3. z lm . L oģisko m ezglu izveide, izm antojot viena tipa invertējošos elem entus: a — UN shēm a no VAI elem entiem ; b — VAI shēma no UN elem entiem

Visas šīs sakarības var viegli pierādīt ar funkcijas vērtību tabulu palīdzību.

Sevišķa nozīme loģisko shēmu sintēzē ir tā saucamajām de M organa sakarībām

a - b — ā-ļ-b,

a + b = ā-b,

kuras arī apstiprina sekojoša funkcijas nosacījumu (vērtību) tabula (3.1. tabula).

3.1. tabula

Nosacījumu tabula de Morgana sakarību pierādīšanai

a b a • b a+ b a + b a • b

0 0 ī ī 1 11 0 ī ī 0 00 1 ī ī 0 01 1 0 0 0 0

De Morgana sakarības ļauj realizēt jebkuras loģiskās shēmas ar viena tipa UN-NE vai arī VAI-NE elementiem, kurus var uzskatīt par pamatelementiem. Pieņemsim, ka no VAI-NE elementiem jāizveido UN loģiskais ele-

3.2. tabu laNosacījumu tabula

, X, X2 *3 X, F

0 0 0 • 0 10 1 0 0 11 1 0 0 11 0 0 0. 10 0 0 1 00 1 0 I 01 I 0 1 11 0 0 1 00 0 1 1 10 1 1 1 11 1 1 1 01 0 1 1 00 0 1 0 10 1 1 0 11 1 1 0 01 0 1 0 0

ments ieejas signāliem x \ un x 2. Pielietojot de Morgana pirmo sakarību

X\ ’X 2 ~ X \ 'X2~X\~jrX2‘

tātad UN elementu var izveidot no trim VAI-NE elementiem (3.3 zīm.). Tāpat divu signālu VAI funkciju var realizēt ar trim UN-NE elementiem, jo

X l + X 2 = X i + X 2 — X ļ ' X2

(sk. 3.3. zlm. b) .

3. Ciparu kom binācionālās shēm as 61

Xj X2

0001

?n

10

00x3

01x411 10

'7*1 / 1 0 (1 1 11 1 1 1 . 1 t 0 h 1J

V-' _ v 0 00 0 0

3.4. z īm . Dotajai nosacījum u tabulai (3.2. tab .) a tb ilstoša

' Kārno karte

Līdzīgi var atrisināt arī daudz sarežģītākus uzdevumus. Vispārējā gadījumā jāsāk ar nosacījumu tabulas izveidi visām ieejas lielumu kombinācijām. Ja aplūkojam šādas tabulas horizontālo rindu ar izejas funkcijas vērtību F — 1, redzam, ka F ir reizinājuma rezultāts starp ieejas lielumiem ar vērtību 1 un ieejas lielumu ar vērtību 0 inversajiem signāliem. Piemēram, dotajā četru ieejas lielumu nosacījumu 3.2. tabulā pirmajai rindai a tbilst F = 1 ~ X r X 2-X3 -X4.

Katra nākamā rinda ar F = I satur citādu ieejas signālu reizinājumu. Tas. ka ir vairākas rindas ar rezultātu I, liecina, ka starp šīm rindām ir disfunkcija. Tātad visi šādi reizinājumi loģiski jāsummē. Rezultātā iegfistartļ garu loģisko nosacījumu izteiksmi, kuru varam vienkāršot, pielietojot pamat- teorēmas. Taču tas nav vienkārši.

Loģisko izteiksmju vienkāršošanai var pielietot universālu metodi, kuras pamatā ir nosacījumu kartes (t. s. Kārno kartes) izmantošana. Dotajai tabulai (3.2. tab.) atbilstoša karte attēlota 3.4. zīmējumā. Seit četri ieejas lielumi sadalīti divās grupās un dotas katras grupas četras iespējamās vērtību kombinācijas. Tātad kartē ir 16 šūniņas, kurās ievietojam funkcijas vērtības pie attiecīgajām grupu vērtībām. No kartes izdalām tās trīs taisn

stūra zonas, kurās vērtības f = l . Ja aplūkojamās • zonas robežās kāds no ieejas parametriem maina savu vērtību, šis parametrs loģiskajā reizinājumā nav jāievēro. Nemainīgie 0 signālu ieejas lielumi reizinājumā jāin— vērtē.

Pielietojot šo metodi, no pirmās- vertikālās zonas F = 1 = x 3-x 4, no horizontālās zonas F = 1 ==xrx2-x3, no augšējā kvadrāta F — I = x r x 3, tātad

F = X i ' X 3- ^ - X 3 ' X \ • X 2 - \ ~X3 ' X ļ .

Kārno karti var izveidot arī citam ieejas lielumu skaitam.

3.3. CIPARU M IKRO SHĒM U VEID I

Pašlaik pasaules praksē dominē tris veidu ciparu m ikroshēm as: parasto bipolāro tranzistoru loģiskās, shēmas TTL, komplementāri (savstarpēji papildinoši) slēgtu lauktranzistoru. M O P mikroshēmas K M O P un tranzistoru emiteru saites loģikas E S L mikroshēmas.

Sākotnēji mikroshēmu vietā lietojat magnētiskos loģiskos elementus (piemēram, «Loģika — M»), tad tranzistoru neintegrētos loģiskos elementus («Loģika — T»), bet '60. gados radās integrālās daudzelementu mikroshēmas.

Vismasveidīgākās ir T T L mikroshēmas, kuras veidotas, kombinējot bipolāro tranzistoru savienojumus.

Kā pamatelementu var uzskatīt diožu-tranzistoru UN-NE tipa loģisko' elementu D T L (3.5. zīm.). Ja kaut vienā ieejā pārslēga bīdkontaktu nostāda apakšējā stāvoklī (ieejas signāls 0 ) , strāva no + £ / b caur rezistoru R1 un diodi VD1 plūst tieši uz «nulles» vadu, apejot pārslēdzošā izejas tranzistora VT1 bāzes ķēdi, tranzistors ir aizvērts. Izejā šai gadījumā

« 2 «M odernās elektronikas pam ati»

jO

H L

L r

* U B

A~o~

VD1

B VD2

R1

VD3-£ 4

R2

Q

l/VT1

S1 R 3

A B Q1 1 01 0 7 .0 ; 70 0 7

3.5. z īm . D iožu-tranzistoru loģ iska is elem ents UN: a — shēma; b — m ikroshēm as apzīm ējum s; c — nosacījum u tabula

ir signāls 1. Ja bldkontakts atrodas augšējā stāvoklī (ieejas signāls 1), diode VD1 aizvērta un avota spriegums caur R1 un diodi VD3 rada strāvu tranzistora bāzes ķēdē. Tranzistors šai gadījumā ieslēgts un £/iz° » 0.

Šāds izejas tranzistora stāvoklis būs tikai tad, ja ieejā A un ieejā B nebūs zema līmeņa signāla. Tātad šāda mikroshēma realizē funkciju UN-NE. Pēc D T L principiem izveidotas 15 V ciparu mikroshēmas K511. Kā jau bija atzīmēts, šo mikroshēmu daudzveidība ir maza. Tādēļ uz to bāzes izveidota speciāla loģisko elementu sērija «Loģika I», kuras elementi var realizēt sarežģītas funkcijas.

D T L mikroshēmās «nulles» komandu signālus ērti ievadīt ar releju kontaktiem, taustiņiem, pārslēdžiem, tos ieslēdzot starp ieejas izvadiem un -«nulles» vadu. Šādu mikroshēmu pilnveidošana notika, aizvietojot ieejas diožu VD1, VD2 matricu ar vairāk-

emiteru tranzistoru VT1 (3.6. zīm.), kura p - t i pārejas patiesībā atbilst šīm pašām ieejas diodēm. Visvienkāršākā UN funkcijas T T L mikroshēma attē-:' lota 3.6. zīm. Ja kaut viena no ieejām, tas ir, viens no tranzistora VT1 emiteriem, savienota ar «nulles» vadu, tad strāva no -1-£/b caur rezistoru R l , tranzistora bāzi un emiteru tieši no-

3. Ciparu kom binācionālās shēm as 63

plūst uz «zemi», apejot tranzistora VT2 bāzes ķēdi. Tranzistors VT2 aizvērts.

Ja zīmējumā slēdža bldkontakts ir augšējā (1) stāvoklī, tad starp tranzistora VT1 bāzi un emiteru nav potenciālu starpības, emitera strāva ir nulle un avota radītā strāva caur R l , tranzistora VT1 bāzes-kolektora pāreju un tranzistora VT2 bāzes ķēdi noplūst uz «zemi». Tranzistors VT2 ieslēgts un U iZ° « 0 . Nozīmīga D T L un T T L mikroshēmu īpašība ir tā, ka ieejas strāva augsta līmeņa ieejas signāla gadījumā praktiski ir nulle. Taču jāievēro, ka nekur nepieslēgtas ieejas faktiski atbilst augstā līmeņa signālam uz šīm ieejām. Lai nerastos kļūdaina shēmas darbība, neizmantotās ieejas jāpieslēdz stabilam sprieguma avotam.

Reāli UN funkcijas T T L shēmas sastāv no vairākām tranzistoru kaskādēm (3.7. zīm.), pie tam izeju veido daļēji savstarpēji papildinoši (t. i., kvazikomplementāri) savienoti n-p-n

A E3.7. z īm . V a irā k u k a sk ā ž u T T L m ikro

shēm a UN

(vai p-ti-p) tranzistori no barošanas avota pozitīvās un negatīvās spailes puses. Tāds slēgums ļauj samazināt mikroshēmas strāvas patēriņu 0 izejas signāla gadījumā, vienlaicīgi nodrošinot minimālu rezistora R 4 vērtību un augstu elementa noslodzes spēju 1 izejas signāla gadījumā. Šeit, kad VT3 ieslēgts (izejā 1), tranzistors VT4 izslēgts un otrādi. Tomēr ļoti īsajos pārslēgšanās brīžos abi tranzistori ieslēgti reizē un tādēļ rodas impulsveida īsslēguma strāvas, kas izsauc barošanas ķēdēs traucējumus. Tas ir būtisks T T L shēmu trūkums.

Ja 3.7. zīm. attēlotajā shēmā izejai nav paredzēta saites ķēde ar + U ļ t r t. i., trūkst VD1, VT3, R4, izveidojas T T L elements ar tā saucamo «atvērto kolektoru». Šādam elementam izejā parasti ir samērā jaudīgs tranzistors VT4 un tam var pieslēgt lielākas slodzes — indikatoru lampas, mirdzdiodes, izejas pastiprinātājus, vairākus desmitus citu mikroshēmu ieeju. Pie tam tranzistoru VT4 var izveidot ar augstāku pieļaujamo kolektora-emitera spriegumu un tādējādi slodzes ķēdi atdalīt no barošanas sprieguma U b .

«Atvērtā kolektora» (AK) elementi ļau) realizēt arī loģisko elementu ieeju skaita palielināšanu. Piemēram, ja vajadzīgs elements ar 20 ieejām (maksimālais viena elementa ieeju skaits parasti ir 4), varam savienot paralēli piecu AK mikroshēmu izejas un mākslīgi izveidot elementu ar 20 ieejām.

3.7. zīm. attēlotā shēma ļauj realizēt elementu ar trim stabiliem izejas stāvokļiem — 1, 0 un izeju, praktiski izolētu no barošanas kopnēm. Sādi elementi speciāli radīti vadāmai pieslēgšanai datu maģistrālēm. Ja maģistrālei pieslēgtas daudzu loģisko elementu izejas, tad, iestādot tās visas izolētā stāvoklī, nepastāv izeju savstarpējā ietekme. Visas izejas it kā

-64 «M odernās elektronikas pam ati»

«karājas» gaisā. Maģistrālei pieslēdz tikai vienu elementu, kura izejas sign ā ls tad ari nokļūst maģistrālē.

Šādam elementam ir atļaujas ieeja EO (enable o u tp u t — izvade atļauta).

J a šai ieejai pieslēgts signāls 1, tad papildus tranzistors VT5 (3.8. zlm.) .ir ieslēgts un šuntē tranzistora VT3 un VT4 bāzes ķēdes, aizliedzot tiem ieslēgties un tā izolējot izeju. Ja atļaujas ieejā ir signāls 0, VT5 ir aizvērts un var veidoties izejas loģiskais signāls.*

T T L shēmu galvenais trūkums ir sam ērā liels strāvas patēriņš un zema -ātrdarbība. Ātrdarbības paaugstināšanā lielu ieguldījumu deva vācu fiziķa Šotkija (Schottky) 70. gados atklātais efekts — ievietojot p-n pārejā metālisku slāni, var ievērojami samazināt spriegum a kritumu pārejā. Ar šādu diodi VD1 (3.9. zīm.) šuntējot tran zistora VT1 bāzes-kolektora pāreju, v a r izslēgt tā pilnīgu piesātinājumu. Tā kā tranzistors nav pilnīgi piesātināts, pārtraucot bāzes strāvu, tas

+ Ue

3.8. z īm . TTL mikroshēma UN, kurai ir trīs stabili stāvokļi.

f c F -ļ <

3.9. z īm . Sotkija diodes p ieslēgšan a tranzistoram (a ) un šād as sistēm as v isp ārīgs apzīm ējum s (b)

ātrāk ieslēdzas. Tā panāk būtisku ātrdarbības pieaugumu, kā arī strāvas patēriņa samazināšanos.

T T L shemotehnikā viegli realizēt UN, UN, kā ari VAI shēmas. Lai realizētu VAI funkciju, lieto 3.10. zīm. attēloto shēmu. Ja pārslēdzu S1 un S 2 bīdkontakti novietoti apakšējā stāvoklī ( A = B = Q), tranzistoru VT2, VT3 bāzu ķēdēs nav strāvas un tie ir aizvērti. Rezultātā VT5 ieslēgts, bet VT6 izslēgts, t. i., Q = 1. Ja kaut viens no ieejas signāliem ir 1, kāds no paralēli slēgtajiem tranzistoriem VT2, VT3 ir ieslēgts. Rezultātā VT6 ieslēgts, bet VT5 izslēgts (tātad Q = 0).

Viegli izveidot arī UN — VAI loģisko elementu. Lai to izdarītu, 3.10. zīm. attēlotajā shēmā tranzistori VT1 un VT4 jāaizstāj ar daudzemiteru. Taču grūti izveidot parasto VAI elementu.

* Turpmāk, ja mikroshēmas ieejai ir invertēšanas zīme — svītriņa virs apzīmējuma vai aplītis, tas norāda, ka šī ieeja nosaka mikroshēmas darbību ar zema loģiskā līmeņa signālu.

3. Ciparu kom binacionālās shēm as 65

3.10. z īm . TT L mikroshēma VAI

Vairāku pēc 3.7, zīm. veidotu T T L shēmu divtaktu izejas nedrīkst slēgt paralēli. Ja to izdarītu, elementa, kura izejas signāls ir 0, tranzistors VT4 radītu bīstamu pārslodzi paralēli pieslēgtā elementa augšējam tranzistoram VT3, jo tas var būt ieslēgts. Lai realizētu elementu paralēlu darbību, no mikroshēmas izvada tranzistora VT2 (sk. 3.7. zīm.) kolektoru un emiteru. Savienojot vairāku mikroshēmu tranzistorus VT2, var realizēt vairāku mikroshēmu VAI funkciju. So paņēmienu sauc «paplašināšana VAI funkcijai».

Ir arī T T L mikroshēmas ar vienu ieeju. Tās loģiskās funkcijas nepilda, bet tikai formē pietiekami jaudīgus dzejas signālus. Šādus elementus sauc par bufermikroshēmām, un tiem ir ieeja / ( inpu t — ieeja) un izeja Y vai F (ļoti bieži izejā ieslēgts atvērtā kolektora tranzistors). Bufermikroshēmām var būt arī spailes, kuras atjauj informācijas ievadi un izvadi (attiecīgi E I — enable in p u t un E0). Ar tām var veidot elementu pieslēgts — 356

sanu un atslēgšanu no datu m aģistrāles.

Mikroshēmu patērēto strāvu var krasi samazināt, lietojot M O P lauktranzistorus, kurus zemās ātrdarbības dēļ var slēgt tikai komplementārā slēgumā, kas ari nepieciešams mikroshēmas normālam darbam. Mikro-

+Ug

H

LS f

Q

D

3 V72

3.11. z īm . Invertējošs ĶM OP loģiskais elem ents


B

* U e

VT2H--J

D D Q

i h-> D ^ VT3

DVT4

3.12. z lm . Ķ M O P loģ iska is elem ents UN

shēmu K M O P var veidot pēc 3.11. zlm. attēlotās shēmas. Seit tranzistors VT1 ir ar normāli izslēgtu p-kanālu, bet VT2 — ar normāli izslēgtu «-kanālu. Ja pārslēga bīdkontakts ir apakšējā stāvoklī, tranzistora VT1 aizvaram ir negatīvs potenciāls attiecībā pret kanāla vadāmības lādiņu (p ). Tādēļ VT1 atvērts, bet VT2 aizvērts,

3.13, z lm . Ķ M O P loģ iska is elem ents VAI

jo tā aizvara potenciāls ir vienāds a r ti vadāmības izteces potenciālu. Izejas- signāls Q = l.

Ja pārslēga bīdkontakts ir augšējā, stāvoklī, tranzistors VT1 aizvērts, bet VT2 atvērts, jo tā aizvara potenciāls, ir pozitīvs attiecībā pret tā kanāla vadāmības lādiņu (n ) . Tātad šāda shēma ir invertējoša, praktiski nepatērē strāvu no barošanas avota pie augsta ieejas, signāla un, tā kā shēmā nav rezistoru,. ir ekonomiska. Lāuktranzistori ir maz- jutīgi pret barošanas sprieguma līmeni, tāpēc Ub var īpaši nestabilizēt. Ja elementa ieejā ir 0 un izejā Q = l, loģiskais elements praktiski neko ntepa- tērē, jo izeja pievienota cita elementa ļoti augstomīgai ieejai (i?ie= 1 0 120 ) . Taču, tāpat kā TTL shēmās, arī šeit pastāv iespēja, ka VT1 un VT2 vienlaicīgi ieslēgti un rodas traucējumu signāli barošanas ķēdēs. Tomēr KMOP elementi ir traucējumdroši. Tie labi saistās kopā ar TTL elementiem.

Pam atā ir U N '(3 .12. zīm.), VĀĪ (3.13. zīm.) un trīs stāvokļu KMOP loģiskie elementi. Kā redzams, MOP tranzistorus ar sprieguma vadību var slēgt virknē. Tas būtiski atvieglo elementu izveidi. Ar KMOP elementu palīdzību ērti veidot ciparu un anajogo- signālu komutatorus. KMOP elementiem ir arī trūkumi — samērā zema ātrdarbība, tos nepieciešams aizsargāt pret statiskās elektrības lādiņu iedarbi.

Pēdējā laikā diezgan plaši lieto emitera saites loģiku ESL, kurai raksturīga ļoti augsta ātrdarbība (pārslēgšanās noris nanosekundes daļu laikā). Tā veidota uz nepiesātinātu tranzistoru diferenciālo pastiprinātāju bāzes.

K500 sērijas ESL mikroshēma attēlota 3.14. zīmējumā. Kā redzams, kopējais vads «nulle» ir barošanas avota pozitīvā spaile. Ja slēdža S bīdkontakts novietots augšējā stāvoklī (ieejas,

3. Ciparu kombinacionalās shēmas 67

L(H) L

H (L )r 5

+

L l

8

I\ R 1 R 2

r

VT4,\

^ N VTl VT2

i I

I

V 73 ___ ^

T

y

V T 6

r V r s

V j

3 7 VD1

i l/ 0 2

R5

i ______ - U '

3.14. z īm . E S L mikroshēma

signāls 0), tranzistors VT4 ieslēgts un izejas tranzistors VT5 — izslēgts. Uz inversās izejas spailes Q — 1. Ja nav ieslēgts kāds no ieejas tranzistoriem V T l , VT4 (ieejas signāls 1), •caur rezistoru R1 tranzistors VT5 saņem bāzes strāvu un ir nepiesātināti ieslēgts. Izejā Q signāls ir nulle; tā tad elements caur izeju Q izpilda funkciju UN.

Ja kāds no ieejas tranzistoriem V Tl, VT4 ir ieslēgts (ieejā 0), caur rezistoru R 4 plūst strāva un sprieguma kritums uz tā pārsniedz sprieguma kritumu uz virknē slēgtiem VD1, VD2 un rezistoru R5. Tranzistori VT2, VT3 aizvērti, un tāpēc caur rezistoru R 2

■bāzes strāvu saņem tiešās izejas tranzistors VT6 un tiešās izejas Q signāls ir «nulle». Tātad šeit tiek reali- •zēta arī funkcija UN. Taču, ja ieejas un izejas signālu 0 pieņem par 1 (tātad izeju realizē starp mīnus Ue un •Q), loģiskais elements atbilst funkcijai VAI (VAI). Tātad viens un tas pats ESL elements var strādāt gan kā UN (ŪN), gan kā VAI (VĀI), pie s*

tam divas izejas atvieglo shēmu realizāciju.

Būtisks ESL elementu trūkums ir tas, ka «zeme» ir avota pozitīvā spaile. Tādējādi tie nevar būt tieši saistīti ar TTL un KMOP mikroshēmām.

3.4. TIPVEIDA K O M B IN A C IO H Ā LĀ S SHĒMAS

Kombinējot UN, VAI, UN un VAI mikroshēmas, var izveidot dažādas bezkontaktu funkcionālās ietaises. Vairākas no tām — šifratorus, dešifrato- rus, multipleksorus, demultipleksorus, aritmētiskos mezglus — var uzskatīt par tipveida ietaisēm.

Kombinacionālās shēmas var apstrādāt kā binārus ciparus, tā arī no bināriem cipariem veidotus ti kārtu skait|us. Šiem skaitļiem ir jaunākā kārta <7o-2° (kur q var būt 1 un 0) un tai sekojošas kārtas Ķ - Z 1, q i -2 2 . . . līdz qn- \ ' 2 n~ l ieskaitot. Pierakstā jaunāko kārtu novieto skaitļa labajā pusē, bet vecāko — kreisajā pusē. Piemēram,

3.3. tabula

Dešifratora nosacījumu tabula

Ieejas signāli Izejas si gnali

A0 M /42 A3 s 0 ! 2 3 4 5 6 7 8 9

0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1ī 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 10 1 0 0 2 1 1 0 1 1 1 1 1 1 11 1 0 0 3 1 1 1 0 1 1 1 1 1 10 0 1 0 4 1 1 1 1 0 1 1 1 1 11 0 1 0 5 1 1 1 1 1 0 1 1 1 10 1 1 0 6 1 1 1 1 1 1 0 1 1 11 1 1 0 7 1 1 1 1 1 1 1 0 1 10 0 0 1 8 1 1 1 1 1 1 1 1 0 11 0 0 1 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

Parasti dešifratoram ir četras ieejas ar kārtām 2°=1, 2‘ = 2, 22= 4 un 23 = & (tā sauktais 8-4-2-1 kods). Izejā v ar būt gan desmit izvadi (ja ieejas signālu decimālā summa nepārsniedz 9),. gan sešpadsmit izvadi (ja pilnībā izmanto maksimālo summu 8 + 4 + 2 + + 1 = 15).

3.15. zīmējumā attēlotajam dešifratoram D C (no vārda decoder) ir četras binārās ieejas kārtas, kuru vērtību summa ir kāds vesels decimāls skaitlis 0 . . . 9. Piemēram, ja q0= 1, Ģi = U <72= 1, Ģ3 = 0 (tas ir, tiek ievadīts binārais skaitlis 0111), tad tā kārtu decimālo- vērtību summa S = 0 -2 3+ l -22+ l -2*+ + l-2 ° = 7 , un tikai dešifratora septītajā izejā jābūt aktīvajam «nulles» signālam, bet visās citās ir 1. Tātad šis dešifrators realizē funkciju «1 no 10». Funkcijas vērtību tabulā (3.3. ta bula) jābūt četru ieejas signālu kombinācijām, kuru summa nepārsniedz 9' no 10 izejas signāliem.

Kā redzams no tabulas, konkrētās; izejas nostrādes noteikumus obligāti jāapmierina visu četru ieejas signālu

astoņu kārtu binarais skaitlis 00110111 .atbilst decimālajam skaitlim 5 5 = 0 + + 0 + 3 2 + 1 6 + 0 + 4 + 2 + 1 .

Pamats kombinacionālo shēmu sintēzei ir funkcijas nosacījumu t&bulas dati, kuri Saista visas iespējamās ieejas signālu x , . . . x n izmaiņas ar izejas signāla Q izmaiņām. Aplūkosim sekojošu funkcijas nosacījumu tabulu dešifratoram (3.3. tabula). Dešifra tors ir ietaise, kuras katram n kārtu ieejas binārā skaitļa decimālajam ekvivalentam atbilst loģiskā signāla aktīvs stāvoklis tikai izejā ar decimālā ekvivalenta norādīto kārtas numuru.

% ' 2 ° -

1 - 2 -

A0 DC o k? ?2 ?

A I 3 Y4 ?> A2 5 }

____ A3 z \

S T

3.15. z īm . D e š if ra to ra m ikroshēm a

3. Ciparu kom binacionālās shēm as 69-

A 3 A 2 A I AO

i

3.16. z im . D ešifratora shēma

stāvokļiem: lai nulles izejā būtu signāls 0, tad jābūt /10=0 un /11=0, un

•<42=0, un /13 = 0, t. i„ Q0= I 0 A ^ 1 A

/\A 2/\A 3, izejas 1 nostrādei atbilst

Qt = ^ 0 A ^ īlA ^ 2 A ^ 3 utt.Tātad dešifratoru var izveidot ar

desmit četru ieeju UN elementiem, to ieejās pieslēdzot tiešos un inversos signālus, kas uzrādīti funkcijas nosacījumu tabulā (3.16. zīm.).

Ja dešifratoram izmanto visas 16 izejas, tad bināro ieejas skaitli var dešifrēt heksadecimālajā kodā, kurā summu S = 10 apzīmē ar burtu A, 11 — ar B, 12 — ar C, 13 — ar D, 14 — ar E, 15 — ar F. Tā, ja ieejā ir binārais skaitlis 1111, tad signāls 0 būs tikai izejas spailei ar numuru 15, t. i.. F.

Heksadecimālās sistēmas dešifratorus plaši lieto mikroprocesoru sistēmās. Tā četri dešifratori ar četrām ieejām katrs (tātad 16 vadu adrešu m aģistrāle) un sešpadsmit izejām (no 0

"čb cb "cbA3 AI

ņ .

____ l

_______ 3

£ P

Ēī E

€ F_______ 7

līdz F) ļauj izvēlēties jebkuru no 164 = 65536 atmiņas šūniņām (šūniņu numuri atradīsies intervālā no 0000H. līdz FFFFH, kur H — heksadecimālais kods).

Aktīvais zemā līmeņa signāls dešifratora izejā atvieglo dažādu spriegumu indikācijas elementu 'pieslēgšanu starp cita barošanas avota pozitīvo spaili un kopējo mīnusa vadu.

S i fra tora uzdevums ir pretējs dešifratora uzdevumam: vienai no tā ieejām ar numerāciju no 1 līdz 9 pievada atšķirīgu loģisko signālu, bet izejā iegūstam atbilstošu četru kārtu bināro skaitli /13, A2, /11, AQ (3.17. zim.).

Parasti šifratora ieejas un izejas raksturojas ar aktīvo nulles signālu. Tādējādi šifratora shēmai jāatb ilst šādai funkcijas vērtības tabulai (3.4. tabula).

Kā redzams no tabulas, izejas ar kārtu /13=23= 8 aktīvā nostrāde nepieciešama, ja nulles ir ieejā 18 vai

19, t. i., .43 = 18+19. Savukārt A 2 —

= Ī4 + Ī5 - f I6+Ī77 /1 0 + 7 l+ l3 + l5 +

+ Ī7 + Ī9 , /11=12+13+16+177Sādu funkcionālo mezglu var iz

veidot ar mikroshēmu VAI-NE palīdzību, un tā shēma attēlota 3.18. zīm.

Šifratorus lieto decimālo ciparu ievadīšanai ar taustiņu palīdzību.

4 / 7 CDA0

~9134 / 4 A l i4 / 64 / 6 A 2 i4 / 74 / a A ? ļj l 9

3.17. z īm . S if ra to ra m ikroshēm a


3.4. tabula

Šifratora nosacījumu tabula

Ieejas signāli Izejas signāli

1/ 12 13 I4 15 16 17 1« 19 A 3 A2 A i A 0

1 i i ī 1 1 1 1 1 ī 1 1 10 ī ī ī 1 1 1 1 1 ī 1 1 01 0 1 1 1 1 1 1 1 ī 1 0 11 1 0 1 1 1 1 1 1 ī 1 0 01 1 1 0 1 1 1 1 1 ī 0 1 11 1 1 1 0 1 1 1 1 i 0 1 01 1 1 1 1 0 1 1 1 ī 0 0 11 1 1 1 1 1 0 1 1 ī 0 0 01 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0

r


noD1 MUX020 304050607ABC

0 0 -0 1 -0 2 -0 3 -0 4 -0 5 -06- 07-

3.19. z īm . M ultipleksora mikroshēma (a ) un tās elektriskais ekvivalents (b)

Mikroprocesoru sistēmās taustiņu apzīmējumi atbilst heksadecimālajam kodam (no 1 līdz F).

M ult ip lek so rs pēc izvēles komutē vienu no vairākiem ieejas signāliem uz vienīgo izejas spaili. Multipleksora ieejā parasti ir astoņi datu signāli DO līdz D7 (astoņas kārtas — viens baits), tam ir trīs datu izvēles, spailesA, B, C un viena izejas spaile Y (3.19. zīm.). Tātad faktiski multipleksors ir bezkontaktu pārslēdzis, kurš pieslēdz izejai pēc izvēles vienu no ieejas spailēm.

Pieslēdzamās datu spailes numuru nosaka spaiļu A (2°), B (21) un C (22) binārā skaitļa kārtu decimālā summa. Ja A = B = C = l , tad vadības

ieejas signālu ekvivalentā decimālā summa ir l+ 2 + 4 = 7 un izejai Y pieslēgta ieejas spaile D7.

Lai vienkāršotu izklāstu, aplūkosim divu ieejas signālu multipleksoru 2:1. Sai gadījumā vajadzīga tikai viena vadības spaile. A . Funkcijas nosacījumu tabulai (3.20. zīm.) atbilst vienādojums. Y = Ā - X ļ - \ - A - x 2 (Zīmējumā krustiņš brīva, vērtība).

Līdzīgi veido arī multipleksoru 4:1 un 8:1. Tā multipleksoram 4:1 atbilst 3.21. zīmējumā attēlotā funkcijas vērtību tabula un shēma.

Demult ip leksors realizē apgrieztu funkciju — vienīgās ieejas signālu komutē pēc izvēles uz vienu no izejām (3.22. zīm.).

3.22. zīmējumā attēlota pēc dotās nosacījumu tabulas izveidota divu izeju F 0, F7 komutācijas shēma ar ieejas signālu X. Citām izejām shēmu veido līdzīgi, UN elementu ieejās komutējot nepieciešamos signālus A, Ā ,B, B, C, C un X. Tā, piemēram, ja izeja ir F5, tad attiecīgā UN elementa ieejām saskaņā ar tabulu jāpieslēdzA, Ē, C un X.

S u m m a to r ā divi vienas kārtas binārie cipari (biti) summējas pēc šāda principa:

,A X, x2 Y

01 X

' U0 X 0)

1X 7

] \x2X 0 o j

X,& 7

Y=AXi+A‘X2

&

3.20. z īm . D ivu ieejas sign ā lu m ultipleksors: a — nosacījum u tabula; b — shēma


A B DO D1 D 2 D3 Y0 0 V o X X X ŪG1 0 X y 0 X X D1

0 7 X X Vo X D 2

7 7 X X X ]/ o 0 3 '

3.21. z im . Četru ieejas sign ā lu m ultipleksors: a — nosacījum u tabula; b — shēma

B

A č F 0

F 7

X A B CIzejas F

0 7 2 3 4 5 6 7H 0 0 0 J/ o X X X X X X X

1/ o 1 0 0 X Vo X X X X X X

Vo 0 1 0 X X ?/ 0 X X X X X

Vo 1 7 0 X X X ]/o X X X X

Vo 0 0 7 X X % X ?/0 X X X

Vo 7 0 7 X X X X X 7/0 X X

Vo 0 1 7 X X X X X X ]/ o X

Vo 7 7 7 X X X X X X X %

3.22. z īm . D em ultipleksors 1 : 8: a — mikroshēma; b — nosacījum u tabula; c — shēma

3. Ciparu kom binacionālās shēm as 7 $

A B3.23, z īm . Pussum m atora shēma

/ 1 0 0 1 1+ £ + 0 + 1________ + 0 ____________+1C S C =0, S = 0 , C =0, S = 1 ~C=0, S = l c=l, S = Q

Seit S ir bitu summa, bet C (carry) ir pārnesums uz nākošās augstākās kārtas bitu summējumu. Loģisko summatoru, kurš summē tikai divus vienas kārtas ciparus, neņemot vērā, pārnesumu no zemākās kārtas ciparu summas, sauc par p u ss u m m a to ru ( H S — ha l f su m m a to r ) . Kā redzams no iepriekš aplūkotās tabulas, pussumma- toram summas loģiskais vienādojums ir S = Ā - B - ļ - A - B , bet pārnesuma loģiskais vienādojums — C = A - E . Tādējādi loģisko shēmu var izveidot atbilstoši3.23. zīm. Izejas signāls S ir 0 tikai tad, ja abu summējamo ciparu vērtības vienādas, tātad pussummatora izeja 5 fiksē summējamo bitu vienādību. Sai funkcijai ir milzu nozīme.

to dēvē par «izslēdzošo VAI» un apzīmē kā Q = A - ļ -B . Šo loģisko elementu shēmās apzīmē ar 3.23. zīm. parādīto zīmi = 1 . Loģisko elementi»: «izslēdzošais VAI» plaši lieto bināro skaitļu salīdzināšanai.

Pilnais «-tās kārtas divu ciparu A un B summators piesummē pārnesumu no zemākās n -1 kārtas. Šāda nosacījuma tabula attēlota 3.24. zīmējumā.

Loģisko shēmu var sintezēt pēc ta bulas datiem: S n = ^ n ,5n"CnV^n*-• B n -G n \/ i4 n • jBn • C n \/j4 n 'B j i • Cnj

Cn+i = A n 'B n ' Cn\M n 'Bn* Cn\/j4n• C n V - ^ n • Bn • C n = Āa 'Cjx\/V A n - C n .

Iee ja s Izejas

An Bn Cn Sn Cp+l0 0 0 0 0

. 0 0 7 7 00 7 0 7 07 0 0 7 00 } 7 0 7

l . 0 7 0 7

7 7 0 0 7

7 7 7 1 7

B Cn

L p

A B

3.24. zlm. Sum m ators: a — nosacījum u tabula; b — shēma

£ h- n n ^

7S n

L_

L_

Cn

7

lCn.l

Saskaņā ar šiem vienādojumiem3.24. zīmējumā attēlota summatora shēma.

Divu vairāku kārtu bināro skaitļu summēšanu var veikt, vienlaicīgi summējot atsevišķu kārtu ciparus un pārnesumus no jaunākās kārtas. Šādu summēšanu var realizēt pēc 3.25. zīmējuma shēmas. Attēlotā summatora maksimālā izejas summa, ievērojot C4, ir 11111, t. i., 31 decimālajā ekvivalentā.

Pēc dotās shēmas var izveidot neierobežota garuma skaitļu summatoru. Taču paiet ilgs laiks, kamēr pārnesumu signāli izplatās pa visu ķēdi.

Tāpēc biežāk lieto virknes summēšanu ar skaitļu A un B ievadīšanu uzkrājējos — reģistros un vienu kopēju summatoru, kurā pēc takts ģeneratora signāla secīgi ievada abu skaitļu vienas kārtas bitus, kā arī iepriekšējos pārnesumus Ja skaitļiem

A un B ir pa astoņiem bitiem, tad pilnai summēšanai tiek formēti astoņi takts signāli.

S u b tra k to r s veic divu bināro skaitļu atņem šanu.. Patiesībā atņemšanas vietā pielieto summēšanu, tikai mazinā- tāju pārvērš tā saucamajā «papildu» kodā. «Papildu» kodu veido, pēc noteikta likuma invertējot binārā skaitļa kārtas. Atņemšanas operāciju realizē pēc šāda algoritma:

A — B = /4 + B in y + l, ja A > B un A —

— B — (A-^-BinY) , ja A-^.B.

Tātad atņemot jāievēro skaitļu A un B attiecība. To var viegli noteikt, summējot A ar B inv. Ja A > B , summai (/4+Bjnv) rodas pārnesums uz augstāko kārtu, bet ja /1<B, tad pārnesuma nav. Piemēram, ja mazināmais 4 = 1111 = 15i0 (15 decimālajā kodā) un

.B=0101=5io, tad (4+B iny) veidojas kā

AO

B O

HS s

c

SO

C1

A lLtc SM c

B1 r ,

57

C 2

0 2A 2B 2

Cn SM o

Cntl

S 2

C3

C 3 L_ A 3

Cn SM s

B 3 Cn-tl C4

kopējais pārnesums

3.25. z īm . Paralē-lās sum m ēšanas shēma

11111010

A - \ - B in y — 1001, C = l .

Kā redzam, patiešām vecākajai kārtai radās pārnesums. Sajā gadījumā starpības noteikšanai pie (/4-f-Blny) jā pieliek 1 un

A - B = 1001+0001 = 1010= 10 I0 .

Savukārt, ja no = 1000 = 810 atņem B = l l l l = 15io, tad pārbaudot

10000000

/4+B m v=1000 ,

redzam, ka pārnesuma nav. Starpība šajā gadījumā A - B = — (A - \-B ļnv ) =

= —0111=—7i0. Pārnesuma parādīšanās signalizē par starpības pozitīvo zīmi.

Tādējādi subtraktoru var veidot uz pilna vairāku kārtu divu skaitļu summatora bāzes, ievadot tajā A un ßinv un kontrolējot to summas kopējo pārnesumu. Ja izejas pārnesumā parādās- skaitlis 1, to ievada atpakaļ ieejas pārnesumā, tādējādi piesummējot 1. Pilna subtraktora shēma attēlota 3.26, zīmējumā.

Ciparu kom para toros salīdzina divus bināros skaitļus A un B , kuriem, vienāds kārtu skaits. Komparators a tbild, vai A = B , vai A > B , vai A < B . . Iepriekš bināro ciparu salīdzināšanu veicām, ar funkcijas «izslēdzošais VAI» palīdzību panākot rezultātu A i = B i vai Av¥=Bi, kur i — binārā skaitļa kārta^ Pie tam izejas rezultāts bija 0, ja A i ~ B i .

Komparatorā katras kārtas rezultātam jābūt f i = l, ja A i = B i , un bez tam jāizveido divas izejas C i un D\„ kurās būs signāli 1, ja attiecīgi i4 i> S i( i4 i = l, B i ~ 0 ) un A i < < ß i( i4 i= 0 , ß i = l) . Tātad vienas kārtas komparatora loģika ir šāda: F i =— A ī • Bl-f-Ā i • Bļ J C i=*4i’jBi; D i—Āl'B^. Shēma vienas kārtas komparatoram; attēlota 3.27. zīmējumā a. Četru kārtu bināro skaitļu komparators attēlots3.27. zīm, b. Ieejas A B domātas vairāku kārtu komparatoru izveidei, t. i., paplašināšanai. Piemēram, ja gribam izveidot 8 kārtu komparatoru, tad ņem divas šādas mikroshēmas un pirmās izvadus attiecīgi pievieno otrās mikroshēmas paplašināšanas ieejām, bet rezultātu kontrolē otrās mikroshēmas izejā.

U niversā la jām ari tm ē tisk i lo ģ iska jā m m ik ro sh ē m ā m paredzēti vadības izvadi, kuri nosaka mikroshēmu organizēto loģisko vai aritmētisko funkciju veidu.3.28. zīmējumā attēlotajai mikroshēmai


3.26. z īm . Subtraktora (a tsk a itīta ja i shēma

ir četri vadības izvadi SO, S l, S2 , S 3, 16 loģiskas un 16 arimētiskas fun-kuri nosaka realizēto funkciju, un iz- kcijas. Izvadi C nosaka pārnesumus,vads M , kurš nosaka funkcijas tipu ja tie atļauti ( M = 0). Savukārt iz-(ja funkcija aritmētiska, Af=0, ja lo- vads G (pārnesuma signāla ģenerā-

ģiska, tad A f= l) . Tādējādi var realizēt cija) un P (pārnesuma izplatīšana)

u

3.27. ztm . Ciparu komparators: a — vienas kārtas ciparu komparatora shēma; b — divu četru kārtu bināro skaitļu

komparators

3. Ciparu kotnbinacionālās shēm as 77

5 05 15253

AOB OA IB1A28 2A 3B3

C

M

A LUF O

F 1

F 2

F 3

\A=B

C <

G

P

3.28. z im . U niversāla aritm ētiski loģiska mikroshēma

guma. Spriegumam «c> 0 pieaugot, palielinās ari D D I ieejas signāls. Kad tas vienāds ar ieejas augstā līmeņa signālu, D D I pārslēdzas un tā izejas spriegums ir 0, tātad izeja savienota ar barošanas avota «mīnusa» spaili. Mikroshēmas DD 2 izejā ir 1 — tātad pozitīvs spriegums, un kondensators C pārlādējas uz pretējo polaritāti (pozitīvs potenciāls uz labās plates).

Kad kondensatora negatīvais sprieguma līmenis būs tuvs mikroshēmas D D 2 augstā līmeņa izejas spriegumam; mikroshēmas D D I ieejas spriegums kļūs tuvs nullei un mikroshēma D D i pārslēgsies, tās izejas signāls kļūs vienāds ar 1 un no D D I izejas sprieguma sāksies jauna kondensatora pārlāde.

tiek lietots vadāma pārnesuma nodošanai citām ALU.

ALU realizē loģiskās operācijas Ā, A + B , A - B , ~Ā7B, ā + B , A + B , A + B , aritmētiskās operācijas A + l , A — 1, A-j-A , A + B + l , A B — l un citas līdzīgas.

J J c

3.5. AUTOĢENERATORI UZ CIPARU M IKRO SHĒM U BĀZES

Uz loģisko elementu bāzes var izveidot arī autoģeneratorus. Visvienkāršākais simetriskais multivibrators attēlots 3.29. zīmējumā. Pieņemsim, ka sākumā mikroshēmas D D I ieejas signāls ir 0, izejas 1, bet D D 2 izejas signāls ir 0. Tādā gadījumā kondensators C sāks lādēties caur rezistoru R no D D I izejas augstā līmeņa sprie-

3.29, z lm . M ultivibrators uz ciparu mikroshēm as bāzes:

a — shēma; b —- kondensatora spriegum a diagram m a

78 «M odernas elektronikas pam ati»

3.6. PROG RAM M ĒJAM ĀS LOĢISKĀS M ATRICASVar izveidot universālas kombina-

cionālo shēmu sintēzes ietaises. Šādas ietaises sauc ar programmējamām loģiskām matricām (piemēram, ražo unificēto matricu loģisko moduļu sēriju M ). Matricas parasti realizē UN, VAI loģiskās operācijas un tām ir ievades un izvades iekārtas. Lai pilnīgi atdalītu ieejas un izejas spailes no loģiskās shēmas, parasti signālu ievadi un izvadi veic caur elektromagnētisko releju kontaktiem.

Aplūkosim uz K511 sērijas VAI mikroshēmu bāzes izveidotas pro-‘ grammējamās loģiskās matricas darbību (3.30. zīm.). Shēmas augšējā horizontālo un vertikālo kopņu sistēmā tiek realizēta UN funkcija, bet apakšējā — VAI funkcija.

Savienojot ar diodēm vertikālo kopni V I (vai V2, vai V3) ar kādu no

horizontālajām kopnēm, panāk pieslēgto signālu konjunkciju. Tā shēmā (sk. 3.30. zīm.) VI = x r x 2-x 3, F 2= l= x 2-x3, V 3 = x i - x 2. Ja visu 3 vertikālo kopņu invertētos signālus komutē ar VAI sistēmas horizontālo kopni y t, tad panāk signālu V I , V2, V3 disjunkciju,, t. i„

ļ/i = VI —V2-\- V 3 - x s-x2- x 3-\-x2 ■ x3+-ļ- Xļ * x%.

Ja "01 = 1, kopnes y x izejas tranzistors, ieslēgsies un pieslēgs izejas releja Ķ4 spoli. R e le ja ,^ kontakts ieslēgs kādu, ārējo ietaisi.

Ieejas signālus x t, x 2, x 3 (slēdžu stāvokļu raksturojumi: ieslēgts — 1,. izslēgts — 0 ) ievada caur relejiem K l , K 2 , Ķ 3 , tā atdalot loģikas un tehnoloģisko iekārtu shēmas. Bez šaubām, kopņu un komutējamo signālu skaits, reālā matricā var būt daudz lielāks. Paredzētas arī ieejas elementiem ne

VI V2 V3

S.30. ž īm . Program m ējam as loģ isk ās m atricas shēma


pieslēgtas horizontālās kopnes. Tās ■domātas atmiņas elementu izveidei. Tā, piemēram, ja jāizveido sakarība «/i = = (*i+*/i) •*2, tad ar kopni VI komutējam xi un x 2, bet ar kopni V2 — kopnes x 2 un ijļ. Vertikālās kopnes VI

un V2 komutējam ar VAI sistēmas izejas horizontālo kopni y u bet savukārt pašu izeju iji — ar UN daļas horizontālās kopnes iji brīvo ieejas spaili..

Sādā savienojumā, ja x ļ = x 2= 0 , izejas signāls nemainās. Ja *i kļūst 1 un iepriekš y \ bija 0, tad i/i iegūst jaunu vērtību «/i = l.

Ja x\ un x 2 atkal kļūst, vienādi ar nulli, saglabājas y i — \. Taču, ja x 2 kļūst vienāds ar nulli, arī s ignā ls y { ir nulle. Tātad, izmainoties jc, un x 2 signāliem, «/, izmaiņas ir atkarīgas no iepriekšējās t/i vērtības.

80 «M odernās elektronikas pamati»

4. VIRKNES LO Ģ ISKĀS SHĒM AS

Daudzu loģisko shēmu izejas lielumi atkarīgi ne tikai no ieejas signālu momentānajiem lielumiem, bet arī no to iepriekšējām vērtībām. Šādas shēmas ietver sevī atmiņas elementus, un tās sauc par virknes loģiskajām shēmām.

Lai radītu virknes loģiskās shēmas, nepieciešami atmiņas elementi, no kuru sniegtās informācijas būtu atkarīga nākošo elementu izejas lielumu vērtības. Vienkāršākais no šāda veida elementiem ir trigers.

Trigeram ir divi stabili stāvokļi, kuru loģiskās vērtības trigers uzglabā līdz nākošajai aktīvajai ieejas iedar- bei. No ieejas ķēžu izveides atkarīgs trigera tips.

4.1. VIEHPAKĀPES TRIGERU SHĒMAS

Visvienkāršākais trigers ir elements ar 2 ieejām ( S un R ) un vismaz 1 izeju Q (4.1. zīm. a ) . Parasti ir arī inversā izeja Q. Ja šāda trigera ieejā5 ( S no vārda se t — uzstādīt) padod loģisko signālu 1 (ieeja R = 0), tad izejas signāls Q kļūst vienāds ar 1. Ja pēc tam ieejā R (R no vārda rese t — nomest) padod 1 (ieejā S = 0 ) , izejas Q signāls vienmēr kļūst 0.

Aizliegts vienlaikus padot abās ieejās signālu R = S = 1. No šādam trigeram sastādītās Kārno kartes (4.1. zīm. c) var secināt, ka nākošā izejas signāla vērtība Qn+1 = S + ^ -Q n, kur Qn — iepriekšējā stāvokļa izejas signāls, Qn+1 — izejas signāls pēc ieejas signālu izmaiņas.

Aplūkosim, kā iespējams izveidot šādu trigeru. Trigera tranzistoru shēma sastāv no darba tranzistoriem VT1 un VT2, kuru bāzes un kolektori savstarpēji saistīti ar rezistoriem (4.2. zīm. a ) . Šādu trigeru var pārslēgt ar diviem papildu tranzistoriem VT3, VT4, kuru bāzu izvadi veido ieejas spailes S un R.

Ja pārslēdza S2 bīdkontakts ir apakšējā stāvoklī, bet S1 — augšējā stāvoklī (ieejas 5 signāls 1), tad tranzistors VT3 atvērts, VT4 bāzes ķēde nošuntēta un VT2 ir aizvērts. Pie VT2 kolektora pieslēgts izvads Q un tā signāls ir 1. Savukārt, ja Q = 1 un pārslēgu 51 pārvietojam atpakaļ 0 stāvoklī, V T3 izslēdzas, bet tam paralēli slēgtais VT 1 paliek ieslēgts, jo tā bāzes ķēde barojas no VT2 -kolektora-emitera augstā līmeņa sprieguma.

o ' SR° —|— — c 00 01 10

D 0 f f ļ0 0

b S

R

a

4.1. z īm . V ienpakāpes R S trigers ar au gstā līm eņa aktīvo ieejas signālu:

a — m ikroshēm as apzīm ējum s; b — s ig nālu diagram m as; c — Kārno karte

4. Virknes loģiskas shēm as 81

Ja pēc kāda laika pārslēgu S 2 novietosim augšējā stāvoklī { S l apakšējā stāvokli), VT1 izslēgsies, Q kļūs vienāds ar 1, bet VT2 paliks stabili ieslēgts un Q būs 0.

Ja aplūkojam 4.2. zlm. a, tad redzam, ka VT3 un VT1, tāpat ari VT2 un VT4 veido loģisko elementu VAI-NE ar divām ieejām: pirmajam pārim ieeja ir 5 un Q, bet izeja ir Q; otrajam pārim ieeja ir R un Q, bet izeja — Q. Tādējādi 4.1. zīm. attēlotajam trigeram atbilst divu VAI-NE loģisko mikroshēmu krustenisks savienojums (4.2. zlm. b ) .

Izveidosim tranzistoru trigera vadību ar TTL loģisko UN-NE funkcijas elementu, ieejās ieslēdzot vairākemi- teru tranzistorus VT3 un VT4 (4.3. zlm. a).

no1 / Q

t s_

^ D

n

I]__ [L

Un

4.2, z īm . R S trigers ar aktīvu augstā līm eņa ieejas signālu:

a — tranzistoru shēma; b — shēm ai a tb ilsto šs VAI-NE mikroshēm u slēgu m s .

4.3. z lm . VienpakSpes R S trigers ar aktīvu zem ā līm eņa ieejas signālu:

a — tranzistoru shēma; b — shēm ai atbilsto šs UN-NE mikroshēmu slēgum s; c — sign ālu diagram m as; d — mikroshēmas-

apzīmēj ums

Pieņemsim, ka abu pārslēdzu S l un-S 2 bīdkontakti atrodas augšējā stāvoklī un ieejai 5 un R pieslēgts signāls 1. Pieņemsim, ka no abiem trigera darba tranzistoriem ieslēgts V T 1. Ja S l pārbīda uz apakšējo stāvokli* tranzistors VT3 nošuntē VT1 bāzes ķēdi un pēdējais izslēdzas. Izejā Q parādās spriegums, kurš pārslēdz V T2 atvērtā stāvoklī. Tāds stāvoklis saglabājas arī pēc S l bīdkontakta pārslēgšanas sākotnējā stāvoklī. Tas notiek tādēļ, ka tranzistora VT3 otrais, emiters caur ieslēgto tranzistoru VT2" joprojām savienots ar «nulli» un tā dējādi VT3 turpina šuntēt VT1 bāzes ķēdi.

Savukārt, ja pārslēgs S 2 ieejā R rada nulles signālu, izslēdzas V T 2

6 — 356

82 «M odernas elektronikas pamati»

b

CJ nnnunnr ,t

r ~ n ,

■ n

4.4. z īm . Sinhronais R S trigers: a — UN-NE m ikroshēmu slēgum s; b —

s ign ā lu diagram m as

un ieslēdzas VT1, kā rezultātā izejā Q signāls ir «nulle». Kā redzams, tāds trigers sastāv no divām UN-NE mikroshēmām, vienai no tām ir izeja Q un ieejas Q un S (aktīvais nostrādes līmenis ir «nulle»), bet otrai izeja ir Q un ieejas Q un R (4.3. zīm . b).

Tā kā šāds trigers pārslēdzas, ieejas signālam mainoties no 1 uz 0, tad mikroshēmas apzīmējumā ieejas attēlo inversas (4.3. zīm. d ). Sim trigeram aizliegts pievienot ieejas signālu S = = R = 0. Šāda trigera nostrādes vienādojums ir

Qn+l= 5_ļ_Qn.^

Abi aplūkotie R - S trigeri ir a s in hroni. Taču bieži ir nepieciešams, lai

stāvokļa maiņa notiktu tikai noteiktos laika momentos — kad parādās sinhronizējošais impulss taktējošā ieejā C (clock in p u t) . Sādu sinhrono R S T trigeru var izveidot, papildinot R S trigeru no UN-NE elementiem ar kombi- nacionālu UN-NE ieejas loģiku (4.4. zīm. a) vai arī papildinot trigeru no VAI-NE elementiem ar VAI-NE ieejas loģiku.

Šāda trigera izejas signāla maiņu raksturo vienāHojums Qn+I = C-(S-ļ-+ R - Q n).

Bieži vajadzīgi trigeri, kuri pārslēdzas uz katru C signālu — tā saucamais T trigers (to g g le — kūleņoties). Tam ir tikai viena ieeja. Sādu T trigeru var izveidot, izejas pieslēdzot ieejas loģiskajiem elemeniem (4.5. zīm.).

Šāda trigera darbību var vadīt ar papildu atļaujas ieejām I un K

b

4.5. z īm . T trigers: a — shēma; b — sign ā lu diagram m as

4. Virknes loģ iskas shēm as Sa

darbojas inversi, jo I ieeju pieslēdz; tieši datu ievadam D, bet K ieeju savieno ar D caur invertoru (4.7. zlm.). Tādēļ katra sinhroimpulsa sākumā izejā Q ieraksta D ieejas signālu ure saglabā to līdz nākošajam takts sig-

'nālam. Ar D trigeru palīdzību var izveidot atminas ietaises.

0 - K :

n H

0'- c c ,

0QLOJLOJLIL

L ~ ! . _r ~ l Ho<~fii

4.2. DIVPAKĀPJU TRIGERI

Vienpakāpes T trigeru shēmas nav , q - ) pārāk drošas savā darbībā, jo to jau

nais stāvoklis ir loģiski atkarīgs pats- no sevis. Var rasties nevajadzīgas svārstības, sākties nenoteikta shēmas, darbība. So trūkumu var likvidēt divpakāpju shēmās, izmantojot tā sauca-

aK = 1 mo M S (m as te r — saimnieks, s la vē — kalps) principu.

K*0

4.6. z tm . U n iversā la is vienpakāpes J-K trigers:

a — mikroshēmu slēgum s; b — sign ālu diagram m as R S trigera režīm ā; c, d — sign ā lu diagram m as sinhronizētā režīm ā

(c — T trigers, d — R S tr igers)

(4.6. zīm.). Ja J = K = 1, tad trigers strādā kā T trigers, pārslēdzoties uz katru C signālu. Ja /= 1 un K = 0 , tad ar takts impulsu var panākt tiešās izejas pārslēgšanos no 0 uz 1. Ja _ K = l , /= 0 , tad ar takts impulsu var panākt Q pāreju no 1 uz 0. Ja C ieejā pastāvīgi ir signāls 1, tad ar /= 1 uzstāda Q = l, bet ar K=1 uzstāda Q — 0. Kā redzams, var izveidot universālu trigeru.

Liela nozīme skaitļošanas tehnikā ir informācijas datu D ieraksta trigeriem. 5iem trigeriem / un K ieejas 6*

O D

L j

ļ j ļ T 1 Q

ck \ <S--------------

n n

o L

D

4.7. z lm . V ienpakāpes trigers, kuram ir inform ācijas ieeja:

a — shēma; b — sign ā lu diagram m as


0Q.>

0

S»o

Q,0

Q,

n n f U Lt

\ t

n

4.8. zīm. Divpakāpju trigers: a — shēma; b — sign ā lu diagram m as

Sāds trigers faktiski sastāv no diviem R S T trigeriem (4.8. zīm.) un shēmās to apzīmē ar burtiem TT.

Pirmā trigera pārslēgšanās notiek pie stabiliem, nemainīgiem S un R signālu l īmeņiem, ko šīs izejas saņem no otrā trigera Q2 un Q2 izejām. Takts impulsa laikā otrais trigers nevar pārslēgties, jo tā ieeja C ieslēgta caur invertoru un impulsa laikā šīs ieejas signāls ir nulle. Kad takts impulss no vieninieka līmeņa mainās uz nulli, otrā trigera takts ieejā signāls iegūst «vieninieka» vērtību un tas pārslēdzas saskaņā ar stabilajiem ieeju S un R signāliem, kuri tiek saņemti no pirmā trigera izejām.

Tātad divpakāpju trigers pārslēdzas uz takts impulsa aizmugures fronti, impulsam mainoties no 1 uz 0, un uz to norāda ieejas C bultiņas virziens mikroshēmas apzīmējumā (4.9. zīm.).

Jc

K

TTQ c-

s 05 Q

r

u J=/ f = 7

b j ļ d c

K=0

0Q.i

4.9. z īm . D ivpakāpju 1-K trigers: a — m ikroshēm as apzīm ējum s; b, c, d — s ig n ā lu diagram m as 6-asinhronā R S trigera

režīm ā; c — T trigera režīm ā; d — sinhronā R S trigera režīm ā

4. Virknes loģiskās shēmas 85

Impulsa laikā ar divpakāpju trigeriem sistēmā var veikt kādas kombi- nacionālās darbības.

Ar divpakāpju trigera palīdzību var izveidot citas jau iepriekšaplūkotās shēmas: f - K universālo trigeru (4.9. zīm.) un D trigeru. Jāiegaumē, ka T T trigera pārslēgšanās moments ir saskaņots ar vadības signāla aizmugurējās frontes veidošanās brīdi (.4.9. zīm.).

4.3. BINĀRIE SKAITĪTĀJI

Par ska i t ī tā ju sauc ietaisi, kurā uz katru ieejas signāla impulsu skaitlis izejā palielinās par vienu (summējošais skaitītājs) vai samazinās par vienu (atskaitošais skaitītājs).

4.1. tabula

Summējošā binārā skaitītāja nosacījumi

Im pulsu kārtas skaitlis

T iešās ize ja s

23 22 2' 2°

0 0 0 0 01. 0 0 0 12 . 0 0 1 03. 0 0 1 14. 0 1 0 05. 0 1 0 16. 0 1 1 07. 0 I 1 18 . 1 0 0 0

15. 1 1 1 116. 0 0 0 0

Binārā skaitītāja izejas skaitli veido n bināro ciparu izvadi ar kārtu no 2° līdz 2n_I.

Aplūkosim četru kārtu su m m ē jo šā ska i t ī tā ja nosacījumu tabulu (4.1. ta-

4.2. tabula

Atskaitošā četru kārtu binārā skaitī- taja nosacījumi

Im pulsu kartas skaitlis

T iešās izejasSumma

izejā23 22 2' 2°

0 1 1 1 1 151. 1 1 1 0 142. 1 1 0 1 133. 1 1 0 0 124. 1 0 1 1 115 . 1 0 1 0 106. 1 0 0 1 9

14. 0 0 0 1 . 115. 0 0 0 0 016. 1 1 1 1 15

bula). Kā redzams, jaunākās kārtas divpakāpju trigers pārslēdzas uz katru impulsu. Tā ieejā C pieslēgsim kopējo ietaises ieeju. Nākošās (21) kārtas trigers pārslēdzas,, jaunākās kārtas trigeram pārslēdzoties no Q=1 uz Q = 0. Tātad 21 kārtas divpakāpju trigera ieeja jāpieslēdz 2° pakāpes trigera Q izejai. Tāpat arī katra nākošā trigera C ieejai jābūt pieslēgtai iepriekšējās kārtas trigera tiešajai izejai. Sāda skaitītāja shēma attēlota 4.10. zīm. a un to sauc par asinhrono bināro summējošo skaitītāju. Skaitītāja nullēšanai mikroshēmā paredzēta ieeja R, bet sākotnējā skaitļa iestādīšanai — ieejasS.

Kā redzam no skaitītāja darbfbas diagrammas (4.10. zīm. b), katra nākošā trigera izejas signāla frekvence ir divreiz mazāka nekā iepriekšējās kārtas trigeram. Tātad šāds skaitītājs ir arī frekvences dalītājs. Četru kārtu skaitītājs skaita līdz 15, bet 16. impulss nostāda visus trigerus nulles stāvoklī, un sākas jauns skaitīšanas cikls.

a 2° = 1Q 0 Q1

c TT r TT..-------SUie

= 20 2

TT

2 2=4Q3

TT

23=8

Q2 8T,e .0 t

Q3j . 1STit ------------ -----------------------t

51= o | ; \ 2 \ 3 4 ļ 5 1 6 ļ 7 e \9 \ io \n 12\l3\l4\l5 o 1 7 \2~

SO CT2 Q0 —

S 3 Q1 _

C02 ----

R Q3 —

4.10. z īm . Četru kārtu asinhronais sum m ējošais binārais skaitītājs: a — shēma; 6 — sig n ā lu diagram m as; c — mikroshēm as apzīm ējum s

Aplūkosim a tska ito šā četru kārtu skaitītāja nosacījumu tabulu (4.2. ta bula). Kā redzams, jaunākās kārtas trigers pārslēdzas uz katru ieejas impulsu. Taču nākošās kārtas (21) trigera stāvokļa izmaiņa notiek, jaunākās kārtas trigera Q izejas signālam mainoties no 0 uz 1. Tā kā divpakāpju trigers pārslēdzas, ieejas signālam mainoties no 1 un 0, tad šoreiz ieejai jāpieslēdz iepriekšējā trigera inversā izeja. Šāda asinhronas darbības binārā atskaitošā skaitītāja shēma attēlota 4.11. zīmējumā.

Šos abus skaitītājus sauc par a s in h ron iem tā d ē ļ,. ka pārslēdzošais signāls uz augstākas kārtas trigeru tiek nodots pa trigeru ķēdi. Binārā summējošā skaitītāja mikroshēmas apzīmējums redzams 4.10. zīm. c. Ja skaitī

tājs var skaitīt kā summējot, tā ari atskaitot, tad to sauc par re v ers ivo skaitītāju un tam ir divas papildu, ieejas (plus 1 un mīnus 1), kuras norāda skaitīšanas veidu.

Reversīvos un citus sarežģītākus- skaitītājus parasti veido, pielietojot sinhrono principu, kad ārējo takts impulsu pievada visiem trigeriem uzreiz,, bet pārslēdz-as tikai tie, kuriem ieejā, ir atļaujas signāls.

Aplūkosim 4.12. zīmējumā attēloto divu kārtu s inhrono revers ivo ska i t ī tāju . Kā redzams, augstākās kārtas trigera spailes / u n K caur trim UN-NE. loģiskajiem elementiem tiek pievienotas» iepriekšējās kārtas trigera izejām un< vadības spailēm. Jaunākās kārtas trigers pārslēdzas uz katru ieejas impulsu. Ja «vieninieka» signāls padots.

4. Virknes loģ iskas shēm as 87

t> Uu ie

0a o '

o

Q l

oQ 2

0Q 3 I

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16nnnnn 1 1 1 «nnnnn nn,1 I N I 1 t

n■ r ... 1

t

1 5 \ l 4 \ m \ l 2 \ n \ l o ļ - s ļ 8 7 ļ e ļ 5 ļ 4 ļ 3 \ 2 \ l \ 0 7 5 *

4.11. z īm . Četru kārtu a tsk a itoša is asinhronais b inārais skaitītajs: a — shēma; b — sign ā lu diagram m as

uz summēšanas ieeju plus 1 (0 uz ieeju mīnus 1) un 2° kārtas trigera izejā Q0 ir 1, tad nākošā impulsa laikā 2l kārtas trigera J, K spailēm pieslēgts signāls 1. Sī divpakāpju trigera pirmā pakāpe pārslēdzas. Tādēļ, ieejas impulsam izmainoties no 1 uz 0, pārslēdzas gan jaunākās kārtas trigers (Q0 kļūst vienāds ar 0, nākošā trigera J = K = 0 ) , gan 2l kārtas trigera izeja Ql maina savu vērtību.

Pēc nākošā impulsa savu stāvokli izmaina tikai jaunākās kārtas trigers, dodot atļauju pēc vēl viena impulsa izmainīties 21 kārtas trigera stāvoklim. Tā summēšanas režīmā kārtu Q l, Q0 stāvokļi mainās sekojoši: 00, 01, 10, 11, 00,'01 . vai decimālā izteiksmē0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, . . .

Atskaitīšanas režīmā signāls 1 tiek pieslēgts izvadam mīnus 1, bet summēšanas izvadam pieslēdz 0. Sai gadījumā atļauja pārslēgties nākošās kārtas trigera ieejas pakāpei takts impulsa laikā tiek nodrošināta, ja iepriekšējā trigera inversajā izejā ir 1. Tādēļ nākošās kārtas trigers pārslēdzas, iepriekšējās kārtas tiešajai izejai mainoties no 0 uz 1, tas ir, kārtu Q l, Q0 stāvokļi mainās sekojoši: 00, 11,10, 01, 00, 11, 1 0 . . . vai decimālā

- izteiksmē 0, 3, 2, 1, 0, 3 . . . .

4.4. BINĀRIE SKAITĪTĀJI AR PĀRSLĒDZAMU M A K S IM Ā LO SU M M U

Bieži vajadzīgi skaitītāji, kuru maksimālā decimālā summa izejā ir mazāka nekā 2n_1. Piemēram, plaši pielieto skaitītājus, kuri skaita no 0 līdz9 ieskaitot. Šos skaitītājus sauc par bināri decimālajiem, un to darbību raksturo 4.3. tabulas nosacījumi.

Lai šādu skaitītāju izveidotu, nepieciešams izejās nofiksēt summu 9 un

4.3. tabula.

Bināri decimālā skaitītāja nosacījumi

Im pulsu kārtas skaitlis

Tit

23

.ša s

22

izej

2'

as

2“Summa

izejā

0 0 0 0 0 01. 0 0 0 1 12. 0 0 1 0 23. 0 0 1 1 34. 0 1 0 0 45. 0 1 0 1 56. 0 1 1 0 67. 0 1 1 1 78. 1 0 0 0 89. 1 0 0 1 9

10. 0 0 0 0 0

atļaut nākošā sinhronimpulsa laikā> pārslēgties tikai 2° un 23 kārtas trigeru pirmajām pakāpēm.

Sinhronā bināri decimālā skaitītāja shēma attēlota 4.13. zīmējumā. Kā re-, dzams, kad Q 3 = Q 0 = 1 un Q 2 = Q /= 0 (tātad summa ir 9), atļauja uz nākošo impulsu pārslēgties ir tikai 23 un 2°" kārtas trigeriem. Tādēļ, desmitajarrv divdesmitajam utt. takts impulsam, mainoties no 1 uz 0 (tātad izbeidzoties), visu trigeru izejās parādās nulles- signāli.

Šādu skaitītāju apzīmējums ir C T 10 (4.13. zīm. b) un saka, ka tie darbojas 8-4-2-1 bināri decimālajā kodā vai arī, ka to skaitīšanas modulis i r10 (izejā ir desmit signālu kombinācijas).

Ja vēlamies izveidot skaitītāju ar moduli B, tad jāfiksē summa B-l un. trigeru skaitam n jāapmierina izteiksmi 2n~ l < B < 2 n. Piemēram, ja B = 60 (kā pulksteņu skaitītājos), tad vajadzīgi 6 trigeri.

No bināri decimālajiem skaitītājiem; viegli izveidot skaitītājus, kuru moduļi

/eejaJ TT

c

K

4 cCT10

1 0 02 -----

t S7 4 -----4S2|S 3

8~ 0 3

2 °

Q 0

r k

J TT

cK

2 '

07 J TT

c

K

i y

22

Q 2 J TT

cK

&J- 7 <—lr r

2 3

4./3 . zīm . Četru kārtu sinhronais bināri decim ālais skaitītājs: a — shēma; b — mikroshēm as apzīm ējum s

i? — n u llēsan as izvads; SO, S l , S , S3 — sākotnējās sum m as iestād īšan as izvadi (ar aktīvo zem o sign āla līm eni)

ir 100, 1000, 10 0 0 0 ... . Sim nolūkam katra nākamā skaitītāja taktējošā ieeja jāpieslēdz iepriekšējā bināri decimālā skaitītāja izejai Q3 (4.14. zīm.). Tādējādi uz katru desmito ieejas impulsu mainās 101 kārtas bināri decimālā skaitītā ja izejas summa, uz katru simto — 102 kārtas utt.

Ja šāda trīsdekāžu skaitītāja (tātad a r moduli 1000) ieejā pieslēdz impulsu

ģeneratoru ar vadāmu palaišanu un apstādināšanu un apstādināšanas (stop) ieeju pieslēdz vecākās kārtas dekādes izejai Q3 (8), tad, tūkstošajam impulsam beidzoties, šīs izejas signāla izmaiņa no 1 uz 0 izsauc ģeneratora «stop» ieejas divpakāpju trigera pārslēgšanos un ģeneratora bremzēšanu. Šo 1000 impulsu laikā jaunākās (10°) dekādes Q0 izejā būs

ieejaCT10 7

c 248

Q 00102Q3

( 0 . . .9 )10°

c m 7c 2

48

00Q702Q3

<

CT101

Q 0Q 1

C 2 0 2k" 3 78

( 0 . . . 9 ) 1 0 24.14. z īm . B in ā ri dec im ālā skaitītāja^ (a r m oduli 1000) shēm a

90 «M odernās elektronikas pamati»

500 impulsi, Q1 izejā — 200, Q2 — 100, Q3 — 100 impulsi. Dekādes 101 izejās būs šāds impulsu skaits: Q0 —•50 impulsi, Q1 — 20, Q2 un Q3 pa10 impulsiem. Savukārt vecākās kārtas (102) izejās impulsu skaits būs attiecīgi 5, 2, 1, 1. Tādā veidā, kombinējot dekāžu izejas, skaitītāja kopējā izejā varam pieslēgt no 1 līdz 999 impulsiem. Ja izeja vada impulsveida elektromehānisko pārveidotāju (piemēram, soļa dzinēju), tad mehānisms tā izejā pārvietosies par attālumu (vai leņķi), kurš- būs tieši proporcionāls impulsu skaitam. Piemēram, ja mehānismam jāpārvietojas par 10,2 mm un solis ir 0,1 mm, tad no skaitītāja jā pievada 102 impulsi.

Sādu vadības principu plaši lieto ciparvadības (N C — numerical con- tro l) darbgaldos un citās sistēmās ar programmvadlbu. Informācijas ievadi no perfolentes arī veic bināri decimālajā kodā (8-4-2-1 katrai decimālajai kārtai). Tas ļauj vienkāršot datu ievadi.

4.5. SKAITĪTĀJU PIELIETOŠANA

Visplašāk skaitītājus lieto kopā a r dešifratoru (4.15. zīm.). Ja bināri decimālā skaitītāja ieejai pieslēdz impulsu ģeneratoru vai citu impulsveida signālu avotu, bet tā izejai — dešif- ratoriļ, kura izejas spailes 0, 1, . . . & savukārt pieslēgtas attiecīgi indikācijas lampas ciparveida tīkliņiem 0 . . . 9 , tad pēc katra ieejas impulsa indikācijas lampā parādīsies jauns cipars0 . . . 9, 0 . . . 9 utt. Ja izmanto vairāku dekāžu skaitītāju, var būt arī vairākas indikācijas lampas, kas ļautu nolasīt līdz skaitlim 99 vai 999, vai 9999 utt.

Pēdējā laikā praksē plaši lieto ekonomisko šķidro kristālu septiņsegmentu indikatoru (4.16. zīm.). Šādam indikatoram vajadzīgs speciāls dešifrators, kura septiņas izejas jāpieslēdz attiecīgajam segmentam. Dešifratora ' darbību raksturo 4.4. tabulas nosacījumi.

Varam secināt, ka dešifrators ir samērā sarežģīts.

Parastā dešifratora izejās impulsi

4.4. tabula

Septiņsegmentu indikatoram pieslegta bināri decimālā skaitītāja dešifratora nosacījumi

Attēlojam aiscipars

■

Segm enta numursSkaitīta.

izejasa

i 2 3 4 5 6 7 Q3 Q2 Qi Qo

0 + + + + + + 0 0 0 0ī + + 0 0 0 12 + + + + + 0 0 1 03 + + + + + 0 0 1 14 + + + + 0 1 0 05 + + + + + 0 1 0 16 + + + + + + 0 1 1 07 + + + 0 1 1 18 + + + +

1~ r + + 1 0 0 0

9 + + + + + + 1 0 0 1

4. Virknes loģ isk as shēm as' 91

4.15. zītn . Sistēm a skaitītājs-dešifrators-indikators: a — shēma; 6 — sign ā lu diagram m as

laikā savstarpēji nobīdīti par vienu takts impulsa periodu (4.15. zīm.). So īpašību plaši lieto objektu virknes pārslēgšanai. Piemēram aplūkosim 3 fāžu soļa dzinēja vadību. Šādam dzinējam

t - ļ00

o c 11Ī2

(i 1 13U

Q3 1 b 1617

i l >

4.16. z īm . Septiņsegm entu indikatora un dešifratora saite

ir 3 tinumi A , B , C , kuri jāpieslēdz līdzstrāvas tīklam secībā A, B , C,A, . . . , ja dzinēja vārpsta griežas nosacīti pozitīvajā virzienā, un A, C,B, A , . . . , ja kustība ir pretējā virzienā.

Pielietosim reversīvo skaitītāju ar moduli trīs, kuram summēšanas režīmā izejās Q1 un Q0 ir ciparu kombinācijas 00, 01, 10, 00 . . . un atņemšanas režīmā — ciparu kombinācijas00, 10, 01, 00 . . . . Skaitītāju pievienosim dešifratoram, bet savukārt tā izejas caur pastiprinātājiem — soļa dzinēja tinumiem (4.17. zīm.). Lai skaitītājs neskaitītu tālāk par 10, binārā kodā tiek fiksēts skaitlis 10 izejās,


fāzes

0Q 0

0.1

f A

B

c \01

r~ Q0 1 t

n---- Q7

tA

t

1

— Bt

- ' : \

y nnn 1) 1)

4.17. zin t. Soļa dzinēja vadība, izm antojot sistēm u skaitītājs-dešifrators:

shēma; b — sign ālu diagram m as virzienā uz priekšu; c — s ign ālu diagram m asvirzienā atpakaj

aizliedzot nākošā impulsa parādīšanās brīdī pārslēgties jaunākās kārtas frigeram, tā nullējot skaitītāju.

Ja šādā sistēmā signāls 1 padots uz skaitītāja summējošo ieeju, motora tinumi pārslēdzas secībā A, B, C (4.17. zīm. b ), bet, ja šis signāls padots uz ieeju mīnus 1, — secībā A ,C, B , A . . . .

4.6. PARALĒLAIS REĢISTRS

. Reģistros uzglabā bināro informāciju. Ja informāciju visās reģistra

kārtās no 2° līdz 2n~1 ieraksta vai ari no tām nolasa vienlaicīgi, tad šādu reģistru sauc par paralēlo. Ja informāciju reģistrā ievada un no tā izvada pa kārtai augošā vai dilstošā secībā, tad šādu reģistru sauc par bīdes reģistru.

Reģistra pamatelements ir D trigers ar vienu informācijas ieeju. Lai paralēlā reģistrā izdarītu datu vienlaicīgu ierakstu, paredzēts ieraksta atļaujas izvads (piemēram, P E — parallel enable load), lai datus vienlaicīgi izvadītu — izvades atļaujas spaile (E O — enable o u tp u t) .

Sādu paralēlo reģistru var izveidot pēc 4.18. zīmējumā dotās shēmas.


4.18. z īm . P aralēla is 8 kārtu reģistrs: a — shēma; b — m ikroshēm as apzīm ējum s

4.19. z īm . D ivu 8 kārtu paralēlo reģistru p ieslēgšan a kopējai datu m aģistrālei

■94 «M odernās elektronikas pamati:

Seit attēlots astoņu kārtu reģistrs ar ieejām D 0 . . . D 7 un izejām Q 0 . . . Q 7 .

Ja ieejā P E ir augsta līmeņa signāls, D trigeru ievada atļaujas spailes E I (enable input), saņem zema līmeņa signālus un dati DO . . . D7 tiek ierakstīti izejās Q. P E signāla līmenim pārejot no 1 uz 0, ierakstītie izejas signāli tiek saglabāti neatkarīgi no turpmākajām D 0 . . . D 7 izmaiņām. Datus nolasa, pieslēdzot zema līmeņa .signālu EO izvadam.

Reģistrus bieži komplektē ar trīs -•stāvokļu izejas buferiem — ciparu signālu formētājiem. Sādi buferi ļauj pilnīgi atslēgt no reģistra shēmas izejas :spailes Q0 . . . Q7. Tādējādi var organizēt ieejas un izejas spaiļu pieslēgšanu vienai datu maģistrālei (4.19. zīm.).

Vienai astoņu vadu datu maģistrālei var pieslēgt jebkuru no reģistriem.

Visu reģistru datu ieejas pieslēgtas tieši datu maģistrālei. Tāpēc, padodot augsta līmeņa signālu uz pirmā reģistra P E ieeju, dati no maģistrāles pārrakstās šā reģistra izejās Q0 . . . Q7.

Reģistrs datus var nodot tikai tad, ja tā trīs stāvokļu bufera atļaujas ieejā EO ir augsta līmeņa signāls. Taču izvades atļauju vadības bloks dod tikai vienam no reģistriem. Tā kā pārējo reģistru izejas ir pilnīgi atslēgtas no maģistrāles, tās dati atbilst tikai pieslēgtā reģistra izeju datiem.

Šādā sistēmā datus no viena reģistra var pārsūtīt uz citu. Ja R G 1 P E ieejā ir 1 un R G 2 EO ieejā arī ir 1, tad otrā reģistra izeju dati caur maģistrāli tiek ierakstīti reģistra R G l izejās.

4.7. BĪDES REĢISTRS

Reģistrus ar datu pārbīdi lieto ļoti plaši. Tādā veidā reģistra skaitli reizina un dala ar skaitļa 2 pakāpēm, pozicionē datus pa binārajām kārtām, pārveido datus no virknes formas paralēlajā utt.

Šāds vienvirziena bīdes reģistrs a ttēlots 4.20. zīmējumā.

P a ra lē lā iee ja

P E ( ieraksta atļauja)D 7 D 6 DO

, .................r L . l,E j L S

Virknes iee ja

Sinhroim pulsi

H sD C

-£?

Null ēšana

TTD

—

TT

Q7 Q 6P a ra lē lā izeja

4.20. zītn . D a tu v irk n es b īdes re ģ is tra (v irz ien a pa lab i) shēm a

4. Virknes loģiskās shēmas 95

— K > RRG

DSL -ms— =»-

DSR o oDO Q1

-------- D1D 2 0 2!):■!

0 3S ls u

4.21. z lm . Četru kārtu abu virzienu bīdes reģistra mikroshēm as apzīm ējum s

Ar šā reģistra palīdzību datus var pārbīdīt virzienā pa labi. Uz katru sinhroimpulsu ikviena trigera izejas signāls kļūst vienāds ar no tā pa kreisi ieslēgtā trigera iepriekšējo izejas signālu. Ja kopējā virknes ieejā pa bitiem pievada kādu bināro vārdu, tad tā biti virzās pa labi un pēc noteikta skaita sinhroimpulsu tos var nolasīt paralēlajā izejā. Lai izejās iestādītu nulles signālus, paredzēts kopējs nul- lēšanas vads. Tam pieslēdzot zema līmeņa signālu, izejas signāli Q 0 . . . Q 7 kļūst vienādi .ar nulli.

Aplūkosim binārā skaitļa 10111001 virknes ievades secību. Sākumā visas izejas ir nulles stāvokļos. Pirmā sinhroimpulsa laikā virknes ieejai pievada skaitļa jaunāko bitu 1 un pēc pirmā sinhroimpulsa tas ierakstās izejā Q7. Nākošā sinhroimpulsa laikā ieejai pievada nākošo bitu (0) un pēc sinhroimpulsa Q 7 = 0, bet Q 5 = l. Tā turpinot, pēc astotā impulsa viss skaitlis būs ievadīts reģistrā un to iespējams nolasīt paralēlajā izejā.

Reģistram var būt arī atsevišķs. izvads no jaunākās kārtas trigera — virknes izejas izvads. Ja skaitlis pilnībā ievadīts reģistrā, tad, padodot vēl

astoņus sinhroimpulsus, pēc katra impulsa viens bits tiek pievadīts virknes izejai, kur to var nolasīt. Paredzēta arī paralēlā koda pārveide virknes koda formā. Sim nolūkam paredzētas paralēlās ieejas. Ja tajās ir dati, tad, īslaicīgi padodot impulsu 1 uz ieraksta atļaujas izvadu PE, trigeru izejās iestādām paralēlās ieejas datus. Iepriekš gan visi trigeri jānullē. Pēc datu ievades pado'dam sinhroimpulsus un virknes izejā, sākot ar jaunāko kārtu, saņemam visus ievadītos skaitļa bitus.

Svarīga nozīme ir bīdes (virknes) reģistram ar savienotu virknes ieeju un izeju. Sādu reģistru sauc pār cikliskās bīdes reģistru. Padodot astoņus sinhroimpulsus, atjaunojas reģistra sākotnējais stāvoklis. Sādu reģistru var lietot, piemēram, divu bināro skaitļu virknes summēšanai.

Nav sarežģīti realizēt arī pārbīdi pretējā virzienā. To panāk, ar kombi- nacionālās loģikas palīdzību savienojot ikviena trigera izeju ar tam pa kreisi pieslēgtā trigera ieeju. Mikroshēmai parasti ir divas virknes ieejas: D S R (da ta sh i f t r ig h t — datu bīde pa labi) un D S L (da ta sh i f t le f t — datu bīde pa kreisi), kā arī virziena nosakošās ieejas (4.21. zīm.) 50 un S l . Ja datus pievada attēlotās mikroshēmas (K555HP11) virknes ieejai D S R , tad, lai tos bīdītu pa labi, ieejāS l nepieciešams signāls 0, bet ieejā SO signāls 1.

4.8. OPERATĪVĀS ATM IŅAS SHĒMAS

Operatīvās .* atmiņas shēmas ļauj ierakstīt atmiņā bināro informāciju un to nolasīt. Tā sastāv no daudzām atmiņas šūniņām — trigeriem, pie tam no šīm šūniņām var izvēlēties, vienu

^6 «M odernas elektronikas pamati»

------ AO

—

A I RAM

A 9— D— ČS------ WR/

RD

: 4.22. z lm . Viena K. bita operatīvās atm iņas mikroshē

m as apzīm ējum s

noteiktu. Ja operatīvās atmiņas mezglam noņem barošanas spriegumu, informācija zūd.

Vislielākās grūtības atmiņas izveidē saistītas ar racionālas šūniņas izvēles sistēmas izvēli. Parasti lieto taisnstūra matricas principu. Ja lieto 10 adrešu vadus, tad, tos dešifrējot, var pieslēgt ikvienu no 210 = 1024 atmiņas šūniņām. Pie tam visas šīs 1024 šūniņas satur vienas un tās pašas binārās kārtas informāciju. Sis skaits 1024 ir svarīgs atmiņas tilpuma raksturotājs un tiek saukts par «kilo». Vienbita atmiņas shēmas vispārīgs apzīmējums attēlots4.22. zīmējumā. Apzīmējums R A M ir vārdu R a n d o m Access M e m o ry — nejaušās pieejas, atmiņa — saīsinājums. Izvada C S (chip se lec t) nosaukums būtu jātulko kā «kristāla izvēle». Izvads W R ( w rite — rakstīt) un R D (read — lasīt) nosaka mikroshēmas darba režīmu: ja tam pieslēgts zema līmeņa signāls, datus ieraksta, bet, ja augsta, līmeņa signāls, tad nolasa.

Desmit adrešu izvadi sadalīti divās daļās: pieci caur dešifratoru «1 no 25» veido 32 horizontālo kopņu sistēmu, bet atlikušie pieci ar ciparu selektora «1 no 32» (multipleksora, de- multipleksora) palīdzību veido 32 vertikālo kopņu sistēmu. Kopņu krustpunktos ieslēgti trigeri. Tātad, šādi adresējot, no 1024 trigeriem var izvēlēties vienu trigeru un no tā datus nolasīt vai arī tajā datus ierakstīt.

Aplūkosim T T L sistēmas operatīvās viena bita atmiņas uzbūvi (4.23. zīm.). Seit katrs trigers izveidots no diviem divemiteru tranzistoriem VT1 un VT2. Tranzistoru apakšējie emiteri tieši pieslēgti horizontālai kopnei. Tranzistora VT1 augšējais emiters pieslēgts vienai no 32 vertikālajām kopnēm. Informācijas horizontālās kopnes izvēli veic dešifrators «1 no 32», kura vienā no 32 izejas vadiem atbilstoši adrešu spaiļu AO . . . A 4 signāliem ir augsta līmeņa signāls.

Atbilstoši adrešu, spaiļu A 5 . . . A 9 signālu līmeņiem datu līnijai D L var tikt pieslēgts viens no 32 vertikālajiem vadiem. Pie tam līnija D L var būt gan selektora ieeja (ja datus ierakstām), gafl izeja (ja datus nolasām).

Aplūkosim datu ievadi. Signāls W R = 0, izvēlēta augšējā horizontālā un kreisā vertikālā kopne, bet datu ieejas D signāls ir 1. Šai gadījumā augšējā trigera apakšējie emiteri iegūst augstu potenciālu, un tādēļ to ķēdēs strāvas nav. Tā kā datu ieejas UN-NE elements ar atvērtu kolektoru šai gadījumā rada nulles signālu, tad kreisā vertikālā kopne ir ar zemu potenciālu un VT1 augšējais emiters strāvu vada. Tranzistors V T 1 ir ieslēgts, tā kolektora potenciāls tuvs nullei, un attiecīgi tranzistora VT2 augšējā emitera^ ķēdē strāvas nav. Tranzistors VT2 aizvērts, tā kolektora potenciāls ir augsts, kas arī atbilst trigera stāvoklim «1».


Ja augšējā trigerā ieraksta D —0, kreisā vertikālā kopne ir atslēgta («peldoša») un tranzistora VT1 abi emiteri izrādās potenciāli «pacelti». Sai gadījum ā VT1 ir aizvērts un tā kolektora augstais potenciāls nosaka strāvu tranzistora VT2 augšējā emi- lerā. Tranzistors VT2 ir atvērts un tā kolektora potenciāls ir aptuveni 1,5 V, kas atbilst nulles signālam. Kad aug

šējās horizontālās kopnes signāls kļūst vienāds ar nulli (pārejot uz citu signālu A 0 . . . A 4 kombināciju), arī apakšējais tranzistora V T 2 emiters sāk valdīt strāvu, noturot tranzistoru VT2 stabili ieslēgtu, kas atbilst trigera nulles stāvoklim.

Datu nolasīšanas gadījumā vadības signāls R D ir 1 un datu līnijai tiek pieslēgts strāvas pastiprinātājs A I ar7 — 356

augstu ieejas pretestību. Tā ieejai pieslēgta kāda no izvēlētajām vertikālajām kopnēm (šīs kopnes visu trigeru tranzistoru augšējie emiteri). Kad pastiprinātājs atvērts, UN-NE elementa izejas tranzistors aizvērts un pastiprinātāja darbībai netraucē. Pastiprinātāja ieejas potenciāls palielināts par 1,5 V pozitīvajā virzienā. Tādēļ tā pieslēgšana neizraisa neviena ar izvēlēto vertikālo kopni saistītā trigera stāvokļa izmaiņu, jo šo trigeru tranzistoru attiecīgajiem emiteriem potenciāli ir vienādi.

Taču pastiprinātājs jū t trigera ar «paceltu» horizontālo kopni (1 no 32) strāvu. Ja izvēlēts augšējais trigers un tā tranzistors VT2 aizvērts, tad VT1 ir ieslēgts un tā augšējais emiters rada strāvu pastiprinātāja ieejā.


Izejā parādās signāls 1, kas atbilst trigera ierakstītajam stāvoklim. Neizvēlēto horizontālo kopņu trigeru tranzistori VT1 strāvu pastiprinātāja ieejā nerada. Patiešām, ja tranzistori VT1 atvērti, tad to kolektoru potenciāli tuvi nullei, t. i., tie ir mazāki par A I ieejas potenciālu, un tādēļ. Strāva šo tranzistoru augšējos emiteros neplūst. Ja trigeru tranzistori VT1 aizvērti, ieslēgto tranzistoru VT2 kolektora potenciāls (1,5V) ari nerada strāvu VT1 augšējos emiteros.

Ja izvēlētā trigera stāvoklis ir nulle (ieslēgts VT2), tad V T ļ aizvērts un strāva pastiprinātāja ieejā ir nulle, kas rada nulli ari izejā Q.

Lai izveidotu vairāku kārtu atmiņas iekārtas, tad jāņem atbilstošs škaits viena bita operatīvās atmiņas elementu. Ja kārtu skaits ir 8 (tātad 8 vienbita atmiņas elementi), tad 10 adrešu sistēmas kopējo atmiņas tilpumu sauc par vienu K baitu (praktiķi to sauc par kilobaitu).

Ja sistēmā ir 16 vadu adrešu maģistrāle un pielietoti 10 vadu 1 K baita atmiņas elementi, tad 6 atlikušie vadi spēj radīt vēl 2S=64 signālu kombinācijas, kuras caur dešifratora 64 izejām var pievadīt 64 atmiņas mezglu C S ieejām. Tā atmiņas tilpumu var palielināt līdz 64 K baitiem. Šo a tmiņas apjomu lieto ļoti plaši.

4.9. PASTĀVĪGĀS ATM IŅAS SHĒMAS

Ciparu sistēmās bieži vajadzīgi nemainīgas informācijas avoti, kuros ierakstītas tabulas datu translēšanai, konstantes, nemainīgas programmas. Šādos gadījumos pielieto atmiņas moduļus, kuru stāvokļus atmiņu ekspluatējošā ietaise nespēj mainīt. No tādiem moduļiem datus var tikai nolasīt. Tos

saīsināti apzīmē kā R O M (R ea d — O nly M e m o ry — atmiņa tikai ar lasīšanu).

Atmiņas moduli datus ieraksta vai nu rūpnīcā, tos izgatavojot, vai ari lietotājs ar speciālu ieraksta aparatūru. Arī šeit ir horizontālo un vertikālo kopņu sistēma. Horizontālo» kopņu skaits parasti ir 2n, bet vertikālo kopņu skaits atbilst moduļa datu bināro kārtu skaitam. Tātad, ja ir 10 atmiņas adresācijas vadi, tad pastāvīgās atmiņas (P A ) vienbaita datu moduļa tilpums ir 1 K baits.

Kopņu krustpunktus bieži savieno a r virknē slēgtu diodi un kūstošu saistvadu. Programmējot ar ārējo strāvas- avotu, saistvadus pēc izvēles var pār- dedzināt. Šādas atmiņas izveide un programmēšanas shēma attēlota 4.24„ zīmējumā.

P A ietaisei paredzēti 2 režīmi: nolasīšana un programmēšana. Vienu vai otru režīmu nosaka barošanas sprieguma līmenis. Normālā darba režīmā tas ir 5 V. Programmējot spriegumu paaugstina līdz 1 0 ...1 2 V . Barošanas līnijai pieslēgts līmeņa elements LE , kura izejā pie normāla barošanas sprieguma ir signāls 1. Šai gadījumā, ja modulis izvēlēts (C S =0), atļauta datu nolasīšana.

Normālas darbības režīmā izvēlētā, horizontāla kopne būs ar nulles potenciālu, bet visas citas — ar signālu1. Ja vertikālo un izvēlēto horizontālo kopni savienojošais kūstošais saistvads ir vesels, tad arī visā vertikālajā kopnē signāls ir nulle. Pretējā gadījumā neatkarīgi no citu saistvadu s tā vokļa izejas signāls ir 1. Izejā ieslēgti 3 stāvokļu buferi, kūri ļauj atslēgt atmiņas mikroshēmas izejas no datu. maģistrāles.

Programmēšanas gadījumā Ub palielina. Nolasīšanas signāls tiek aizliegts. Nepieciešamajai izejas dat»


4.24. z lm . P astā v īg ā s atm iņas m odulis (ar inform ācijas tilpum u n baiti): a — shēma; 6 — m ikroshēm as apzīm ējum s (n -10, tilpum s 1 K. baits)

līnijai pieslēdz strāvas avotu,, kurš caur vadāmu atslēgu VA pieslēdzas ■dotajai vertikālajai kopnei. Izvēlētajā horizontālajā kopnē ir signāls nulle. Pieslēdzot strāvas avotu ar paaugstinātu spriegumu vertikālajai kopnei, saistvads ar izvēlēto horizontā lo kopni izkūst, tā ierakstot šai mezglu punktā signālu 1. Bez šaubām, ierakstot pieslēdz tikai tās vertikālās kopnes, kurās jāieraksta 1.

Jāatzīmē, ka paaugstinātais barošanas avota spriegums praktiski nerada strāvu neizvēlēto horizontālo kopņu ^aistvados. Tas notiek tādēļ, ka Ub ir paaugstināts un elementu UN-NE ize jās ari ir paaugstināts spriegums.

Plaši pielieto programmējamus PA elementus, kurus apzīmē kā E P R O M (Erasable P ro g ra m m a b le R ea d — Onlij

M e m o ry — nodzēšama programmējama P A ) . Šādas atmiņas veido, pielietojot M O P tranzistorus ar izolētu aizvaru. Ja p kanāla M O P tranzistora p iz- tecei pievieno pietiekami augstu pozitīvu potenciālu attiecībā pret noteci, rodas elektriskais lauks ķēdē: iztece ■— dielektriķis — aizvars — dielektriķis — notece, kurš rada intensīvu elektronu plūsmu no noteces caur dielektriķi uz aizvaru, uzlādējot pēdējo. Sis negatīvais lādiņš var saglabāties praktiski bezgalīgi ilgi, ja vien to speciāli nelikvidē. Lādiņa «dzēšanu» veic ar pietiekamas intensitātes ultravioleto staru avotu. Pateicoties tam, lādiņš no aizvara aizplūst uz dielektriķi, jo uz to iedarbojas staru avota elektronu savstarpējais iedarbības spēks.

7*


Šādus M O P tranzistorus novieto horizontālo un vertikālo kopņu krustpunktos. Ja PA elementu apstaro, visas mezglu saistķēdes pārtrūkst, un tas atbilst signālam 1 mezgla punktā. Tais mezglu punktos, kuros nepieciešams signāls nulle, ar paaugstinātu spriegumu M O P tranzistora aizvaru uzlādē negatīvi, tā rodot iespēju atvērt p kanālu.

4.10. C IPA R U -A N A LO G U PĀRVEIDOTĀJI (CAP)

Svarīga nozīme ir saites elementiem starp ciparu signālu apstrādes ietaisēm un ar nepārtrauktiem sprieguma signāliem vadāmām elektriskām ietaisēm (ar ierosmes strāvu regulējamiem ģeneratoriem, ar vadības spriegumu regulējamiem elektroenerģijas pārveidotājiem un citiem). Šāds saites elements ir ciparu signāla pārveidotājs analogā — nepārtraukta sprieguma signālā.

Bināro ciparu skaitli, kurš sastāv no n secīgām binārām kārtām 2°, 21, 22, . . . 2”~I, pa n vadiem pievada

14 A U

12 A U

10A U

S A U

ļ 6 A U

^ 4 A U

2 A UA U

CI 1 2 4 6 3 10 12 14 16

4.25. z īm . C iparu-analogu pārveidotāja izejas spriegum a diagramm a

C A P ieejai. Tā kā katra vada signāla sprieguma līmenis var but nosacīti augsts (1) vai zems (0), tad ieejas skaitļa decimālais ekvivalents var būt vienāds ar visiem veseliem skaitļiem no 0 līdz 2n_1. Tā, ja ieejas binārajam skaitlim ir 8 kārtas — no 2° līdz 27, tad decimālais ekvivalents var būt veseli skaitļi no 0 līdz 255. Pārveidotāja uzdevums ir C A P izejā radīt katram decimālajam skaitlim proporcionālu sprieguma vērtību (4.25. zīm.), t. i., nullei — nulles spriegumu, vieniniekam — vienu pakāpīti A U lielu, spriegumu, skaitlim divi — divas pakā- pītes lielu spriegumu 2 AU, skaitlim trīs — 3 A U utt. Šo uzdevumu var veikt ar komutējamu vairākpretestību līdzsprieguma dalītāju. Turklāt jābūt n vadāmiem komutatoriem, kuri dalītājā var pieslēgt vai atslēgt (atkarībā no binārās kārtas vērtības 0 vai 1) pretestības.

Visvienkāršāk būtu izveidot dalītāju, kurā jaunākās kārtas 2° komutators pārslēgtu pretestību R, bet katras nākošās kārtas komutators — divreiz lielāku pretestību, t. i., 2R, 4R , 8 R , 16R, 32R . . . Šāds dalītājs tātad būtu samontējams no daudzām ļoti precīzām pretestlbām. Ja vecākās kārtas 27 pretestības 128i? precizitāte būtu. ± 5 % , tad mēs varētu «pazaudēt» trīs jaunāko kārtu ietekmi uz vecāko kārtu.

Praksē, lai paaugstinātu precizitāti un atvieglotu montāžu, veido divu lielumu pretestību R un 2R pārslēdzamas ķēdes (4.26. zīm.). Zīmējumā ar četru kārtu 2 ° .. . 23 vadāmiem slēdžiem S 0 . . . S 3 pretestību 2R kreisos izvadus var pieslēgt vai nu spailei U (ja kārtas binārā vērtība 1), vai arī nulles vadam (0).

Kā redzams, visu kārtu ieejas pretestības ir 2 R lielas. Ja ar slēdzi S 0 spriegumam pievienosim tikai jaunākās kārtas ieejas pretestību, bet visas

rr

r“1

r

r

r

r


4.26

. zl

m.

Cip

aru-

anal

ogu

pārv

eido

tājs

: pr

etes

tību

mat

rica

; b

— pr

etes

tību

savi

enoj

ums,

ja

spri

egum

u pi

eslē

dz

slēd

zis

S0\

c —

pret

estīb

u sa

vien

ojum

s,

ja

spri

egum

u pi

eslē

dz

Sl\

d —

oper

acio

nālā

pa

stip

rinā

tāja

p

iesl

ēgša

na

1 0 2 «M odernas elektronikas pam ati»

•citas ieejas pretestības pievienosim null- vadam (4.26. zlm. 6), tad visu punktu1, 2, 3, 4 pretestības attiecībā pret nullvadu būs R, punkta 1 spriegums attiecībā pret nullvadu £//3, bet katra nākošā punkta spriegums būs divreiz ma

zāks, t. i., izejas spriegums Ut būs Č//24. Šis spriegums būs cipara 1 ekvivalents vai izejas sprieguma «kāpnīte» A U .

Ja spriegumu pieslēdz tikai slēdzis S l , tad izejas spriegumu nosaka punkta 2 spriegums attiecībā pret nulli — U/3 (4.26. zīm. c) un šai gadījumā izejas spriegums Ui — U j\2 = = 2 AU. Ja spriegumu pieslēdz tikai slēdzis S2 , tad punkta 3 spriegums būs Uļ3, bet izejas spriegums Ut = U ļ6 = = 4 AU, bet, ja spriedumu pieslēdz tikai slēdzis S 3 , tad t/4= i//3 = 8 A£7.

Ja spriegumu pieslēdz visi četri slēdži, tad starp punktiem 2 un 3 strāva neplūst, jo pa kreisi no punkta 2 un pa labi no punkta 3 ir identisks pretestību slēgums. Tādējādi punkta 4 spriegumu nosaka ar slēdžiem S 2 unS 3 pieslēgto pretestību ķēdes, un tas šoreiz ir C/4= 5 t/ /8 = 1 5 AU. Sis spriegums ir lielākais četru bināro kārtu C A P .

Lai pfecīzi izmērītu izejas spriegumu, tas jāmēra pie minimāla strāvas patēriņa. Tādēļ izejā slēdz operacionālo pastiprinātāju A (4.26. zīm. d) un, lai diskrēta AU būtu vienāda ar t/- /?0/16R, invertējošo ieeju pieslēdz caur rezistoru 2R/3.

Šāda C A P ieejas var pieslēgt, piemēram, binārā skaitītāja izejām. Taču, lai iegūtu stabilus vieninieka signā- mus C A P ieejās, nepieciešams ciparu signālu ģeneratora izejās slēgt komplementāri (savstarpēji pretēji papildinoši) savienotus tranzistorus. Kad viens tranzistors savieno izvadu ar nullvadu, otfjs to atslēdz no barošanas sprieguma un pretēji — viens pie

slēdz pie sprieguma, bet otrs — a tslēdz no nullvada.

4.11. A N A L O G Ā SIGNĀLA PĀ RVEIDO ŠANA CIPARVEIDA SIGNĀLĀ

Fizikālo signālu (strāva, spiediens, ātrums, temperatūra u. c.) mērīšanas rezultāts var būt nepārtraukti mainīgs spriegums — analogais signāls. Tāpat dažādu iekārtu vadības signāli arī var būt nepārtrauktu sprieguma signālu veidā. Lai tos pārveidotu ciparveida sistēmai saprotamos atbilstošos ciparu signālos, lieto analogā signāla pārveidotāju ciparveida signālā (A C P ).

A C P pēc būtības kvantē (sadala intervālos) nepārtraukto sprieguma signālu vienādās daļās un atbilstoši daļiņu skaitam veido bināru skaitli izejā.

Visbiežāk pašreiz lieto virknes tipa A C P , kas nodrošina bināro kārtu vērtību secīgu novērtēšanu. Šāda A C P sastāvā ir ieslēgts CAP, kurš pārvērš izvēlēto cipara bināro kodu analogā signālā, un šā signāla salīdzināšanas mezgls ar mērāmo analogo signālu Un. Novērtēšanu sākam ar vecākās kārtas ciparu (bitu), uzstādot tā vērtību vienlīdzīgu ar vienu un tad C A P izejā iegūstam spriegumu l-2 n_1-Af7. Ja šis spriegums ir mazāks par mērāmo U, tad saglabājam šo vecākās kārtas bināro vērtību (1); ja spriegums lielāks, tad vecākās kārtas vērtība Ģn-1= 0 .

Pēc tam uzstādām vērtību 1 nākošajai kārtai 2 n~2 un C A P izejā iegūstam spriegumu UX= A U - (^n_i-2I1- 1+ + l '2 n~2). Ja šis spriegums ir mazāks par Č7a, tad saglabājam qa- 2= 1; ja spriegums lielāks par UA, tad qn -2= 0 . Pēc tam vērtību 1 uzstādām kārtai 2 a~ 3, un C A P veido spriegumu A£/(9„-i2n- 1+ ^ - 2 2 B- s+ l - 2 “- 3). Tā

4. Virknes loģ isk as shēm as 103

CT2

C

DC 012

/ 324 4

5

6

7

CAPR TS

21

RTS

r - S - maL '

D7 D /A

D60 5

DA

D3

D2

D1D0

nolasīšana

+U,

4.27. z lm . V irknes analogu-ciparu pārveidotājā shēma

secīgi pārbaudām visu kārtu vērtības un, kad pārbaudīta kārta 2°, fiksējam iegūto rezultātu izejas reģistrā un sākam jaunu bitu vērtību pārbaudi. Bez šaubām, mērāmā analogā sprieguma maksimālā vērtība nedrīkst pārsniegt C A P ģenerēto spriegumu pie binārā skaitļa kārtu ekvivalentās decimālās vērtības 2B- \ t. i„ Ua< (2n- l) - A U .

Šādu ACP secīgo kārtu komutatoru var izveidot binārais skaitītājs CT2 kopā ar dešifrātoru DC (4.27. zīm.). Ja A C P ir ar n = 21 izejas kārtām, tad arī dešifratolram ir tikpat izeju, bet skaitītājam jābūt ar i kārtām 2°, 2 1, . . . , 2 1-1'.

Dešifratora katra izeja (zīmējumā astoņas) pieslēgta sava RS trigera uzstādīšanas ieejai S, un tātad, takts ģeneratoram G strādājot, visās CA P ieejās secīgi tiek uzstādīti vieninieka līmeņa signāli. Pie tam DC nulles izejas vieninieka signāls uzstāda vieninieku C A P kārtā 2S, bet pēc pirmā takts impulsa dešifrators pirmās izejas vieninieka signāls uzstāda augsta

līmeņa signālu C A P ieejā 25, vienlaikus sagatavojot ieejas D6 trigeru iepriekšējās kārtas vērtības q6 izvēles pareizuma pārbaudei. Ja spriegums U i ir mazāks par Un, tad komparatora D A izejas signāls ir nulle un iepriekš uzstādītais 26 kārtas trigers netiek nullēts (tā ieejas R signāls ir nulle) un saglabājas q t — l. Pretējā gadījumā kārtas 2S trigers tiek nullēts un q6= 0.

Uz otro takts impulsu (vieninieka signāls dešifratora izejā 2 ) tiek uzstādīta kārtas 24 vērtība 94 = 1, kā arī pārbaudīta kārtas 25 vērtība utt. Signāls dešifratora izejā 6 uzstāda jaunākās kārtas 2° vērtību Ģo=l un pārbauda kārtas 2 1 izvēlēto -vieninieka vērtību. Signāls dešifratora izejā 7 uzstāda vecākās kārtas 2 7 vieninieka vērtību un pārbauda kārtas 2° izvēlēto , vērtību.

Šāds A C P pieskaņojas mērāmajam signālam vairāku takts periodu laikā. Sākotnēji kļūda var būt liela, bet vēlāk tā samazinās līdz minimumam.

* U0 <j>[JR/2 -TVn*

R ■tvļj Rļjfl -1M*

0,5 AuļR=f>

R/2

K7

K6

K5

KA

K3

K2

K1

CD

-o q °

- o ļ *

UaÙU

K om para toru izejas IzejasK7 KS K 5 K< K3 K2 Kl V <10

0-0.5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0- 7 . 5 0 0 0 0 0 0 7 0 0 1

- 2 , 5 0 0 0 0 0 7 7 0 7 0-3,5 0 0 0 0 7 7 7 0 7 7

<.5 0 0 0 , 1 7 7 7 7 0 0

- 5 , 5 0 0 7 7 7 7 1 7 0 7

- 6 , 6 0 7 7 ? 7 7 7 7 7 0

- 7 7 J 7 7 7 7 7 7 7 1

4.28. zlrn. P a r a l ē l ā a n a l o g u - c i p a r u p ā r v e i d o t ā j a s h ē m a u n n o s a c ī j u m u t a b u l a

Lai pieskaņošanās starprezultāti nenonāktu A C P izejā, novērtēto kārtu nolasīšana var tikt veikta viena aptaujas cikla beigās. Nolasīšanu var izdarīt pēc vieninieka signāla parādīšanās dešifratora izejā 7. Zīmējumā augstākās kārtas uzstādīšana faktiski notiks ģeneratora astotā impulsa laikā, jo skaitītājs un arī dešifrators pārslēgsies, tikai takts impulsam mainoties no augstā uz zemo signāla līmeni, bet kārtas 27 trigera uzstādīšana notiks takts impulsa laikā.

Sādu virknes A C P galvenais trū

kums ir ierobežota ātrdarbība. Daudz ātrdarbīgāki ir paralēlās darbības A C P. To sastāvā ir virknē slēgtu rezistoru etalonsprieguma dalītājs §r n -1 izejām, un tikpat komparatoriem, kuru izejas signāli caur šifratoru veido n kārtu bināros izejas skaitļus (4.28. zīm.).

Kā redzams, šādu A C P galvenais trūkums ir lielais mērelementu-komparatoru skaits. Kombinējot virknes un paralēto A C P , var izveidot ātrdarbīgu pārveidotāju ar samērā nelielu elementu skaitu.

5. Mikroprocesoru vadības sistēm as 105

5. M IK R O PR O C ESO R U V A D ĪB A S SISTĒMAS

Pēdējās divās desmitgadēs visā pasaulē plaši lieto lielās integrālās mikroshēmas. Šāda elementa korpusā iemontēti vairāki tūkstoši daudzfunkcionālās shēmās saslēgti tranzistori. Šie> tehnoloģiskie sasniegumi ļauj jaunā kvalitātē risināt ari shēmu funkcionālos jautājumus. Viens no virzieniem ir vienā vai vairākās mikroshēmās (korpusos) izveidot universālas programmējamas bināro datu aritmētiskas un loģiskas apstrādes iekārtas — mikroprocesorus.

Tomēr jāatzlmē, ka nosaukums ir visai nosacīts, jo patiesībā tiek lietota vairāku elementu sistēma un rezultātā veidojas mikrokontrollers (ar plašām ārējo objektu vadības funkcijām) vai mikroskaitļotājs-kompjūters (pēdējā laikā latviešu valodā aizvien plašāk lieto terminu da tors ) . Kopā ar centrālo procesoru sistēmā ieslēdz ievades-izvades, informācijas indikācijas, atmiņas un citus mezglus.

Pieaugot mikroshēmu integrācijas pakāpei, praktiski zūd iespēja iepazīties ar mikroshēmas iekšējo elektrisko shēmu. Lietotājs mikroshēmu’ funkcijas apgūst pēc to darbības ārējo sakarību apraksta. Tas psiholoģiski daļēji traucē izprast mikroshēmu funkcionēšanas algoritmus.

5.1. BINĀRO DATU PIELIETOŠANA M IKROPROCESORU IEKĀRTĀ

Mikroprocesoru iekārtas elementi kontrolē katra informatīvā elektriskā un vadības — maģistrālēm. Pa datu

vada sprieguma līmeni un reaģē uz nosacīti lielu (2,5 . . . 5 V — loģiskais vieninieks) vai mazu (loģiskā nulle) līmeni. Tātad signāliem var būt divi operatīvie sprieguma līmeņi — binārie signāli. Viena vada informāciju sauc par bitu. Lai realizētu datu apstrādes sistēmu, informāciju pievada pa vairākiem vadiem un katra vada informācijai i r sava noteikta vērtība — binārā kārta.

Vismazākā vērtība ir kārtai 2° (datu pārvadē vads D0) — tās maksimālā vērtība ir 1 *2° = 1. Nākošās kārtas 21 maksimālā vērtība datu informācijas vadā D1 ir 1-21= 2 utt. Aplūkojot vairāku secīgu kārtu decimālo summu, var konstatēt, ka summa, ja jaunākā kārta ir 2°, var būt vienāda ar ikvienu veselu decimālo skaitli robežās no' nulles līdz 2n—l,k u r n — bināro kārtu (vadu) skaits. Ja lieto 4 vadus D0 . . . D3, tad summa var veidot decimālos- skaitļus no 0 līdz 15.

Tipveida mikroprocesoru risinājumos parasti pielieto 8 vadus (D0 . . ■ D7) vai 8.a, kur a=0,5; 1; 2; 4; 6. Astoņvadu datu informācijas sistēmu sauc par vienbaita sistēmu. Šīs sistēmas kārtu vērtību decimālā summa ir intervālā no 0 līdz 28—1=255. Div- baitu sistēmas (16 secīgas binārās kārtas) kārtu vērtību decimālā summa savukārt ir intervālā no 0 līdz 2ls—1 = =65535,

Mikroprocesoru sistēmās viena informācijas veida vadus apvieno maģistrālēs. Plaši pielieto mikroprocesoru sistēmas ar trīs veidu — datu, adrešu un vadības — maģistrālēm. Pa datu maģistrāli D no viena sistēmas

106 «M odernās elektronikas pamati

elementa uz otru pieņemtā formātā (bitu skaits) tiek pārvadīti binārie datu skaitļi — vienbaita formā pa vadiem D O . . . D7, vienkāršās sistēmās — pus- bņ i tu formā pa vadiem DO . . . D3, modernās mikroprocesoru sistēmās — d ivb a i tu formā pa vadiem DO . . . D15.

Katram mikroprocesoru sistēmas pamatelementam ir piešķirts savs binārais nosaukums — adrese. Parasti adresējamo pamatelementu skaits ir liels, jo pie tiem pieskaitāmas ari atmiņas šūniņas, kuru ir vairāki tūkstoši. Tāpēc adrešu maģistrālē visbiežāk lieto divbaitu sistēmu ar 16vadiem A 0 . . . A 1 5 . Tas ļauj apzīmēt elementus ar decimālajiem cipariem no 0 līdz 65535.

Atmiņas elementu apzīmēšanai praksē gan lieto mazliet citu principu: atmiņas šūniņu skaits vienā mikroshēmā (korpusā) bieži ir 210=1024 un tās izvēlei izmanto 10 vadus A 0 . . . A9, bet pašu mikroshēmu ap- zīmēšanai-adresācijai lieto pārpalikušos6 vadus A l ū . . . A15. Tādējādi mikroprocesoram var pieslēgt ne vairāk kā 64 atmiņas mikroshēmas. Skaitlis 210 tiek saukts par «kilo», un tā apzīmējums ir K. Tātad ar viena K baita informāciju jāsaprot 1024 astoņkārtu bināro skaitļu masīvs.

Ari elementu vadība — komandēšana — notiek ar binārās informācijas skaitļu starpniecību. Tādējādi noteikta formāta binārā informācija ir mikroprocesoru sistēmas organizācijas bāze.

Rakstot noteikta formāta bināro skaitli, jaunāko kārtu vienmēr novieto pa labi, bet vecāko — pa kreisi. Piemēram, decimālo skaitli 177 vienbaita binārā formā pieraksta šādi:

D 7 D 6 D 5 D4 D 3 D2 D1 DO1 0 1 1 0 0 0 1

2 = 128 + 3 2 + 1 6 + 1 = 177.

Sāds binārā skaitļa pieraksts nav visai ērts. Ērtāk ir sadalīt informā

ciju kvartās (pa četriem bitiem) un katrai kvartai rakstīt savu decimālo vērtību viena cipara vai simbola veidā. Pie tam katru kvartu aplūko kā patstāvīgu četru secīgu jaunāko bitu informācijas vienību. Tā kā kvartas summārā decimālā vērtība nepārsniedz 15, tad tās vērtības apzīmēšanai var lietot tikai ciparus no 0 līdz 9, bet summu 10 apzīmē ar burtu A, 11 — ar B, 12 — ar C, 13 — ar D, 14 — E un 15 ar F .-Šādu pieraksta veidu sauc par heksadecim ālo (sešpadsmit- kārtas) kodu un apzīmē ar burtu H.

Lai pārvērstu uzrakstīto bināro skaitli 10110001 heksadecimālajā kodā, to sadalām divās kvartās:

23 22 2 ‘ 2° ļ 23 22 21 2°.1 0 1 1 ļ |0 0 0 1 .

•

Kā redzams, vecākās kvartas decimālā summa ir 11=BH, jaunākās kvartas decimālā summa ir 1 = 1H, bet pats skaitlis heksadecimālajā kodā ir B1H. Heksadecimālo skaitli atpakaļ decimālajā pārvērš šādi. Jaunākās kvartas decimālo vērtību reizina ar 169 (tātad 1 -16° = 1), bet nākošās kvartas vērtību B = 11 — ar 161- (tātad 11-16’ = 176). Iegūto decimālo skaitļu summa ir 177.

Līdzīgi heksadecimālajā kodā var pierakstīt ari divbaitu bināros skaitļus. Piemēram, divbaitu binārais skaitlis

A15 A14 A13 A12 A li A10 A9 A8 1 0 l l ' O l l l 23 22 2 1 2 ° 23 22 21 2°

atbilst skaitlim B 7A7 A6 A5 A4 A3 A2 AI A01 1 1 1 0 0 0 123 22 21 2° 23 22 21 2 °

F ’ TFl

Heksadecimālo skaitli B7F1H decimālajā skaitlī pārvērš šādi:

11 • 163+ 7 • 162+ 15 - 16'+1 • 16°==45056+1792+240+1 = 47089D.

2 1 2 6 2 5 23 2 2 2 1 2°

2 0 0 6 H

200720082009 200A 200B

” 200 C 2 00 D 200E 200F

2010

2011 2012

5.Î. zîtn . A tm iņas šūniņ u adresacijas fragm ents

Heksadecimālo skaitli ar n kvartāra no decimālā skaitļa veido šādi. Vecākās kvartas, vērtību veido, dalot decimālo skaitli ar 16n_I, nākošās kvartas vērtību veido atlikuma dalījums ar 16n_2, nākošās kvartas vērtību — atlikuma dalījums ar 16n_3 utt. Jaunākās kvartas vērtību veido galīgais atlikums. Tā četru kvartu heksadecimālā skaitļa izveidei decimālo skaitli 47089 sākotnēji dala ar 163=4096, iegūstot dalījumu 11 = B H un atlikumu 2033.' To dalot ar 162 = 256, iegūst 7H un atlikumu 241, kuru dalot ar 16* = 16 iegūst 15 = F H un jaunāko kārtu 1 H. Tātad izveidojas heksadecimālais skaitlis B7FH.

Heksadecimālajā kodā viegli izveidot arī datu ievadi ar desmit ciparu informācijas taustiņiem (no 0 līdz 9) un sešiem burtu taustiņiem A, B, C, D, E, F. Ja kvartu decimālās vērtības

nepārsniedz 9, tad izveidots bināri-de- cimāls skaitlis. Arī elementu adresāciju veic šajā kodā. Taču jāievēro, ka pēc 9 nāk A, B, C, D, E, F un tikai tad atkal 0. Tā 5.1. zīm. attēlots atmiņu šūniņu adresācijas fragments, kur virzienā no augšas uz leju pieaug; šūniņu divbaitu numurs heksadecimālajā kodā.

5.2. M IKROPROCESORU KONTROLLERA O R G A N IZĀ C IJA

Mikroprocesors ir programmējama datu apstrādes sistēma, kurā datus var ievadīt vai ari no kuras tos var izvadīt, tādējādi realizējot saikni ar apkalpojamiem objektiem. Darbības programmu ieraksta atmiņā, un tās informācija ari nosaka operāciju secību un algoritmu.

Aplūkosim vienkārša vienbaita datu mikroprocesora kontro liera uzbūvi. Sādut kontrolieru var izveidot uz K580 tipa elementu bāzes.

Kontrollers sastāv no centrālā procesora C P U (mikroshēma K580M K80), takts ģeneratora CG (KP580r<E>- 24), programmējamām ievades-izvades mikroshēmām — P P 1 1 . . . PP1 n (KP 580 BB 55), pastāvīgās atmiņas, mikroshēmām 1024-8 biti R O M n (K573P<E>1), operatīvās atmiņas mikroshēmām RAM 1 . . . RAM n ar organizāciju 1024-8 biti, kā ari dažām mikroshēmām, kuras organizē kontroliera funkcionēšanu (5.2. zīm.).

Aritmētiskās un loģiskās operācijas ar datu un adrešu informāciju veic centrālais procesors CPU, kuru taktē- ģenerators CG. Informāciju centrālajam procesoram pievada un no tā aizvada pa datu maģistrāli D 0 . . . D T (vienbaita datu sistēma). Datu maģistrāle 5.2. zīm. saista C P U ar pastāvīgās atmiņas mikroshēmu R O M 1 — R O M n izejām (attēlota tikai R O M 1)>,


5.2. z īm . V ienkāršota mikroprocesoru kontroliera shēma

un operatīvās atmiņas mikroshēmu R A M 1 . . . R A M n ieejām un izejām, kā ari ievades-izvades mikroshēmu ieejām. Pie tam tikai operatīvās atmiņas mikroshēmas ieejas ir cieši pieslēgtas maģistrālei, bet citas ieejas un izejas pieslēgtas caur mikroshēmu iekšienē izvietotiem atslēdzošiem elementiem •— buferiem.

Pastāvīgajā atmiņā ierakstītas nemainīgas programmas un konstantes, kuras mikroprocesors pats pārrakstīt nevar. Barošanas avotus atslēdzot, pastāvīgās atmiņas ieraksti saglabājas. Operatīvajā atmiņā darba gaitā ieraksta ' starprezultātus, noglabā atmiņas šūniņu adreses, pie kurām pārtraukti programmas posmi, kā arī no vadības pults ieraksta koriģējošās programmas. Barošanas spriegumu izslēdzot, šī informācija zūd.

Ievades-izvades mikroshēmu izejas

pieslēgtas vadāmajiem (izvade) vai kontrolējamajiem objektiem, un tiek saglabāts pieņemtais bināro datu formāts (šeit D0 . . . D 7 ) . So mikroshēmu izejas sauc par ievades-izvades por- tiem. Vienai mikroshēmai var būt vairāki porti (shēmā izmantotajai mikroshēmai ir 3 porti).

Signālu līmeņiem, kurus ievada por- tos no kontrolējamajiem objektiem, jā atbilst sistēmā pieņemtajiem. Tā kā vadāmie un kontrolējamie objekti var būt ar daudzkārt atšķirīgiem spriegumiem, pie tam tie var neveidot kopīgu piesaistes punktu attiecībā pret kontroliera kopējo iekšējo vadu, tad signālu ievadei-izvadei veido galvaniskās atsaites mezglus. Šos mezglus bieži realizē, pielietojot optopārus.

Bez tam datu maģistrālei var pieslēgt dažādus papildelementus — kodu pārveidotājus dažādas frekvences im

pulsos ( ta im erus) , indikācijas elementus (mirdzdiodes un displejus), taustiņu ievades mezglus un citus. Centrālais procesors operatīvai darbībai caur datu maģistrāli pieslēdzas vienlaicīgi tikai vienai mikroshēmai. Pieslēgšanu nodrošina adrešu maģistrāles signāli, kurus formē CPU.

Katrai centrālajam procesoram ar datu m aģis trā l i p ievienotai- m ik ro sh ē mai ir speciāls izvēles izvads CS (chip se lec t) , kuram padodot zema līmeņa signālu, attiecīgo mikroshēmu pieslēdz datu maģistrālei. Tā kā a t

ja u ts pieslēgt tikai vienu mikroshēmu, tad adrešu maģistrāles daudzbitu signālus nepieciešams dešiirēt. Sirn nolūkam adrešu maģistrāles vecāko kārtu n vadus pievieno dešifratora DC ieejai (5.2. zlm.), bet dešifratora 2“ izejām var pievienot 2a mikroshēmas. Kā jau tika teikts, adrešu maģistrāles vadus AO . . . A 9 lieto atmiņas šūniņu izvēlei — adresācijai atmiņas mikroshēmā izvēlas vienu no 210 un tos de- šifratoram nepieslēdz.

Tā kā šajā shēmā (5.2, zlm.) dešifratora DC ieejai pievienoti adrešu maģistrāles vadi A10, A l i , A12, tad dešifratora izejām var pievienot līdz astoņām mikroshēmām. Ja /4 /0=1, A I 1 = 1, A 1 2 —0, datu maģistrālei pievienota ievades-izvades mikroshēma P P 1 1. Ja A l l = 1; A 1 0 = A 1 2 = 0 , tad pievienota ievades-izvades mikroshēma P P I 2. Kombinācijas /4 /0=1 , A I 1 = 0, /4 /2= 0 gadījumā pievienota operatīvās atmiņas mikroshēma R A M 1, bet, ja /4 /0=0, A I 1 = 0, /4 /2=0 , — pastāvīgās atmiņas mikroshēma R O M 1.

Saskaņā ar pieņemto slēgumu, shēma darbojas neatkarīgi no vadu A13, A14, A 1 5 signālu vērtības. Operatīvās atmiņas šūniņu adreses (ievērojot, ka A 1 0 = \ , A l i = A 1 2 = 0 ) var pieņemt visus heksadecimālos skaitļus no E400H līdz E7FFH. Tikpat labi vecākās kvar

tas summas E vietā var pieņemt citus skaitļus un simbolus: 0, 2, 4, 6, 8 un A, C. Jaunākajai operatīvās atmiņas mikroshēmas šūnas adresei atbilst A 0 . . . A 9 = 0 , vecākajai šis mikroshēmas šūnas adresei — ,4 0 ...,4 9 = 1 .

Pastāvīgās atmiņas mikroshēmas šūniņu adresācijai var pieņemt visus heksadecimālos skaitļus no E000H lidz E3FFH. Arī še i t vecākās k va r ta s vērtība var būt 0, 2 . . . E.

Ievades-izvades mikroshēmām parasti ir vairāki ārējo pieslēgumu porti.5.2. zīmējumā attēlotas trīs portu (A, B, C) mikroshēmas. Lai izvēlētos portu, nepieciešami vēl divi papildu adrešu maģistrāles vadi (šeit pieņemti AO, A l ), kuri pieslēgti ievades-izvades mikroshēmas spailēm AO, A l . Tādējādi, ja A 0 = A 1 = 0 , tiek izvēlēts ports A, ja A 0 = 1, A l = 0 — ports B, ja <40=0, = l ports C. Adresējot portus, divbaitu adrešu maģistrāles informāciju centrālais procesors veido no diviem vienādiem baitiem. Tā kā mikroshēmas P P I 1 izvēlei /4 /0 = 4 / / = = 1, <4/2=0, bet porta A izvēlei nepieciešams A 0 = A 1 = A 8 = A 9 = 0, tad P P I 1 porta A adrese būs 0C (vai ari 2C, 4C, 6C, 8C, AC, CC, EC). Šīs pašas mikroshēmas porta B adrese būs OD (2D, 4D, 6D . . . ED). Porta C adrese būs 0E (vai 2E, 4E, 6 E .. .E E ) . Mikroshēma P P I 2 pieslēdzas, ja /4 /0=0, /4 // = l, /4 /2=0. Sās mikroshēmas porta A adrese būs 08 (28, 48, 6 8 . . . E8), B adrese — 09 (29, 49, E9), bet porta C adrese — 0A (2A, 4A, . ..E A ) .

Datu virzienu maģistrālē attiecībā pret centrālo procesoru nosaka signālu vērtības uz procesora spailēm W R un un D B I N ( Date buss I N ) . Ja W R = = D B I N = 0 , dati no centrālā procesora pa maģistrāli tiek virzīti uz kādu no ārējām mikroshēmām (ieraksts). Ja W R — D B I N = 1, tad dati no kādas


ārējās mikroshēmas pa maģistrāli virzās un centrālo procesoru (nolasīšana).

Ārējām mikroshēmām tehnoloģisku apsvērumu dēļ var būt citāda ieraksta- nolasīšanas vadība. Tā 5.2. zīm. ievades-izvades mikroshēmām ir ieraksta (W R ) un nolasīšanas (R D ) izvadi. Operatīvās atmiņas mikroshēmai R A M ir tikai viens izvads. Ja signāls ir nulle, tad mikroshēmā datus ieraksta, ja signāls 1, tad datus nolasa.

Datu pārvietošanas kārtību organizē sistēmas kontrollers S C (KP 580 BK28). Sis elements ir gan datu maģistrāles informācijas pastiprinātājs, gan vadības signālu MR, MW (attiecīgi atmiņas nolasīšana un ieraksts) un I/OR, I/OW (ārējo iekārtu nolasīšana un ieraksts) veidotājs.

5.3. CENTRĀLĀ PROCESORA FU NKC IO NĀ LĀ SHĒMA

Centrālais procesors apstrādā datus, kas saņemti pa maģistrāli no ārējām ietaisēm, kā ari apstrādāto informāciju pa maģistrāli nosūta adresātam. Tātad centrālā procesora datu maģistrāle ir ar signālu divvirzienu plūsmu (5.3. zīm.). Centrālais procesors formē arī adrešu maģistrāles informāciju, to virzot tikai uz ārpusi. Lai noteiktu datu pārvietojuma virzienu, procesors formē signālus WR un DBIN.

Centrālā procesora darbību sinhronizē takts ģenerators CG, bet realizējamās operācijas nosaka atmiņas šūnās ierakstītā programma. Tā satur gan veicamo komandu kodus (viena baita formātā), gan operandus (vienbaita vai divbaita skaitļa veidā). Tā kā vienojāmies aplūkot vienbaita mikroprocesoru K580, tad datu maģistrāle ir ar 8 binārām kārtām D0 . . . D7, bet adrešu maģistrāle — ar 16 binārām kārtām A 0 . . . A 1 5 (5.3. zīm.).

Programmā ierakstīto komandu kodus atšifrē komandu dešifrators CDC' un saskaņā ar iegūtajiem rezultātiem, veido iekšējos bināros vadības vārdus,, kuri komutē centrālā procesora objektus un organizē datu pārvietošanos, centrālajā procesorā.

Programmas nolasīšanu vada 16 b ita programmas skaitītājs P C (programm- counter) , kura ieejā pienāk takts ģeneratora signāli, bet 16 binārās izejas formē adrešu maģistrāles 16 bitu informāciju. Šo informāciju var uzstādīt arī neatkarīgi pēc programmā dotajiem nosacījumiem. Tas nepieciešams* lai vadītu pāreju uz dažādiem programmas posmiem.

Visu datu plūsmu procesorā palīdz, sakārtot informācijas uzkrājēji — reģistri. Viens no reģistriem — vienbaita akumulators A ir galvenais: gandrīz visas darbības ar datiem notiek ar šā reģistra starpniecību. Piemēram,, ja datus-operandus pa maģistrāli mikroprocesoru sistēmā ievada no ārējām» ietaisēm (komandas nosaukums I N — iekšā), tie vispirms nonāk centrālā procesora akumulatorā. Ja apstrādātos datus no mikroprocesoru sistēmas jā- izvada uz ārējām ierīcēm (komanda O U T — ārā), tos vispirms izvieto- akumulatorā.

Loģiski vai aritmētiski apstrādājot divus vienbaita bināro datu skaitļus,, vienu no tiem vienmēr ievieto akumulatorā. Pēc darbības veikšanas rezultāts ari vienmēr nonāk akumulatorā.

Bez galvenā reģistra centrālajā procesorā ir arī vairāki citi reģistri. Reģistru pāris H, L (h ig h — augsts, low — zems apzīmē baitu vērtību) uzglabā 16 bitu adrešu signālu informāciju, un tam ir sevišķa loma centrālā procesora darbībā. Tajā uzglabā atmiņas šūniņas divbaitu numuru, pie tam augstākās kārtas reģistrā (H ) novieto-


O

b

5.3. z tm . Centrālā procesora funkcionālā shēma (a ) un m ikroshēm as apzīm ējum s (b )

112 «Modernās elektronikas pamati:

informāciju A 8 . . .A 1 5 , bet zemākās kārtas reģistrā — bitus AO . . . A7.

Ir ari vispārīgas lietošanas vienbaita reģistri B, C, D, E, kurus var izmantot arī pa pāriem (B +C , D + E ). Šajos reģistros var uzglabāt gan no akumulatora saņemtos rezultātus, gan arī datus no atmiņu šūniņām. Pa pāriem lietojot, tajos var uzglabāt arī atmiņas šūniņu divbaitu adreses.

Aritmētiskās un loģiskās operācijas ar diviem vienbaita operandiem veic programmējamais aritmētiski loģiskais mezgls ALU (5.3. zīm.). Veicamās darbības nosaka atmiņā ieprogrammētās komandas. Ja, piemēram, komanda paredz reģistram A pieskaitīt reģistra C vienbaita skaitli (komanda ADD C), tad akumulatora vienbaita skaitlis un reģistra C vienbaita skaitlis nonāk ALU, notiek saskaitīšanās operācija un rezultāts atgriežas akumulatorā. Ja komanda paredz izdarīt akumulatora informācijas atņemšanu (komanda SUB A), tad ALU kā abi operandi tiek ievadīti akumulatora skaitļi, a tņemti un nulles rezultāts ierakstīts akumulatorā. So operāciju plaši pielieto akumulatora nullēšanai.

ALU darbības rezultātus (rezultātu akumulatorā) nepieciešams analizēt. Sim nolūkam kalpo pieci vienbita indikatori — «karodziņi» C, S, Z, AC, P. Indikators C (carry — pārnest) signalizē par pārnesuma rašanos vecākajā bitā. Ja C = 1, tad rezultāts ir lielāks par 28—1 =255. Indikators S (sign — zīme) signalizē par rezultāta zīmi un kontrolē vecākā bita vērtību. Mikroprocesoru operācijās ar iespējamu negatīvu iznākumu pieņemts bitu decimālās summas no OJīdz 127 (bita D7 vērtība ir nulle) uzskatīt par nosacīti pozitīvām (S = 0), bet summas no 128 līdz 255 (bita D7 vērtība ir viens) — par negatīvām ( S = l) . Tātad indikators S faktiski kontrolē vecākā bita vērtību.

Indikators Z (zero — nulle) kontrolē nulles rezultātu. Ja rezultāts- ir nulle (2 = 1), parasti notiek pāreja uz citu programmas daļu. «Karodziņš» AC (auxilary carry) signalizē, ka pārnesums radies vienbaita skaitļa jaunākajā pusbaitā (AC vērtība tad ir viens). «Karodziņš» P (parity) kontrolē vieninieku skaitu rezultāta bitos. Ja vieninieku skaits ir pāra, tad P = l_

Visi pieci karodziņi izvietoti vienbaita pazīmju reģistrā F, kura biti ir sekojoši:

S Z 0 AC 0 P 1 C.

Pazīmju reģistrs ļauj veidot alternatīvu programmu atkarībā no iepriekšējo operāciju rezultātiem. F reģistra saturu atmiņā var izvadīt komanda PUSH PSW (processor status word)r un to var uzstādīt ar komandas POP PSW palīdzību (PUSH — izstumt, POP — pacelt).

Svarīga nozīme mikroprocesoru sistēmas darbībā ir speciālam 16 bitu reģistram SP (stack pointer — steka rādītājs), kurā uzglabā to operatīvās atmiņas šūniņas numuru, kurā, atjaunojot pamatprogrammas darbību, jā griežas pēc adrešu informācijas.

Steku veido noteiktā operatīvās atmiņas zonā, un tas kalpo pāru reģistru . informācijas uzglabāšanai pēc galvenās programmas pārtraukšanas. Ja SP izvietota atmiņas šūniņas adrese AS un uz steku pārvieto divbaitu informāciju, tad vecākais reģistra pāra informācijas baits tiek izvietots atmiņas šūniņā ar adresi AS-1, bet jaunākais — šūniņā ar adresi AS-2 (tātad virzienā no apakšas uz augšu atmiņas šūniņu krātuvē). Pēc informācijas nodošanas uz steku (komanda PUSH) steka rādītājā izvietotais skaitlis tiek samazināts uz AS-2, tā norādot un uzglabājot steka

5. Mikroprocesoru vadības sistēmas

augšas pēdējās aizņemtās atmiņas šūniņas numuru.

Divbaitu adrešu informāciju pārvietojot no steka uz pāru reģistriem (komanda POP), vispirms pārvada SP norādītās atmiņas šūniņas datus, pēc tam to izdara ar par vienu lielāka numura šūniņas datiem un beidzot SP saturu palielina par 2. Atmiņas šūniņu apstrādes virziens secībā no mazākā numura uz lielāko (no augšas uz leju) ir raksturīgs normālai programmas izpildes gaitai.

Kad pamatprogrammu pārtrauc un izsauc apakšprogrammu (komanda CALL —. izsaukt), stekā izvieto to atmiņas šūniņas divbaitu numuru, kas ir pirmais pēc pārtraukurņa pamatpro- grammā, tātad patiesībā programmas skaitītāja PC datus. Pašā PC izvieto apakšprogrammas pirmās komandas adresi atmiņā. Atjaunojot galvenās programmas darbību, tās izpilde sākas no stekā '.norādītās atmiņas šūniņas, kuras numuru izvieto PC izejā. Ja arī apakšprogramma tiek pārtraukta, pārejot uz vēl citu apakšprogrammu (vēlreiz komanda CALL), tad stekā tiek pārvietota pārtrauktās apakšprogrammas nākamās komandas izvietojuma adrese atmiņā. Pie tam steka rādītāja saturs samazinās par 2.

Kad apakšprogramma izpildīta (pēdējā komanda apakšprogrammā RETURN — atgriezties), no steka programmas skaitītājā izvieto vecās apakšprogrammas nākamās komandas adresi atmiņā un steka rādītāja saturu palielina par 2. Tādējādi var izveidot daudzpakāpju programmas.

Datu apgrozību starp vienbaita maģistrāli un divbaitu reģistriem (W, Z- neprogrammējamie, B, C, D, E, H, L-programmējamie), kā arī steka rādītāju SP un programmas atskaitītāju PC organizē divvirziena multipleksors DMP (5.3. zīm.). Adrešu datu iz-

5.4. zīm. Program m as fragm enta algoritm s

maiņu par ± 1 procesora , veic in- krementācijas-dekrementācijas mezgls IDM.

Jāatzīmē, ka katram reģistram arī ir savs kods: B reģistram 000, C reģistram 001, D reģistram 010, E —011, H — 100, L reģistram 101.

Centrālā procesora darbību ilustrēsim ar nelielu piemēru. Pieņemsim, ka no mikroprocesoru sistēmas jāizvada (komanda OUT) atmiņas šūniņā ierakstīts vienbaita skaitlis X, kurš noteiks vadāmā objekta stāvokli. Ievades portā par objekta stāvokļa izmaiņām ziņos vienbaita skaitlis Y, kurš jāievada (komanda IN), jāsalīdzina ar uzdoto Y0 (to var realizēt ar komandu «izslēdzošais VAI» — XRI, kuras otrajā baitā ieraksta Y0

8 — 356


07 00

ii*1i+21+3i+4i*Si+6i+7i*Si+9MO(A

MVI A

X*OE HOUT X

F 6 HIN YFO

XRIYļ-7CJN Z

L*(i+4)HH=(Ī+A)H

MVI A

izvietotakumulatoraOEHizvadīt OEH caur portuFS

ievadīt, skaitli Y

salīdzināt Y ar 7CH

joY*Y. turpināt IN Y caur FO

5.5. zlm . Program m as komandu ieraksts atm iņas šūn iņās

vērtību). Ja Y¥=Yo, jāturpina ievade, tā dējādi gaidot apstiprinošu atbildi. Ja Y=Y0> jāpāriet uz jaunu programmas posmu. Sis algoritms attēlots 5.4. zīmējumā.

Ja programmas skaitītāja izejā būs šā programmas posma sākuma komandas atmiņas šūniņas numurs, tiks nolasīts (pēc procesora signāla READ) vienbaita šūniņā ierakstītais komandas kods M VI A (pārvietot tieši no atmiņas uz akumulatoru). Pēc komandas atšifrēšanas CDC skaitītāja izejas skaitlis — šūniņas numurs palielinās par vienu un no šīs šūniņas akumulatorā tiek pārsūtīts komandai paredzētais operands (piemēram, ierakstīsim O E H ). Tātad pirmā komanda būs izvietota divās atmiņas vienbaita šūniņās — tā būs divbaitu komanda j(5.5. zīm.).

Pēc šīs komandas izpildes šūniņas numurs skaitītāja izejā pieaugs par vienu un tiks atšifrēts komandas OUT kods. Taču programmai jānorāda arī ārējās izvades mikroshēmas porta ad

rese. Kad pēc OUT koda atšifrēšanas skaitītāja PC saturs pieaug par vienu, no atmiņas šūniņas tiek saņemta izvades mezgla vienbaita adrese (piemēram, F6), kura nonāk divbaitu adrešu maģistrālē kā divreiz atkārtots F6 (tātad F6F6 H). Pēc datu izvades (signāls WRITE) , caur mezglu F6 skaitītāja PC izejas skaitlis tiek palielināts par vienu un procesors nolasa nākošo komandu IN. Pēc šīs komandas atšifrēšanas skaitītāja izejas skaitlis — šūniņas numurs pieaug par vienu un no atmiņas tiek saņemts vienbaita skaitlis — ievades mezgla apzīmējums (piemēram, FO), kurš nonāk adrešu maģistrālē kā divreiz a tkārtots skaitlis (tātad FOFOH).

Pēc datu ievades (signāls READ) tie nonāk akumulatorā, bet programmas skaitītājā šūniņas numurs pieaug par vienu un tiek atšifrēta nākošā komanda XR1 («izslēdzošais VAI»). Pēc atšifrēšanas skaitītāja izejas skaitlis pieaug par vienu un no programmas tiek saņemts etalonskaitlis Yo (pieņemsim, 7C H ). Skaitītāja skaitlim pieaugot vēl par vienu, tiek atšifrēta rezultāta analīzes komanda IN Z (jump not zero). Pēc komandas atšifrēšanas skaitītāja skaitlis divreiz pēc kārtas pieaug par vienu un tiek nolasīts a tmiņas šūniņas divbaitu numurs, uz kuru jāpārlec (jump), ja rezultāts ir nepareizs (t. i., nav nulle). Šajā gadījumā būs jāatkarto operācija IN un jāatgriežas uz /+ 4 šūniņu. Pie tam programmā sākumā tiek nolasīts atmiņas adres.es i+ 4 zemākās kārtas baits (L), pēc tam nākošajā šūniņā — augstākās kārtas baits (FI).

Tātad, ja Y=^Y0, skaitītāja izejā iestādās divbaitu skaitlis t+ 4 un nonāk adrešu maģistrālē. Programma atkal sāk darbu no atmiņas šūniņas /+ 4 . Ja Y=Y0, tad pēc salīdzināšanas operācijas rezultāts ir nulle un nonā

5. Mikroprocesoru vadības sistēmas 115.

kam atmiņas šūniņā i+11. Sākas jauns programmas posms.

Jāatzlmē, ka skaitītāja pārslēgšanās nenotiek pie katra takts impulsa, jo atmiņas šūniņas vienbaita datu apstrādei (atšifrēšana, shēmas komutācija) vajadzīgas vairākas impulsu taktis. Tas jāievēro, aprēķinot programmas izpildes laiku.

Svarīga nozīme centrālajā procesorā atvēlēta ārējo vadības signālu apstrādei (5.3. zīm.). Izvads WR ar zemo signāla līmeni norāda, ka dati virzās no CPU uz ārējiem objektiem (WRITE). Izvada DBIN (Date buss IN) vieninieka signāls norāda, ka dati no ārienes tiek nolasīti un pārvietoti uz CPU (READ).

Signāls INT (interrupt — pārtraukt) izvadā pienāk no ārpuses un pieprasa pārtraukt programmas posma izpildi. Kad procesors ir gatavs pārtraukt, tad tas atbild ar vieninieka signālu INTE (atļauja). Izvadiem F 1, F2 pieslēdz takts ģeneratoru. CPU izvads R (Reset) kalpo mikroprocesora komandu skaitītāja nullēšanai. Signāls WAIT (gaidīšana) norāda uz gaidīšanas režīmu, kad CPU gaida datus no ārējā objekta. Pa izvadu READY no ārējiem mezgliem centrālajam procesoram var paziņot cita mezgla gatavību nodot datus. Signāls SYNC norāda, ka sākts apstrādāt nākošo komandu. Izvadu HOLD un HLDA signāli realizē saiti ar citām ārējām iekārtām (displeju, automātisko rakstāmmašīnu u. c.).

5.4. M IKROPROCESORU K O M A N D U SISTĒMA

Katram komandas nosaukumam — saīsinātajam angļu apzīmējumam — atbilst noteikta astoņu bināro kārtu ciparu (0 vai 1) kombinācija — ko

mandas kods. Tātad vienbaita mikroprocesorā pavisam var būt 256 komandu nosaukumi. Parasti gan tik daudzu komandu nosaukumi nav nepieciešami. Tā K580 mikroprocesorā, ir 78 komandu nosaukumi un 244 komandas.

Komandas var realizēt šādas funkcijas:

datu pārbīde;aritmētiskās operācijas;loģiskās operācijas;pāreja uz citu programmas posmu;apakšprogrammas iesaiste;steka apstrāde;specfunkcijas.

Komandu pārzināšana ļauj efektīvi realizēt sarežģītas datu apstrādes sistēmas. Taču vienkāršu sistēmu izveidei parasti pietiek ar kādām desmit komandām.

Visas 244 vienbaita mikroprocesora K580 komandas attēlotas 5.1. tabulā. Komanda sastāv no komandas nosaukuma un komandas izpildei nepieciešamās vienbaita vai divbaitu papildinformācijas. Komandām, kurām pierakstīta piebilde «data», ir nepieciešams- vēl viens baits ar datiem — operandiem (tātad tā ir divbaitu komanda). Komandām ar piebildi «16» ir vēl divi papildus operandu baiti (trīs- baitu komanda), bet komandām ar piebildi «addr» — divbaitu adreses nosaukums (arī trīsbaitu komanda). Ievades un izvades komandām norāda portu numurus (piebilde N), un tās. ir divbaitu komandas. Ir arī virkne vienbaita komandu, kuru izpildei papildinformācija nav nepieciešama.

Datu pārbīdes komandas organizē- datu pārvietošanu starp reģistriem, kā arī starp reģistriem un atmiņu.

Ja, piemēram, dati jāpārbīda no reģistra r2 uz reģistru rl, lieto vienbaita komandu MOV rl, r2 (Move Register). Pēc komandas izpildes reģistrā r2

8«

Jaun

ākās

kv

arta

s he

ksad

ecim

ālā

vērtī

ba

I Ja

unāk

ās

kvar

tas

heks

adec

imāl

ā vē

rtīb

a

Komandas koda vecākās kvartas heksadecimālā vērtība

5.1. tabula

NOP

LX1B,16

STAXB

INX

INRB

LXID,16

LXIH,16

STAXD

SXLDaddr

INXD

INXH

3 .

LXISP,16

STAaddr

INXSP

MOVB.B

MOVD.B

MOVB,C

MOVB,D

MOVD,C

MOVD,D

MOVH,B

MOVH,C

MOVH,D

MOVB,E

DCRB

MVIB.data

INRD

DCRD

MVID,4ata

INRH

IN'RM

DCRH

DCRM

MOVB.H

MOVB,L

MOVD.E

MOVH,E

MOVM,B

MOVM,C

MOVM,D

ADD

ADDC

ADDD

SUBB

SUBc

SUBD

AN A B

ORAB

ANAC

ANAD

MOVM.E

MOVD,H

MOVH,H

MOVM,H

MOVD,L

MOVH,L

MOVM.L

ADDE

SUBE

ANAE

ORAC

RNZ

POPB

RNC

POPD

RPO

POPH

ORAD

ORAE

ADDH

ADDL

SUBH

SUBL

MVIH.data

MVIMdata

RLC RAL DAA STC

MOVB,M

MOVB,A

MOVC,B

MOVD,M

MOVD A

MOVE,B

MOVH.M

HLT

MOVH,A

MOVM A

MOVL,B

MOVA,B

ADDM

ADDA

SUBM

SUBA

ADC SBB

ANAH

ANAL

ORAH

ORAL

JN'Zaddr

JMPaddr

JNCaddr

JPOaddr

OUTN

CNZaddr

PUSHB

ANAM

ANA A .

XRA

ORA • M

ADIdata

ORAA

CMP

RST0'

CNCaddr

XTHL

RP

POPPSW

JPaddr

DI

CPOaddr

PUSHD

SUIdata

RSTT

RZ RC

PUSH H

AN I data

RST4'

CPaddr

PUSHPSW

ORIdata

RST6'

RPE RM

u l ^ — ..... ; ..... ... .....................

9 DADB

DADD

DADH

DADSP

MOVC,C

MOVE,C

MOVL,C

MOVA,C

ADCC

SBBC

XRAC

CMPc

RET — PCHL SPHL

A LDAXB

LDAXD

LHLDaddr

LDAaddr

MOVC,D

MOVE,D

MOVL,D

MOVA,D

ADCD

SBBD

XRAD

CMPD

JZaddr

JCaddr

JPEaddr

JMaddr

B DCXB

DCXD

DCXH

DCXSP

MOVC,E

MOVE,E

MOVL,E

MOVA,E

ADCE

SBBE

XRAE

CMPE

— INN 6

XCHG El

C INRC

INRE

INRL

INRA

MOVC,H

MOVE,H

MOVL,H

MOV A,H

ADCH

SBBH

XRAH

CMPH

CZaddr

CCaddr*

CPEaddr

CMaddr

D DCRC

DCRE

DCRL

DCRA

MOVC,L

MOVE,L

MOVL,L

MOVA,L

ADCL

SBBL

XRAL

CMPL

CALLaddr

— — —

E MVIC.data

MVIE,data

MVIL,data

MVI A,data

MOVC,M

MOVE,M

MOVL,M

MOVA,M

ADCM

SBBM

XRAM

CMPM

ACIdata

SBIdata

XRIdata

CPIdata

F RRC RAR CMA CMC MOVC,A

MOVE,A

MOVL,A

MOVA,A

ADCA

SBBA

XRAA

CMPA

RSTV

RST3'

RST5'

RSTT

«Modernās

elektronikas pam

ati»_____________________________________________________________________

ļ g

Mikroprocesoru

vadības sistēm

as

118 «Modernās elektronikas pamati

saglabājas iepriekšējā informācija, bet reģistrā rl radīta reģistra r ‘2 kopija. Komandu izpilda 5 taktīs. Kā red-zams no 5.1. tabulas, katrai reģistra pārbīdes komandai MOV ir says atšķirīgs kods. Tā MOV C, B kodē kā 48 H vai

D7 DO0 1 0 0 1 0 0 0

MOV C B ’

Pēdējie trīs jaunākie biti norāda B reģistra kodu (000), trīs nākamie biti (001) norāda C reģistra kodu, bet pašas operācijas MOV kods bitos D7, D6 ir 01.

No šejienes skaidrs komandas koda izveides princips: jānorāda kā operācijas kods, tā objektu kods. Tā, zinot B un C reģistru kodus, var noteikt, ka MOV B, C būs 41 H, MOV B, B — 4 0 H, MOV C, C — 49 H.

Datu tiešu pārbīdi no atmiņas šūniņas reģistrā realizē divbaitu komanda M VI r, data (Move immediate — pārvietot tieši). Pēc komandas M VI atšifrēšanas centrālajā procesorā tiek nolasīta atmiņas nākošajā baitā ierakstītā informācija. Sī informācija tiek novietota reģistrā r. Piemēram, komandas M VI D, 18 H izpildes rezultātā skaitlis 18 H tiek ievietots reģistrā D. Komandu izpilde 7 taktīs.

Ja sākotnēji reģistru pāri HL ierakstīts atmiņas šūniņas numurs M, tad vienbaita komandas MOV r, M (Move from memory) izpildes rezultātā dati no šūniņas ar numuru M tiek ievadīti reģistrā r.

Tieši no atmiņas reģistru pāros ( / /+ £ , S + C , D-\-E) divbaitu datus ievada, izmantojot trīsbaitu komandu LXI rp, data 16 (Load register pair immediate). Sajā gadījumā reģistru pārim norāda tikai augstākās kārtas baita reģistra nosaukumu, bet datu pirmo (komandas otro baitu) ieraksta zemākās kārtas reģistrā. Piemēram,

L X ID 4466 H izpildes rezultātā skaitlis 66 H (komandas trešais baits) tiek ierakstīts reģistrā D, bet 44 H (komandas otrais baits) — reģistrā E.

Paredzēta atsevišķa komanda reģistru pāra HL aizpildei, ar uzdotās atmiņas šūniņas datiem. Pēc komandas LHLD addr. (Load H and L direct) uzdotās atmiņas šūniņas datus ieraksta L re* ģistrā, bet informācija no šūniņas, kuras adrese par \?ienu lielāka — reģistrāH. Tātad, ja izpildās komanda LHLD 1985 H, tad L reģistrā tiek ievietoti 1985. šūniņas dati, bet H reģistrā — 1986. šūniņas dati.

Ir arī komandas, kuras organizē- datu pārrakstīšanu atmiņā. Tā komanda M VI M, data (Move to memortf immediate) nodrošina komandas o trā baita — operanda novietošanu atmiņas šūniņā, kuras numurs iepriekš ierakstīts H, L reģistrā.

Komanda STA addr realizē akumulatora datu pārrakstīšanu tajā atmiņas, šūnā, kuras adrese norādīta komandas otrajā un trešajā baitā. Piemēram, STA 20EA H nodrošina akumulatora datu ierakstu šūniņā ar numuru 20EA. Komanda SHLD addr (Store H and L direct) realizē HL reģistru datu pārrakstīšanu atmiņas šūniņās. Pie tam L reģistra dati ierakstās komandā uzdotajā šūniņā, bet H reģistra dati — šūniņā, kuras numurs par vienu lielāks.

Uzskaitīsim pārbīdes komandas, norādot tām nepieciešamo baitu apjoma un taktu skaitu.

MOV — pārbīde, 1 baits, 5 taktis;M VI — tiešā operanda pārbīde,,

2, 7;LXI — tieša operanda pārbīde uz.

reģistru pāri, 3, 10;LDA — operanda pārbīde uz aku

mulatoru ar tiešu adresāciju, 3, 13;

5. Mikroprocesoru vadības sistēmas 119

ST4 — akumulatora datu pārrakstīšana atmiņā ar tiešu adresāciju, 3, 13;

LHLD — reģistru HL ierakstīšana ar tiešu adresāciju, 3, 16;

SHLD — reģistru HL satura pārrakstīšana tieši norādītajā atmiņas šūnā, 3, 16;

LDAX — datu ierakstīšana akumulatorā pēc netiešas adresācijas, 1, 7;

.Sr4.Y — akumulatora datu pārrakstīšana atmiņā pēc netiešas adresācijas, 1,7.

Netiešā adresācija tiek realizēta, izm antojot reģistru pāros BC un DE ierakstīto adrešu šūniņu numuru. Iespējams arī apmainīt HL reģistru pāra datus ar DE reģistru pāra datiem (komanda XCHG — Exchange H and L with D and E).

Aritmētiskās komandas realizē a r it- ' mētiskās operācijas ar datiem, kas novietoti reģistros un atmiņā. Rezultāts atrodas akumulatorā, un to novērtē pazīmju biti.

Reģistru datu summēšanu veic ar komandu ADD r (Add Register), kuras iedarbē reģistra r dati summējas ar akumulatora datiem. Ja akumulatorā ir skaitlis 2E H, bet reģistrā D skaitlis 6C H, tad komanda ADD D izpildās šādi:

, 0 0 1 1 0 1 1 0 0 6C H “T* 4 0 0 1 0 1 1 1 0 2E H

4 1 0 0 1 1 0 1 0=9A H .So rezultātu karodziņi novērtēs šādi:

5 = 1 , Z = 0, P = l , C =0, 4 C = 1.Saskaitīšanu, ievērojot pārnesuma

bita vērtību, realizē komanda ADC r. Piemēram, ja akum ulatorā. ir skaitlis 42 H, reģistrā B —3D H, bet pārnesuma bits C— 1, tad rezultātā iegūstam:

, • 4 0 1 0 0 0 0 1 0T b o o i i i i o i-’" C O O O O O O O 1

4 1 0 0 0 0 0 0 0= 80 H.

Pazīmju bitiem būs šādas vērtības: C =0, Z=0, P = 0, S = 1, 4 C = 1.

Var summēt arī atmiņā ievietoto operandu. Piemēram, komanda ADI data akumulatorā ievietotajam operan- dam tieši piesummē otro baitu, kurš atmiņā papildina komandu. Rezultāts tiek ievietots -akumulatorā. Komanda ACI veic to p a šu , vēl piesummējot pārnesuma bitu.

Var summēt arī noteiktas atmiņas šūniņas datus. Tam kalpo komanda ADD M. Reģistru pārī HL iepriekš ieraksta šūniņas numuru, bet pēc šīs komandas šūniņas dati summējas ar akumulatora datiem. Komanda ADC M realizē to pašu, bet pieskaitot vēl pārnesuma bita vērtību.

Reģistra datu atņemšanu veic komanda SUB r (Subtract Register). Ja, piemēram, akumulatorā ir 3E (62 decimālā kodā), reģistrā B ir 2E (46 decimālā kodā), tad SUB B realizējas šādi:

, 4 0 0 1 1 1 1 1 0 'T - B 1 1 0 1 0 0 1 0

(papildkodā 2E)

41 0 0 0 1 0 0 0 0 = 1 0 H (decimālais

skaitlis 16).

Seit Z = 0, P = 0, 4 C = 1 , S = 0 , C = 0 (atņemšanas darbībā vecākās kārtas pārnesuma rašanās atbilst C = 0 ). Pa- pildkodu iegūst, invertējot, sākot no labās puses, visus bitus pēc pirmā vieninieka bita, kuru neinvertē.

Atņemot reģistru, var ievērot arī C vērtību. Šādu komandu sauc SBB r (Subtract Register with borrow — atņemšana ar aizņēmumu). Reģistra dati summējas ar C vērtību un summa a tskaitās no akumulatora skaitļa. Tā, ja4 = 04H, reģistrs £ = 0 2 H, bet C = l, tad pēc komandas SBB E

120 «Modernas elektronikas pamati:

, £ 0 0 0 0 0 0 1 0 02 '*■ C 0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 0 0 1 1 03 H , 4 0 0 0 0 0 1 0 0 04

+ - 0 3 1 1 1 1 1 1 0 1(papildkodā 03)

AI 0 0 0 0 0 0 0 1 01 H. Pazīmju reģistrā C = 0, S = 0 , Z = 0, P —0, AC= 1. C bitam ir nulles vērtība, jo pārnesums radās atņemšanas operācijā.

Komandas papildbaitā ierakstīto skaitli ļauj atņemt komanda SUI data (Subtract immediate). Piemēram, ja programmā ierakstīta komanda SUI 3E, tad no akumulatora atņem 3E. A tņemamā skaitļa vietu atmiņā var norādīt ar HL reģistrā ierādīto šūniņas numuru. Tā, ja HL reģistrā ir šūniņa A051, tad pēc komandas SU B M no akumulatora skaitļa atņem šīs šūniņas skaitli.

Atmiņas datys var atņemt, arī ievērojot aizņēmumu. So operāciju realizē komanda SBB M ■ (Subtract memory with borrow). HL reģistrā uzdotās šūniņas datus summē ar pārnesumu C un summu atņem no akumulatora skaitļa.

Plaši lieto datu inkrementāciju (palielināšanu par vienu) un dekremen- tāciju (samazināšanu par vienu). Komanda INR r (Increment Register) palielina reģistra saturu par 1. Komanda INR M palielina HL reģistra pāra norādītās atmiņas šūnas saturu par vienu. Reģistra dekrementēšanu veic komanda DCR r un atmiņas — komanda DCR M.

Var dekrementēt un inkrementēt arī jebkuru reģistru pāri. To veic komandas INX rp un DCX rp, piemēram, INX D, DCX B. Var summēt ikviena reģistru pāra datus ar HL reģistra datiem — komanda DAD rp. Rezultāts šoreiz tiek ievietots reģistru pārī HL. Komanda D AD H divkāršo reģistru pāra HL saturu.

īpatnēja aritmētiskā operācija ir

akumulatora decimālā korekcija — DAA. Korekciju lieto, lai rezultātu, kurš atrodas akumulatorā, varētu pārveidot bināri decimālā kodā. Sim nolūkam nepieciešamības gadījumā katrai kvartai pieskaita 6. Tā, piemēram, iepriekš saskaitot divus bināri-decimā- los skaitļus. 7 7 BD (Oli 10111), iegūstam rezultātu EE H (11101110), kurā. katras kvartas decimālā summa pārsniedz 9. Pieskaitpt abām kvartām 6 - (01100110), iegūstam 54 H ar pārnesuma bitu C = l. Ievērojot pārnesuma bitu, ir dabūts pareizs decimālais- rezultāts 154. Šāda komanda palīdz, saistīt mikroprocesoru ar bināri decimālajām indikācijas ietaisēm.

Vispārīgi aritmētiskās komandas ir:INR — baita inkrementēšana p a r

vienu, 1 baits, 5 taktis;.DCR — baita dekrementēšana par

vienu, 1, 5;INX — reģistru pāra satura inkre

mentēšana par vienu, 1 ,5;DCX — reģistru pāra satura de

krementēšana par vienu, 1, 5;

DAA akumulatora decimālā korekcija, 1, 4;

ADD ■— saskaitīšana, 1, 4;ADI — saskaitīšana ar uzdoto

operandu, 2, 7;ADC — saskaitīšana, ievērojot pār

nesumu, 1, 4;ACI — saskaitīšana ar uzdot»

operandu un esošo pārnesumu, 2, 7;

SUB — atņemšana, 1, 4;SUI — uzdotā operanda atņem

šana, 2, 7;SBB — atņemšana ar aizņēmumu,

1, 4;SBI — uzdotā operanda atņem

šana ar aizņēmumu, 2, 7;DAD — jebkura reģistru pāra sa

tura saskaitīšana ar H L reģistru pāra saturu, 1, 3.


Loģisko operāciju komandas, kuras var realizēt, izmantojot reģistros uzkrātos datus, ir šādas:

reģistra r vienbaita datu loģiskā reizināšana (operācija UN—AND) ar akumulatora datiem (rezultāts akum ulatorā) ANA r

А 1 0 0 1 1 1 0 1 r 0 1 1 0 1 1 1 0

A N A r 0 0 0 0 1 1 0 0,

reģistra r vienbaita datu loģiskā summēšana (operācija VAI — OR) ar akumulatora datiem ORA r

A 1 0 0 1 1 1 0 1 r 0 0 1 0 1 1 1 0

O R A r ī 0 1 1 i I I Ireģistra r un akumulatora datu iz

slēdzošā summēšana XRA г (ja biti vienādi, rezultāts ir nulle)

А 1 0 0 1 1 1 0 1 r 0 1 1 0 1 1 1 0 _ _ _ _ _ . _ _ _ _ _ _ _ _ _

Minētajās loģiskajās komandās katrs bits tiek apstrādāts neatkarīgi un pārnesums С nav iespējams (C = 0).

Reģistra un akumulatora datus var salīdzināt, pielietojot komandu CMP r. J a A = r, tad Z = l , ja Афт, tad Z =0. Sī komanda dara to pašu, ko komanda SU B, tikai rezultātu neievieto akumulatorā.

Ja izmantojam atmiņas šūniņas datus un šīs šūniņas numurs dots HL reģistru pārī, tad ir iespējamas loģiskās komandas:

A N A M (AND memory)-,O R AM (OR memory)',X R A M (Exclusive OR memory)-, CMPM (Compare memory).

Lai apstrādātu komandas otrajā baitā uzdotos datus, lieto šādas loģiskās komandas:

A N I data (AND immediate);ORI data (OR immediate);

XRI data (Exclusive OR data);CMP data.

Loģiskā komanda ir arī akumulatora bitu invertēšanas komanda CMA (complement accumulator), pārnesuma bita invertēšanas komanda (CMC — complement carry), kā ari pārnesuma bita vieninieka signāla uzstādīšanas komanda STC (Set carry).

Atsevišķu loģisko komandu grupu veido rotācijas komandas, kuras ļauj piekļūt (caur pārnesuma bitu) atsevišķiem datu baita bitiem un organizēt programmu atkarībā no šo bitu vērtības. Pārbīde par 1 bitu pa labi atbilst dalīšanai ar 2, bet pa kreisi — reizināšanai ar 2. Tā komanda RLC (Rotate left cyclic — pa kreisi) pārbīda akumulatora datus par 1 bitu pa kreisi, vecāko bitu ievietojot pārnesuma bitā un jaunākajā bitā. Piemēram, ja C = 0, akumulatorā A = F2 (11110010), tad pēc komandas. RLC C = 1, A = E5 (11100101). Pirm ajā gadījumā baita decimālā vērtība ir 242, bet otrajā — 484 (pārnesuma decimālā vērtība ir 255).

Komanda RRC (Rotate right cyclic — pa labi) pārbīda akumulatora datus pa labi, un jaunākā bita vērtība nonāk pārnesuma bitā un vecākajā bitā. Pēc komandas RRC skaitlis F2 H, ja C=0, kļūst par 79 H, C =0, kurš atbilst decimālajam skaitlim 121.

Ciklisko rotāciju pa kreisi var realizēt arī caur pārnesuma bitu, kad tā vērtība kļūst vienāda ar vecākā bita vērtību, bet C iepriekšējā vērtība nokļūst jaunākajā bitā. Tā skaitli F2 pie pārnesuma C vērtības 0, pārbīdot pa kreisi ar komandu RAL, iegūstam C = l, E4 H (11100100). Pēc komandas RAR (pa labi) no skaitļa F2, ja C =0, iegūstam 79, C = 0.

Pāreju uz citu programmas posmu realizē vai nu bez nosacījumiem, vai arī pēc zināmu nosacījumu izpildes.


Ja pāriet bez nosacījuma, tad lieto komandu IMP addr (Jump — lēk t) ,— programmas skaitītāja izejā uzstādās uzdotās atmiņas šūniņas numurs. Komandas otrajā baitā ir adreses jaunākais baits, bet trešajā baitā — vecākais baits. Var pāriet arī uz HL reģistrā norādīto adresi (komanda PCHL).

Pārejas nosacījumi var būt šādi:NZ (not zero) — ja rezultāts nav

nulle ( Z = 0);Z (zero) — ja rezultāts ir nulle

(2 = 1);NC (not carry) — ja nav pārne

suma (C = 0);C (carry) — ja ir pārnesums

( C = l) ;PO (parity odd) — ja rezultāta vie

ninieka bitu skaits ir nepāra ( P = 0);PE (parity even) — ja rezultāts ir

ar vieninieka bitu pāra skaitu ( P = l ) ;P (plus) — ja rezultāts ir pozitīvs

(S = 0);M (mīnus) — ja rezultāts ir nega

tīvs ( S = l) .Pārejas komandas attiecīgi ir JNZ,

JZ, JNC, JC, JPO, IPE, JP, JM.Apakšprogrammas izsauc komanda

CALL addr, kurā ir divi papildus baiti ar apakšprogrammas sākuma šūniņas numuru. Automātiski stekā tiek noglabāts atmiņas šūniņas numurs, kas ir nākamais pēc komandas CALL. Komandu realizējot, sākumā steka rādītāja saturs samazinās par vienu un atmiņas šūniņā ar šo numuru ievieto adreses, kuru nepieciešams saglabāt atmiņā, vecāko baitu. Pēc tam steka rādītāja saturs tiek samazināts vēl par vienu un šajā atmiņas šūniņā ieraksta šīs pašas adreses jaunāko baitu. Tikai pēc tam programmas skaitītāja izejā uzstāda komandas CALL otro un trešo baitu.

Piemēram, ja programmas skaitītājā pēc komandas CALL 14A5H atmiņas

šūniņas numurs ir 1125, bet steka rādītājā ir skaitlis FF03 H, tad šūniņā ar adresi FF02 H ievieto 11 H, bet šūniņā ar adresi FFOl H ievieto 25 H. Steka rādītājā paliek skaitlis FFOl H, bet programmas skaitītāja izejā tiek iestādīts skaitlis 14A5H (izsaucamās apakšprogrammas sākuma šūniņas numurs).

Apakšprogrammas beigās jābūt komandai RET (Return — atgriezties). Pēc šīs komandas no steka rādītājā adresētās atmiņas šūniņas saņem galvenās programmas atmiņas , adreses jaunāko baitu un ievieto to programmas skaitītāja izejā. Pēc tam steka rādītājs palielinās par vienu un nolasa no norādītās šūniņas atmiņas adreses vecāko baitu, pēc tam steka rādītāju palielina vēl par vienu.

Apakšprogrammas var izsaukt ari pēc nosacījumiem Cond addr (Condi- tional call). Izsaukuma nosacījumi līdzīgi pārejas nosacījumiem. 5im nolūkam lieto komandas CC, CNČ, CZ, CNZ, CP, CM, CPE, CPO. Atgriešanās galvenajā programmā ari var notikt atbilstoši nosacījumiem (komandas RNZ, RNC, RP, RM utt.).

Eksistē arī steka apstrādes komandas. Lai lietotu komandas, kuras operē ar steku, sākotnēji jānorāda steka sākuma (steka «dibena») atmiņas šūniņas numurs. To steka rādītājā iestāda, izmantojot trīsbaitu komandu LXI SP, data 16. Sīs komandas otrais baits tiek ievietots SP jaunākajā baitā, bet trešais baits — SP vecākajā baitā.

Komanda PUSH rp nodrošina pāru reģistra vecākā baita pārvietošanu uz atmiņas šūniņu ar numuru /1S-1 un jaunākā baita pārvietošanu uz šūniņu i4S-2. Steka rādītāja saturs samazinās par 2, t. i., no v4S uz AS-2. Tā, ja BC pāri ir skaitlis 1835 H, SP ir EE12H, tad pēc komandas izpildes atmiņas šūniņā EE11H būs 18 H, bet šūniņā


EE10H — 35 H. Steka rādītājā būs skaitlis EE10 H.

Stekā var izvietot ari procesora stāvokļa vārdu PSW, kuru veido akumulatora saturs kā vecākais baits un F reģistra saturs. Izvietošanu veic komanda PUSH PSW. Pēc šīs komandas akumulatora datus izvieto atmiņas šūniņā 4S-1, bet F reģistra — šūniņā ■4S-2. Skaitlis SP samazinās par divi un beigās ir AS-2.

Pēc komandas POP rp un POP P S W informācija no steka tiek pārvietota uz uzdoto reģistru pāri vai procesora stāvokļa reģistru un akumulatoru. No steka rādītāja skaitļa norādītās atmiņas šūniņas dati tiek pārbīdīti uz zemākās kārtas reģistru pāri vai uz F reģistru, ja operē ar PSW. Nākamās šūniņas dati pāriet uz vecākās kārtas reģistru pāri vai akumulatoru, ja lieto PSW. Steka rādītājā komandas ixpildes beigās būs skaitlis AS-2.

Piemēram, ja 4 S ir A181 H, šajā atm iņas šūniņā ir skaitlis 03 H un šūniņā A182H — skaitlis 32 H, tad pēc komandas POP H reģistrā H būs 32 H, reģistrā L — 03 H, bet steka rādītājā A183H.

Steka rādītāja skaitli var ari in- krementēt (I N X S P ), kad steka rādītā ja skaitlis pieaug par vienu, un de- krementēt (DCXSP), kad skaitlis samazinās par vienu.

Reģistru pāra HL datus steka rādītājā var novietot, izmantojot komandu SPHL. HL reģistra datus un steka «virsotnes» datus var samainīt vietām, pielietojot komandu XTHL (Exchange Stack top with H and L).

Specfunkcijas realizē informācijas ievadu, izvadu, programmas pārtraukumu, apstādināšanu, komandu izlaišanu.

Informācijas ievadu veic divbaitu komanda IN N, kuras otrajā baitā ir

porta kods — numurs. Pēc šīs komandas dati pa maģistrāli nonāk akumulatorā. Pēc komandas OUT N, kuras otrajā baitā arī ir porta numurs, dati caur maģistrāli no akumulatora nonāk aiz komandas uzrādītajā portā.

Programmas ' pārtraukumu vada ar komandām EI (Enable interrupt — pārtraukums atļauts) un DI (pārtraukums aizliegts). Ja programmā ir komanda EI, tad procesora vadības blokā esošais pārtraukuma atļaujas trigers formē signālu INTE — atļauja un pēc nākošās komandas izpildēs var funkcionēt ārējā pārtraukuma sistēma. Pretēja komanda DI uz INTE spailes formē aizliedzošo signālu.

Komanda HLT (Halt) apstādina programmas skaitītāju un fiksē visu reģistru saturus — procesors apstājas. Komanda NOP (nav operāciju), nepildot nekādu komandu, izlaiž četras taktis. Tā var panākt nelielu laika aizkavējumu.

5.5. M IKROPROCESORU SISTĒMAS ELEMENTI

Centrālajam procesoram parasti pieslēdz daudz ārējo elementu — mikroshēmu. Tādi ir takts ģenerators, sistēmas kontrolieris, atmiņas elementi, ievades-izvades mikroshēmas, taimeri. Datu informācijas pastiprināšanai pieslēdz maģistrāles signālu formētājuš, kā arī buferus. Visas mikroshēmas var darboties arī pilnīgi autonomi.

Takts ģenerators CG (5.6. zīm.) formē periodiskus CPU taktēšanas impulsus Fl, F2 ar amplitūdu 12 V. Sos signālus veido CG iekšējais harmonisko svārstību ģenerators, kura kvarca rezonators pieslēgts spailēm XTAL1 un XTAL2, bet ģeneratora kontroles izvads ir OSC. Taktēšanas impulsa Fl garums atbilst diviem svārstību ģeneratora signāla periodiem, impulss F2

XTAL1

XTAL2

CG OSCF 2F l

F2TTLRESIN RESETR D IN RĒADVSYNC STSTB <

CPU

CPU

5.6. zlm . Takts ģeneratora mikroshēmas KP 580 T<J> 24 izvadu shēma

sākas Fl beigu brīdī un ilgst piecus periodus, bet signālu Fl, F2 atkārtošanās periods ir deviņi svārstību ģeneratora signāla periodi. Tā kā mikroprocesora K 580 darbības frekvence ir 2 MHz, tad takts ģeneratora kvarca rezonatora pašsvārstību frekvencei jā- būt aptuveni 18 MHz.

Izvadā F2 (TTL) tiek formēti izva

dam F2 sinhroni impulsi ar amplitūdu5 V, kuri paredzēti citu mikroshēmu (piemēram, taimera) taktēšanai.

Takts ģeneratoram ir nullēšanas ievads RESIN, kuru savienojot ar sistēmas nullpunktu, izejā RESET , kas tieši savienota ar CPU attiecīgu spaili, parādās ar takts impulsiem sinhronizēti CPU programmas skaitītāja nullēšanas impulsi.

Ieejā SYNC pieslēdz mikroprocesora izejas spaili SYNC, kuras augstā līmeņa signāls nodrošina nākošās komandas apstrādes sākuma saskaņošanu ar takts signāliem. Sai nolūkā ģenerators pauzē starp impulsiem Fl, F2 izvada spailē STSTB formē vienu svārstību ģeneratora periodu ilgu zema līmeņa signālu. Šo signālu parasti pievada sistēmas kontroliera tāda paša nosaukuma ieejai, un tas kalpo CPU stāvokļa vārda — datu maģistrālē uz vienu takti ievietotas veicamo operā-

CPU

WR <>

DBIN

HLDA

SYNC

uz CG no CG

D SC DB- 0 0

- 7 7■<)WR M R-D B IN M W

-HLDA l/O R

-OSĪSTB l/O W

9BUSEN INTA

D M

atm ina

j ,interfeisi

pārtraukums

5.7. zīm. Sistēm as kontroliera mikroshēmas KP 580 BK28 slēgum s


ciju raksturojošās informācijas ierakstam kontroliera reģistrā.

Ievads RDIN un tam atbilstošais izvads READY kalpo, lai taktējumi vadītu asinhronu procesora darbību ar atmiņu vai kādu citu ārēju objektu. Takts ģeneratoru baro ar spriegumu + 5 V un + 12 V.

Sistēmas kontrollers SC veic datu maģistrāles un vadības maģistrāles signālu pastiprinātāja un formētāja funkcijas, Kontroliera KP 580 BK 28 pieslēgšanas shēma attēlota 5.7. zlm. Centrālā procesora datu izvadu noslodzes spēja ir neliela (pēc noteikumiem var pieslēgt tikai vienu TTL elementa ieeju), tādēļ SC veic datu pastiprinātāja •— bufera funkcijas. Vienlaikus kontrollers organizē ari a tmiņas un interfeisu (ievade-izvade, taimeri) ierakstīšanu un nolasīšanu. Ja CPU izejā W R=DBIN=0, tad kontroliera izejās MW (atmiņas ieraksts) vai UOW (interfeisa ieraksts) atkarībā no stāvokļa vārda veidojas zema loģiskā līmeņa signāls. Ja CPU izejā W R = D B IN = l, tad zema līmeņa signāli ir izejā MR vai I/OR. Pēc signāla STSTB padošanas no takts ģeneratora centrālā procesora veidotās WR un DBIN kombinācijas fiksējas kontrolierī.

Ieeja HLDA no procesora saņem datu saņemšanas apstiprinājuma signālu. Ieejā BUSEN augsta līmeņa signāls atslēdz spailes D B 0 - . .D B 7 no maģistrāles, tā ļaujot pa to pārvietot datus citām ietaisēm. Izvades INTA pārtraukuma gadījumā veido pārtraukumu apstiprinošu signālu.

Datu pastiprināšanu un vadāmu virzīšanu maģistrālē nodrošina parastie buferu reģistri, kā ari maģistrāles datu formētāji. Tā maģistrāles datu formētāja KC 580 BA 86 (5.8. zīm.) informācijas plūsmas virzienu nosaka signālu OE un T vērtības. Ja 7’= 0 .

tad dati virzās no izejas uz ieeju (no labās puses uz kreiso). Ja T = \ , O E= 0, tad dati virzās no kreisās uz labo pusi, bet, ja OE= 1, tad elementa izvadu B 0 . . . B 7 (ja T — 1) vai A0 . .. A7 (ja T = 0) pretestības ir bezgalīgas, t. i., elements ir atslēgts no datu plūsmas.

Svarīga nozīme ir ievades-izvades mikroshēmām. Mikroshēma KP 580 BB 55 realizē vienlaicīgu (paralēlu) vienbaita formas datu ievadi un izvadi. Mikroshēma attēlota 5.9. zīm. Tai ir trīs porti A, B, C. Kā jau minēts iepriekš, portu izvēli veic pēc adrešu maģistrāles signāliem A l , A0: 00 — ports A, 01 — ports B, 10 — ports C.

Adrešu kombinācijas A l = A 0 = l ga- gadījumā datu maģistrāle pieslēdzas mikroshēmas vadības vārda iekšējam reģistram. Sis vadības vārds pēc mikroprocesora komandas OUT ieprogrammē portu darbības veidus.

Jāatzīmē, ka ports C sadalīts divās kvartās, pie tam augstākā kvarta C H apvienota kopējā grupā ar portu A (A grupa), bet zemākā kvarta C L — ar portu B (B grupa). Darba režīmu 0, 1, 2 (0 — sinhronizēts, 1, 2 — asinhronizēti) atsevišķi katrai grupai nosaka vadības vārda biti D6, D5 un D2. Tātad portu C var izmantot gan vienbaita variantā, gan divu pusbaita portu variantā.

r AO DBBO

A 7T B 7

------ ?QE

5.8. zīm . M aģistrales datu form ēšanas; mikroshēma KP 580 BA 86


D M

S.9. zīm . para lē las ievades-lzvades mikroshēma K.P 580 BB 55

Vadības vārda bitu nezīmē ir šāda:

£>7 1 — mikroshēmai iestāda režīmu,

D6, D5 — A grupas režīmi,00 — režīms 0,01 — režīms 1;lx — režīms 2 (x — vienalga

kāda vērtība),DA 1 — ports A ievada,

0 — ports A izvada,D 3 1 — pusports C H ievada,

0 — pusports C H izvada;D2 0 — B grupas 0. režīms,

1 — B grupas 1. režīms,D\ 0 — ports B izvada,

1 — ports B ievada,D0 0 — pusports C L izvada,

1 — pusports C L ievada.

Galvenais ir sinhronizētais (0-tais) •darba režīms, kad mikroprocesera un ievades-izvades mezgla darbība ir vienlaicīga. Lai iestādītu šo režīmu, jāpieņem, ka D7= 1, D 6= 0, D5= 0 un .02=0. Ja šai režīmā informāciju gribam izvadīt caur portu A, ievadīt caur portu B un CH, bet caur C L izvadīt, tad jāveido vadības vārds 10001010 = 8AH..

' D 0 P P I P A 0

D 7 PA 7•

- J A0 A I

P B 0

h Ro P B 7QWRi e s

R

P C 0

PC 7•

Ir divi asinhronizētie darba režīmi. Pirmajā mikroshēma caur portu A un B var datus gan ievadīt, gan izvadīt. Tas notiek pēc ārējās iekārtas signāla, kuru padod porta C noteiktai spailei (ja datus ievada, augstākās kvartas spailei D4 vai zemākās kvartas spailei D2). Pie tam pirmo un otro portu izmanto kā datu reģistrus. Signālus ievadot, reģistrus «uzlādē» pēc ārējās iekārtas signāla, izvadot — pēc mikroprocesora signāla WR. Tālākā datu virzīšanās ir atkarīga no pārtraukuma pieprasījuma signāla, kurš veidojas pēc uzdotās programmas.

Līdzīgi mikroshēma darbojas ari otrajā asinhronizētajā darba režīmā, tikai šajā gadījumā pārtraukuma pieprasījumu nosaka divu noteiktu trešā porta bitu vienlaicīgais stāvoklis un kā datu reģistrs var darboties tikai kanāls A.

Programmējamo taimeri lieto periodisku signālu formēšanai, laika aiztures iegūšanai, kā arī ārējo signālu skaitīšanai. Kā programmējamo taimeri izmanto mikroshēmu KP 580 BH 53 (5.10. zīm.), kuras barošanas spriegums ir 5 V. Tajā ir trīs sešpad-

5.10. zīm . Program m ējam a taim era mikroshēma KP 580 BH 53

5. Mikroprocesoru Vadības sistēmas 127

smitbitu atskaitošie skaitītāji CTO, CT1, CT2, un katram no tiem ir savs vadības vārda reģistrs.

Skaitītāju ieejās CO, Cl, C2 pievada takts signālus, bet to darbība tiek. atļauta ar augsta līmeņa signālu, kas padots uz spailēm STO, ST1, ST2. .

Vadības vārds nosaka taimera skaitītāja darba režīmu. Vārda bitu nozīme ir šāda:

D7, D6 — skaitītāja izvēle00 skaitītājs CTO,01 — skaitītājs CT1,10 — skaitītājs CT2,11 ■— aizliegums,

D5, D4 — baitu skaits001 — skaitītāja satura

nolasīšana,01 — strādā jaunākais

baits,10 — strādā vecākais

baits,11 — strādā abi baiti,

D3, D2, D1 — režīmi000 ■— nultais,001 •— pirmais,xlO — otrais,x 11 — trešais,100 — ceturtais,101 — piektais,

D0 — skaitītāja veids0 — binārais skaitītājs,1 bināri decimālais

skaitītājs.

Vadības vārdu ieraksta katram skaitītājam atsevišķi, vienlaikus uz spailēm AI, A0 norādot skaitītāja adresi. Pēc vadības vārda ieraksta, adresējot skaitītāju, iestāda sākotnējās baitu vērtības. Skaitītāja darbs sākas tikai pēc attrccīgu atļaujas signālu ST saņemšanas.

Kā jau minēts, ir seši darba režīmi. Nultajā režīmā skaitītājs darbojas kā monovibrators (viena impulsa ģenerators) ar programmējamu palaišanu.

Kad ir iest.ādīts skaitītāja darba režīms un uzdots sākuma skaitlis N 0t skaitītāja izejā parādās nulles signāls. Skaitītājs sāk strādāt, ja signāls S T = L Pēc katra takts impulsa skaitlis N samazinās par vienu (5.11 zīm.), Brīdī, kad skaitlis N kļūst vienāds ar nulli, izejā parādās augsta līmeņa signāls, kurš saglabājas līdz jaunai skaitītāja darba režīma uzdošanai. Tā iegūstam laika aizkavējumu Na-tc, kur tc — takts ģeneratora impulsu periods.

Pirm ajā režīmā taimers darbojas kā monovibrators. Taimers sāk skaitīt laiku no brīža, kad notiek signāla ST izmaiņa no nulles uz vieninieka līmeni (5.12. zīm.). Tikai šai brīdī iestādās skaitlis N 0 un izejas signāls kļūst vienāds ar nulli. Kad skaitītāja skaitlis N kļūst vienāds ar nulli, izejā parādās vieninieka signāls, kurš saglabājas līdz jaunai ST signāla izmaiņai no nulles uz vienu.

Otrajā režīmā taimers darbojas kā programmējams frekvences dalītājs a r


sr

■dalījuma koeficientu N 0 '(5.13. zīm.). Šeit pēc skaitītāja iestādīšanas un ST signāla līmeņa pārejas no nulles uz vienu takts ģeneratora iedarbes rezultā tā skaitītāja skaitlis laikā N0-tc periodiski samazinās līdz nullei un tad izejā laika intervālā tc parādās nulles signāls. Jāatceras, ka skaitļa N 0 izmaiņu procesora iedarbības rezultātā taimers uztvers tikai nākošajā periodā.

Arī trešajā režīmā taimers darbojas kā frekvences dalītājs ar skaitli N0,

ST

taču šajā gadījumā izejas impulsu līmeņi pārslēdzas pie N a-0,5. Tādējādi pauzes ilgums izejā ir 0,5No-tc, ja N 0 ir pāra skaitlis, un 0,5 (N0— — \)-tc, — ja N0 ir nepāra skaitlis (5.14. zīm.).

Ceturto režīmu raksturo programmējama laika aizture no skaitļa N 0 uzdošanas momenta līdz brīdim, kad N iegūst nulles vērtību. Rezultātā uz laika intervālu tc izejā formējas zema līmeņa signāls (5.15. zīm.).

Piektajā režīmā, atšķirībā no ceturtā, laika aizture N 0tc sākas pēc signāla ST izmaiņas no nulles uz vienu.

Jāatceras, ka 1., 2., 3., 5. režīmā signāla ST zemais līmenis neapstā- dina skaitītāja darbību. 0„ 1., 4. un5. režīmā pēc cikla nobeigšanas skaitītājs turpina darbu ar maksimālo skaitli N. Pēc komandas IN mikroprocesors var tieši nolasīt katra norādītā skaitītāja .tekošo skaitli.

Bez aplūkotajām programmējamām mikroshēmām ir vēl dažas mazāk lietotas: virknes (bits pēc bita) ievades- izvades mikroshēma KP 580 BB51, atmiņas tiešās pieslēgšanas kontrollers KP 580 BT 57, prioritārās pārtraukšanas kontrollers KP 580 BH 59, video- termināla kontrollers KP 580 BF75,

STk

Izeja

5.13. zīm . Taimera 2. darba režīms 5.14. zīm. Taimera 3. darba režīms


jo objektu vadībai bieži nepieciešams operatīvo ciparveida signālu kodiem atbilstošs nepārtraukts spriegums. Lai' pārveidotu ciparveida signālu, mikroprocesora porta vairākbitu izvadiem tiek pieslēgts ciparu-analogu pārveidotājs CAP (5.16. zīm.). Ports darbojas izvades režīmā (aktīvais signāls WR, komanda OUT).

Zīmējumā attēlotā CAP KP 572 n AI ieejas vārda apjoms ir 10 biti, bet portā ir 8 biti. Tādēļ CAP divus vecākos bitus iezemē. Spailei V pievieno vienas vai otras polaritātes etalon- spriegumu. CAP izejas spriegums veidojas operacionālā pastiprinātāja DA izejā, un tā polaritāte atbilst etalonsprieguma polaritātei.

Izmantojot ārējā operacionālā pastiprinātāja palīdzību, tiek veikta mikroshēmas iekšienē formētā analogā signāla bezstrāvas mērīšana at kom-

Mikroprocesoru sistēma operē , ar bi- pensācijas metodi. Pie tam signāls, ko nārajiem elektriskajiem signāliem. Ārē- iegūst kā iekšējā analogā signāla un

tastatūras un indikācijas kontroliere KP 580 BB 79.

5.16. zīm . C iparu-analogu pārveidotajā KP 572 IIA1 pieslēgšana

9 - 3 5 6


ārējā analogā signāla starpību, tiek pieslēgts operacionālā pastiprinātāja ieejām.

Bieži informācija par ārējā objektā darbību tiek saņemta nepārtraukta sprieguma signāla veidā. Lai šo informāciju ievadītu mikroprocesorā, jā izveido signāla vienam polam kopējs punkts ar mikroprocesoru sistēmas nulles punktu. Tas ir sarežģīts uzdevums, jo signāls var tikt mērīts ķēdē ar augstu spriegumu. Sevišķas grūtības rodas līdzstrāvas signāla pieskaņošanai, jo to nav iespējams transformēt. Parasti, darbojoties ar augsta sprieguma līdzstrāvas signāliem, tos sākumā pārveido maiņstrāvas signālos, pēc tam transformē un tad pārveido līdzstrāvas signālos, kuru lielums pieskaņots mikroprocesoru sistēmai.

Lai šo informāciju pārvērstu ciparu veidā, mikroprocesoru sistēmas ievades-izvades portam pieslēdz analogā sprieguma pārveidotāju ACP. Sērijveidā izlaiž mikroshēmu K 572 11 Bl, kura darbojas kā divpadsmit bināro bitu vērtību virknes automātiskas svēršanas sistēma. ACP mikroshēmas ieejā pieslēdz analogu vienas polaritātes spriegumu, kura maksimālā vērtība nepārsniedz mikroshēmas barošanas spriegumu, bet pārveidotāja izejas pieslēdz portu bitiem. Neatbilstību starp ACP bitu skaitu un vienbaita porta bitu skaita var novērst, nullējot ACP četrus jaunākos bitus. Taču tas saistīts ar ciparu signāla diskrētuma palielināšanos. Pareizāk būtu izmantot A vai B porta kopēju darbību ar pusi no C porta. Sajā gadījumā datu apstrāde kļūst sarežģītāka.

5.6. PR O G RA M M AS SASTĀDĪŠANAProgramma ir nepieciešamo darbību

secība programmējamās ietaises va

lodā, kuras rezultātā tiek izpildīts ietaises nospraustais uzdevums. Programmēšanas sākumā jākonkretizē uzdevums, ko parasti veic, sastādot blokveida struktūrshēmu, kurā secīgi atspoguļojas veicamie programmas posmi. Nākošajā posmā katram blokshēmas posmam piemeklē atbilstošas komandas, kas pierakstītas mikroprocesoru sistēmai saprotamā valodā. Programmu var uzreiz rakstīt mikroprocesoru sistēmas komandās, tā veicot «rokas» programmēšanu. To var rakstīt arī augstākas klases programmēšanas valodā, kuru saprot lieljaudas skaitļojamās mašīnas. Sīs mašīnas spēj automātiski programmu pārrakstīt mikroprocesoru sistēmas valodā — mašīnu kodos un komandu simbolu apzīmējumos — asemblerā.

Aplūkosim vairākus programmēšanas piemērus. Kā pirmo sastādīsim programmu divu vienbaita skaitļu reizināšanai. Viens no skaitļiem atrodas ieejas portā PPI1-A (5.2. zīm.) ar numuru OC H, otrs — portā ar numuru OD H. Divbaitu rezultātu ievietosim operatīvās atmiņas šūniņās ar numuru 0401 H un 0402 H. Programmu rakstīsim asemblerā.

5.17. z īm . Divu vienbaita skaitļu reizināšan as program m as blokveida s truk tū rshēm a'


Visvienkāršākajā veidā reizināšanu var veikt, reizināmo summējot tik reižu, cik liels ir reizinātājs. Reizināmo no ieejas porta izvietosim reģistrā C, reizinātāju — akumulatorā A, reizinājumu formēsim reģistru pāri HL. Reizināšanu veiksim ar apakšprogrammas MULT starpniecību, jo daudzkārt jāveic vienveidīgas operācijas: akumulatora skaitlis jāsamazina par vienu, pēc tam jāpārbauda akumulatora vērtība (vai nav mazāka par nulli, ja mazāka, jāatgriežas galvenajā programmā), jāsaskaita reizināmais ar HL pāri izvietoto iepriekšējās summēšanas rezultātu. Jāatzīmē, ka HL reģistru pāra informāciju var saskaitīt tikai ar cita reģistru pāra datiem. Tādēļ, ja vienbaita datus izvietojam C reģistrā, tā pāra reģistra B vērtībai jābūt nulle.

Programmas blokveida struktūr- shēmu (5.17. zīm.) sāksim ar B, H, L reģistru nullēšanu. Tā kā jādarbojas ar apakšprogrammu, tad steka rādītājā jāizvieto steka «dibena» atmiņas šūniņas skaitlis. Kā nākamo veiksim reizināmā pārvietošanu uz C reģistru, pēc tam — reizinātāja izvietošanu akumulatorā. Pēc šīm darbībām izsauksim apakšprogrammu MULT, kuru veicot HL reģistru pāri iegūsim galīgo summu — A un C reizinājumu. Nākošajā galvenās programmas solī izvietosim rezultātu uzdotajās atmiņas šūniņās.

Pielietojot K 580 mikroprocesora komandu sistēmu, aprakstīsim katru bloku a r secīgām komandām mikroprocesora valodā asemblērā. Lai uzsāktu programmas izpildi, jānullē akumulators (piemēram, komanda ĀRA A — «izslēdzošais VAI» akumulatora datiem pašiem ar sevi, kuras rezultāts ir nulle), jāpārbīda akumulatora nulles datus uz B reģistru, pēc tam uz H un

L reģistru. Lai datus pārbīdītu, lieto komandu MOV r, A.

Pēc tam ar komandu L X l SP, S/l steka rādītājā SP izvieto steka «dibena» šūniņas adresi S/l. Nākošā bloka realizācijai ar komandu IŅ , 'N pārvieto reizināmo no porta N uz akumulatoru A, bet ar komandu MOV C, A datus pārbīda uz reģistru C, kurš ir reizināmā glabātājs. Nākošo bloku realizē ar komandu IN , N, kuras rezultātā reizinātājs no ārējā elementa ar numuru N nonāks akumulatorā.

Apakšprogrammu izsauc ar komandu CALL, MULT, bet reģistra HL rezultātu uz norādītajām atmiņas šūniņām pārvieto, izmantojot komandu SHLD addr. Programmu nobeigs komanda HLT, kura apstādinās mikroprocesoru.

Asemblerā uzrakstītā programma jā pārraksta mikroprocesoru sistēmai saprotamos kodos. Pie tam vienkāršošanai lietosim heksadecimālo kodu pierakstu. Vienlaikus, komandas pārrakstot, jānorāda arī atmiņas šūniņu numuri. Sāksim ierakstīt programmu ar šūniņu, kuras numurs ir 0000 H. Steku izvietosim tālu uz atmiņas beigām, kā «dibenu» pieņemot RAMl šūniņu A606 H. Asemblēšanas rezultātā iegūsim galveno programmu (sk. 132. lpp.).

Apakšprogrammu varam sākt izvietot šūniņā ar numuru 0017. Vispirms jāizdara akumulatora dekrementēšana DCR A. Nākošo struktūrshēmas bloku realizējam ar komandu RM (atgriešanās galvenajā programmā, ja dekre- mentēšanas rezultātā iegūstam negatīvu skaitli). Pēc tam, ja pēc dekre- mentēšanas akumulatora rezultāts nav negatīvs, ar komandu DAD B summējam BC un HL reģistru pāru datus un tos izvietojam HL reģistru pārī. Tad vēlreiz pēc komandas JMP 0017 dekrementējam akumulatoru, atkal HL reģistru pāra datiem piesummējam BC


Programmas skaitītāja Komandas Komanda PiezīmesPC numurs kods

0000 3E92 M V IA , 92 \porta P P I 10002 D30F OUT OF /iestādīšana

0004 A'F XRA A0005 47 M O V B ,A .0006 67 M O V H ,A0007 6F M O V L ,A0008 31 06 A6 L X IS P ,A № 6 000B DB OC IN O C 000D 4F, M O V C ,A 000E DB OD IN O D0010 CD 17 00 CALL 0017' ĶULT0013 22 01 04 SHLD 04010016 76 HLT.

reģistru pāra datus utt., līdz, akumulatoru dekrementējot, iegūstam negatīvu rezultātu un darbību beidzam.

Apakšprogrammu pierakstīsim šādi: PC Komandas kods Komanda0017 3D D C R A '0018 F8 RM0019 09 D ADB 001A 03 17 00 JMP 0017.Ar beidzamo galvenās- programmas

darba komandu SHLD 0401 nosūtām reizināšanas rezultātus uz atmiņas šūniņu 0401 un 0402, pēc tam programmu beidzam (HLT).

Kā nākošo programmēšanas piemēru aplūkosim ārējās ietaises analogā sprieguma pārveidošanu vienbaita kodētā signālā, kurš cirkulēs mikroprocesoru sistēmas iekšienē.

5.18. zīm . C iparu-analogu pārveidotāja p ieslēgšana mikroprocesoram program m ējam ās analogu-ciparu pārveidošanas realizēšanai

Sim nolūkam izveidosim shēmu (5.18. zīm.), kurā ievades-izvades portam A ar numuru ОС H pieslēgsim CAP ar astoņu jaunāko bitu ieeju, bet CAP analogo izejas signālu Ui pieslēgsim komparatora DA invertējošai ieejai (CAP operacionālo pastiprinātāju šeit vienkāršības dēļ neattēlojam ). Komparatora neinvertējošajai ieejai pieslēgsim mērāmā analogā signāla pozitīvo polu t/a. Komparatora izejā slēgtā diode un rezistors veidos vieninieka atbildes signālu, ja Ua> U u un nulles sigņālu, ja и л< и ь

Atbildes signālu pieslēgsim ievades- izvades mikroshēmas portam OD H (konkrēti, bitam D3), kurš ar vadības vārdu iestādīts ievades režīmā. Ietaise darbosies pēc šāda principa. •

Sākumā CAP ieejā no mikroprocesora bitā D7 uzstādām vieninieku, bet citos bitos — nulles. Tātad izvadām caur portu vārdu 80 H, kurš CAP izejā rada kādu proporcionālu spriegumu ■Uj. Ja U ļ<.Uū, tad operacionālā pastiprinātāja komparatora DA izejā būs signāls 1, kuru ievadām caur bitu D3 atpakaļ portā kā atbildi 08 H. Procesors, analizējot šo atbildi, konstatē, ka U i U &, tad komparatora izejā ir signāls 0 un atpakaļ ievadām 00 H. Procesors, analizējot šo atbildi, konstatē, ka и х> и л, un šai gadījumā vecākā bita vērtība jāizmaina uz nulli.

Pēc vecākā bita aptaujas un vērtības noteikšanas uzsākam nākošā bita D6 novērtēšanu. Sākotnēji uzstādām šo bitu ar vērtību 1 (tātad, ja Ux iepriekš bija mazāks par £/a, tad izvadām skaitli СО H, bet, ja iepriekš U i> > £ /a, tad izvadām 40 H) un gaidām komparatora atbildi. Ja komparators signalizē, ka Uļ<.Un, tad saglabājam bita D6 vērtību (1). Pre-

5.19. zīm . Analogu-ciparu pārveidošan as program m as blokshēma

tējā gadījumā uzstādām bitu D6 nulles līmenī. '

Tā secīgi pa vienam uzstādām visu bitu vieninieku vērtības (ievērojot

iepriekšējo noteikto bitu vērtības) un konstatējam Ul un £/a attiecību, a tstājot pētām o’bitu ar vieninieka vērtību, ja Uļ t/a.

Pārveidošanu beigsim, ja visi biti būs aptaujāti. Bita, kura vērtība ir 1, secīgu pārbīdi virzienā no D7 uz DO var izdarīt ar komandas RRC (Rotate right cyclic) starpniecību. Aptauja beigsim, ja ciklējamo vieninieka bitu būsim izbīdījuši ārā no baita, un par to signalizēs pārnesuma C — «carry» rašanās.

Algoritmu var realizēt atbilstoši 5.19. zīm. attēlotai blokshēmai. Seit kā starpposmus izmantosim reģistrus B, C, D. Tas vajadzīgs tādēļ, ka visas darbības noris caur akumulatoru un jābūt reģistriem, kuros varētu uzglabāt starprezultātus.

Sākumā no akumulatora izvedam skaitli 80 H, šo skaitli atceramies reģistrā B. Reģistrā C iestādām nulles. Pēc izvades akumulatora datus ievietojam reģistrā D. Pēc atbildes saņemšanas pārbaudām nosacījumu — vai C/i < £/a? Ja atbilde ir pozitīva, sākotnējo ciparu 80 H pārbīdām uz tukšo reģistru C, bet reģistra B ciparu

80 H ciklējam par vienu pozīciju pa labi (tātad iegūstam 40H ). Pēc pārnesuma kontroles (sākumā pārnesuma nav) summējam B + C reģistru datus, iegūstot jauno uzstādāmo skaitli CO H, kuru virzām uz ciparu-analogu pārveidotāju.

Gadījuma, ja pēc pirmā bita ietekmes pārbaudes konstatējam, ka U[ > > £/a, tad B reģistra datus gan ciklējam par vienu pozīciju (no 80 H uz 40 H), bet C reģistrā saglabājam nulles un jaunais izvadāmais vārds pēc summēšanas B-ļ-C būs 40 H.

Otrreiz un arī turpmāk izvadāmos vārdus izvietojam reģistrā D. Sā reģistra datus pēc nākošajām pārbaudēm £ /i< £ /a? izmantojam tikai tad, ja £/i<£/a. Tad D reģistra datus bīdām uz C reģistru, ciklējam B reģistra datus pa labi un izvadāmo jauno skaitli iegūstam, summējot iepriekšējo izvadīto skaitli ar B reģistra datiem. Pretējā gadījumā (kad £ /i> £ /a) pārciklēto B reģistru summējam ar C reģistra iepriekšējo saturu, kura iepriekšējā aptaujātā bita vērtība ir nulle.

So algoritmu asemblerā varētu programmēt šādi:

PC Komandas kods Iezīme Komanda Piezīmes0000 3E 82 MVI A, 82 Iestāda portus0002 D3 OF MVI A, 80 H0004 3E 80 OUT OF Akumulatorā 80 H0006 06 80 M VI B, 80 B reģistrā 80 H0008 OE 00 MVI C, 00H C reģistrā nulles000A D3 ОС 1 OUT ОС000C 57 MOV D, А ' Akumulators uz D000D DB OD IN OD000F E6 08 ANI 08 H Ievadītā skaitļa

salīdzināšana ar 080011 CA 1500 IZ «2»0014 4A MOV C, D0015 78 2 MOV А, В0016 OF RRC Rotācija pa labi0017 47 MOV В, А0018 DA' 20 00 JC «3» Pārnesuma pārbaude001 в- 79 MOV А, С001С 80 ADD В S + C001D СЗ OA 00 JMP «1» Parēja ui OUT

0020 . 76 3 HLT

5.20. zīrn. Laika aiztures program m as blokshēma

Programmas sākumā portu OC (A portu) iestādām sinhronizētajā izvades režīmā, bet portu OD H (B portu) — ievades režīmā. Šim nolūkam akumulatorā izvietosim vadībās vārdu 82 H un to izsūtīsim uz ievades-izvades mikroshēmu, formējot vadības vārda ierakstam nepieciešamo kombināciju A0=A1=1.

Programmā rezultāta noteikšanu realizējam ar komandu

ANI 08 H (salīdzinot loģiski pa bitiem atbildi ievades portā ar uzdoto skaitli08 H), kura kontrolē faktiski tikai bita D3 vērtību, jo visu citu bitu vērtības uzdotajā skaitlī un tātad arī UN operācijas rezultātā ir nulles. Ja Uļ < U !l, tad ievades portā ir atbilde 08 H un ANI komandas rezultāts nebūs nulle. Programmas nākamā komanda IZ nedarbosies, kas atbilst virzībai pa blokshēmas zaru ar atbildi «jā», Ui ir mazāks par £/a-

Aplūkosim laika aiztures programmēšanu. To veic, vairākkārt izpildot vienu un to pašu programmas posmu, tā dējādi veidojot ciklisku programmu. Sākumā reģistru pārī BC uzstādīsim kādu skaitli — piemēram 3100 H (tik reižu — 12544 izpildīsim vienas un tās pašas darbības). Pēc tam nul- lēsim akumulatoru (5.20. zīm.), jo turpmāk salīdzināsim B un C reģistru vērtības ar nulli, t. i., akumulatora datiem. Ciklu sāksim ar BC reģistru pāra satura samazināšanu par vienu, pēc tam pārbaudot B reģistra vērtību, to salīdzinot ar nulli.

Pirmoreiz dekrementējot skaitli 3100 H, iegūsim 30FFH, vēl pēc 15 dekrementācijām — 3ŪFO, vēl pēc 16 — 30EO utt. Tātad sākumā dekre- mentācija ietekmē tikai, jaunāko baitu. Tikai tad, kad būsim 256 reizes dekre- mentējuši, vecākā baita skaitlis samazināsies līdz 2F H. Tad atkal 256 reižu faktiski dekrementēsim jaunāko baitu.

Tā tas turpināsies, līdz reģistru pāra skaitļa vērtība būs 00FF H, kad

xar atbildi «jā» iziesim no bloka «vai- B = 0?» un uzsāksim bloka «vaiC =0?» realizāciju, kuru turpināsim vēl 256 reizes, līdz abi reģistri būs tukši.

Programmu asemblerā pierakstīsim šādi:


PC Komandas kods Iezīme Komanda Taktis2090 01 00 31 ' L X I B 3100 H 102093 97 S U B k 42094 ‘ 0B 1 DCX B 52095 B8 _ CMP B * 42096 C2 94 20 JNZ«. 1» 11/17 2099 B9 CMP C 5 209A C2 94 20 JN Z« 1» 11/17 209D 76 HLT

Ka.tru operāciju realizējam ar noteiktu takts impulsu skaitu. Summējot šos skaitļus, iegūstam, ka programmu veiksim 1 0 + 4 + (5 + 4 + 1 7 ) • 12287+5+ + 4 + 1 1 + 2 5 5 -(5 + 4 + 1 1 + 5 + 1 7 )+ 5 + +11=330222 taktīs. Seit jāievēro, ka JNZ komandas izpilde notiek 11 taktīs, ja nav pārejas, un 17 taktīs, ja ir pāreja uz dekrementēšanu. Ja takts signālu frekvence ir 2 MHz un atbilstoši impulsu atkārtošanās periods ir 0,5 n s, tad laika aizturējums būs 330222-0,5-10~6»0,165 s

Ar mikroprocesora palīdzību var realizēt arī displeja vadību. Praksē gan

biežāk lieto speciālu videotermināla kontrolieri, taču praktizēšanās nolūkā var izveidot shēmu (5.21. zīm.), kura nodrošina 1. nodaļā izskaidroto displeja stara pārvietojuma vadību. Shēmā jā ieslēdz divi ciparu-analogu signālu pārveidotāji, kuri formēs pakāpjveidīgu spriegumu uz katodstaru caurulītes Jio- rizontālās Tin vertikālās nobīdes spolēm.

Atcerēsimies, ka uz ekrāna veidojam 16 horizontālas rindas ar 32 simboliem katrā, pie tam simbols veidots no 8 horizontāliem un 8 vertikāliem punktiem. Punkta vietu simbolā no-

HLDAA15 DB

A9AS

ASA4

NAM

A0...A15V

AO

Vertikālāspole

07CAP2

03 'Horizontālāspole

D2DO

5.21. zīm . D ispleja vadības shēma


saka binārais skaitītājs BCT 2 kopā ar CAP 1 un CAP 2 jaunākajiem trim bitiem (astoņas «kāpnītes» katra CAP izejas spriegumā). Ja CAP 1 un CAP 2 citiem ieejas bitiem ir nulles signāli, tad takts impulsu ietekmē skaitītāja BCT 2 izejām pārslēdzoties, punkts 8 reizes pēc kārtas atrodas secīgās vienas horizontālās rindas pozīcijās (kamēr skaitītāja jaunākie biti D2 . . . DO izmainīsies no 000=0 D līdz 111=7.0), pēc tam skaitītāja BCT 2 vecāko bitu D5 . . . D3 signālu vērtību summa pieaug par vienu un vertikālās rindas CAP 1 izejas spriegums palielinās par vienu diskrētu un atkal punkts pārvietojas par vienu jaunu horizontāli utt. Tātad šai gadījumā punkts veido tikai viena simbola (augšējā kreisā stūra) 8X 8 punktu matricu.

Punkts simbola iekšpusē pārvietojas takts signāla SYNC ietekmē, kura pievadīšanu skaitītājam BCT 2 no mikroprocesora atļauj UN mikroshēma D3. Tās otrajā ieejā mikroshēma D1 un D2 veido nulles signālu, ja šā skaitītā ja visās izejās ir vieninieka signāli. Ja nav visi vieninieki (t. i., simbola matrica nav līdz galam izpunktēta), D2 izejā ir vieninieka līmeņa atļaujas signāls un skaitītājs strādā. Tikko BCT 2 izejās ir visi vieninieki, D2 izejā parādās nulles aizlieguma signāls un skaitītājs apstājas. Mikroshēmas D1 izejā parādās augsta līmeņa signāls, kurš tiek pievadīts mikroprocesora spailei HOLD un signalizē par jauna simbola nolasīšanas vajadzību no procesora atmiņas mezgla. Ar šo signālu faktiski mēs pieprasām netraucētu pieeju procesora atmiņas mezglam.

Signāls HOLD ļauj mikroprocesoram nobeigt iesāktās komandas apstrādi, pēc tam tiks atslēgtas datu un adrešu maģistrāles, un par to signalizēs atbildes augsta līmeņa signāls HLDA.

Pēc šīs atbildes saņemšanas D4 mikroshēmas ieejā, takts signāla ietekmē divbitu skaitītāja BCT 1 izejas sāks pārslēgties no stāvokļa 00. Tās kopā ar četru izeju dešifratoru DC 1 realizēs datu nolasīšanas secību.

Dešifratora DC 1 izejās takts impulsu secības gaitā parādīsies signāli Ql, Q2, Q3. Pirmā takts impulsa signāls Q1 palielinās simbolu skaitītāja BCT 3 izeju summu par vienu, kas novedīs pie horizontālās pārbīdes CAP 2 izejas sprieguma palielināšanās uzreiz par 8 diskrētām (tas-tādēļ, ka tā biti D2 . . . D0 šai stāvoklī vienādi ar vienu).

Nākošā nolasāmā signāla adresi veido lappuses reģistra REG1 7 bitu signāli (iespējamas 128 lappuses), kā arī simbolu pozīciju un rindu skaitītāja BCT 3 izeju 9 biti, kuri caur bufera formētāju DB pēc HLDA signāla pieslēdzas adrešu maģistrālei. Sis pats HLDA signāls caur sis'tēmas kontrolieri veido nolasīšanas signālu un pēc neliela laika datu maģistrālē būs jaunā simbola kods. Tāpēc otrā takts signāla dešifrētais signāls Q2 netiek izmafitots, jo jārada laiks datu pievadei no mikroprocesora. Nākošais takts impulss skaitītāja BCT 1 izejas pārslēdz stāvoklī 11, un dešifratora DC 1 signāls Q3 strobē simbola datu pārrakstīšanu reģistrā REG 2. Sekojošais takts signāls nullē skaitītāju BCT 2, tādējādi pazūd signāli HOLD un HLDA un parādās atļauja darboties skaitītājam BCT 2. Toties BCT 1 un dešifra- tors tiek atslēgti, jo signāls HLDA—0.

Tādējādi skaitītājs BCT 3 dešifratora DC 1 impulsu Q1 ietekmē ar jaunākajiem pieciem bitiem secīgi pārslēdz 32 simbolu pozīcijas rindā gan atmiņas šūniņās, gan caur CAP 2 pieciem vecākajiem bitiem — uz displeja ekrāna. Savukārt BCT 3 četri vecākie biti ar vertikālās spoles sprieguma formētāja


CAP l četriem vecākajiem bitiem (£>4 . . . D7) uz ekrāna veido simbolu rindas. Tā kā CAP 1 bits D3 ir iezemēts, tad kāda no bitiem D4 . . . D7 pārslēgšanās uz vieninieka līmeni izraisīs izejas sprieguma palielināšanos uzreiz par 8 diskrētām (tātad tiks izlaista viena tukša rinda).

Simbola reģistra dati (7 biti) un punktu skaitītāja BCT 2 izeju D5 . . . D3 signāli iedarbojas uz pastāvīgās atmiņas šūniņu ROM, kurā ierakstīti visi dati par 128 simbolu punktu vērtībām. Ja izmanto ar 10 adrešu vadiem adresētu 8 bitu atmiņu, tad vecākajiem adrešu bitiem pieslēdz REG 2 septiņas izejas, bet jaunākajiem — trīs BCT 2 izejas vecākās kārtas. Tādējādi astoņās pirmajās šūniņās būs

ierakstīti pirmā simbola 64 punkti, nākošajās astoņās — otrā simbola utt.

Atstarpes starp simboliem veidojam, atstājot tukšus trīs no astoņiem simbola horizontālajiem punktiem, tātad, piemēram, atmiņas šūniņas bitus D7, D6, D5. Tāpēc atmiņas vienas šūniņas datus var secīgi no D0 līdz D4 nolasīt, pieslēdzot tos piecu UN mikroshēmu vienām ieejām, bet otrām pieslēdzam attiecīgu punkta horizontālā pārvietojuma dešifratora DC 2 izeju. Secīgi aptaujājot visus punktus simbolā, uz stara dzēšanas iekārtu no mikroshēmas D6 izejas padosim 1 vai 0 signālu. Pirmais atbilst stara dzēšanai (tumšs punkts), otrais — punkta spīdēšanai.

6. Barošanas avoti 139

6. B A R O ŠANAS A V O T I

Elektroniskās vadības ietaises parasti baro ar noteiktas kvalitātes līdz- spriegumu. Sarežģītākās ietaisēs pielieto vairākus barošanas spriegumus, kurus apvieno ar vienu kopēju vadu — nullvadu. Mikroprocesora K 580 sistēmā ir trīs barošanas avoti: 12 V un divi 5 V, kuri, apvienoti ar nullvadu, veido barošanas spriegums + 1 2 V, + 5 V un —5 V.

Līdzsprieguma kvalitāti raksturo sprieguma stabilitāte un pulsāciju amplitūda. Lai panāktu nepieciešamo barošanas sprieguma stabilitāti, lieto dažādas sarežģītības pakāpes stabilizatorus. Pulsāciju amplitūdu samazina ar dažādiem gludinātājfiltriem.

6.1. BAROŠANAS A V O T U TIPVEIDA STRUKTORASAtkarībā no enerģijas avota var

izdalīt divas lielas barošanas avotu grupas: maiņsprieguma un līdzsprieguma.

Maiņsprieguma barošanas avota būtiska sastāvdaļa ir vadāms vai nevadāms taisngriezis, kuru izveido, speciāli saslēdzot diodes, tiristorus, ari tranzistorus. Vienkāršākā šāda avota ■ (izmantots nevadāms taisngriezis) struktūra attēlota 6.1. zīm. Transformatora primārajam tinumam pieslēdz tīkla maiņspriegumu. Transformatora sekundārā tinuma spriegums izvēlēts tā, lai pēc taisngriešanas nodrošinātu nepieciešamo līdzspriegumu t/0. Filtrs nogludina sprieguma pulsācijas līdz vajadzīgajam līmenim.

Ja nepieciešams mainīt sprieguma līmeni U0, tad jāmaina vijumu skaits transformatora sekundārajā pusē. Sādu avotu galvenā priekšrocība ir transformatora veidotā atsevišķo izeju galvaniskā atdalīšana no barošanas tīkla.

Regulējamos taisngriežus veido, izmantojot tiristorus. Barošanas avota struktūra (6.2. zīm.) sastāv no transformatora, regulējama taisngrieža, filtra un vadības sistēmas. Spriegumu U0 maina ar regulējamā taisngrieža

6.1. zīm . M aiņstrāvas b arošanas avota (ar nevadām u taisngriezi) struk-tūrshēma


6.2. zlm . M aiņstrāvas avota (ar regulējam u taisngriezi) struktūrshem a

palīdzību. Tiristoru izslēgšanu nepieciešamajos laika momentos nodrošina vadības sistēma, kuras darbība sinhronizēta ar tīkla spriegumu. Sajā gadījumā tiristori izpilda divas funkcijas: pārveido maiņspriegumu līdz- spriegumā un regulē līdzsprieguma līmeni.

Līdzsprieguma barošanas avoti parasti saņem enerģiju' no akumulatoriem vai citiem autonomiem avotiem (saules baterijām u. c.). Ja barošanas avota izejas spriegums nepārsniedz enerģijas avota spriegumu, tad parasti izmanto beztransformatora struktūras,

kurās ietilpst sprieguma stabilizācijas ietaise. Sādu ietaisi var izveidot, pielietojot gan nevadāmus, gan vadāmus nelineārus elementus. Taču, ja patērējamā jauda ir lielāka, lai palielinātu ietaises lietderības koeficientu, enerģijas avota līdzspriegumu pārveido maiņspriegumā un pēc tam caur taisngriezi to savukārt pārveido nepieciešamā līmeņa līdzspriegumā.

Sāds līdzsprieguma avota izveides paņēmiens jālieto ari tad, ja ietaises barošanai nepieciešamais līdzspriegums ir lielāks, nekā tas ir enerģijas avotam. Galvenās funkcijas šādās struk-

uK

Ah'gnezems ■ kā saite

Transformators

Taisn-griezis

+ -F iltrs

VT1

6.3. zlm. L īdzstrāvas nestaķilizēta - b a rošanas avota (ar vientakta p ašsvārstību pārveidotāju ieejā) struktūrshēm a

6. Sekundārie barošanas avoti 141

6.4. zīm. L īdzstrāvas nestabilizēta barošanas avota (ar divtaktu p ašsvārstibu pārveidotā ju ) struktūrshēm a

tūrās izpilda tranzistoru pārveidotāji. dots pēc struktūrshēmas, kas attēlotaBarošanas avota ar vientakts paš- 6.4. zīm. Transformators ar tranzis-svārstību pārveidotāju struktūras shēma toriem VT1, VT2 un atgriezenisko saitiir attēlota 6.3. zīm. Tranzistors VT1 izveido svārstību ģeneratoru, kas pār-kopā ar transformatoru un atgrieze- veido līdzspriegumu impulsveida sprie-n isk ās ' saites mezglu veido pašsvār- guma. Impulsu frekvenci parasti no-stību ģeneratoru: Tas pāfveido ieejas saka transformatora parametri. Šīspriegumu taisnstūra formas impulsos struktūra ir visplašāk izplatīta baro-ar noteiktiem parametriem (frekvenci, šanas iekārtās, kuru izejās jauda ne-amplitūdu, impulsa platumu). So ener- pārsniedz dažus desmitus vatii. Tačuģiju transformators pievada taisn- frekvences pārveidošanas likumu šā-griezim, kura izejā ieslēgts gludinātāj- dos pārveidotājos ļoti ietekmē slodzesfiltrs. .. : 1 1 strāvas izmaiņas.

Barošanas avots ar divtaktu paš- • Pie lielākām jaudām lieto tran- soārstibu pārveidotāju var būt izvei- zistoru pārveidotājus ar neatkarīgu

6.5. zīm. L īdzstrāvas nestabilizēta b arošanas avota (ar neatkarīgi vadām u pārveidotāju)struktūrshēm a


6. zīm. Līdzstrāvas divkanālu b arošanas avots, kuram ieejā un vienā izejas kanālā

stabilizators ir pārveidotājā

vadības signālu ģeneratoru. Barošanas avota struktūrshēma, kurā izmantots autonomi vadāms pārveidotājs, attēlota 6.5. zīm. Sis pārveidotājs ietver sevī divus mezglus: jaudas pastiprinātāju un vadības signālu ģeneratoru, kurš nodrošina pastiprinātāja tranzistoru pārslēgšanu. Vadības signālu ģeneratoru, pielietojot operacionālos pastiprinātājus vai loģiskos ele

mentus ar ārējiem RC elementiem, var izveidot kā pašsvārstību sistēmu. Sādu autonomi vadāmu struktūru galvenā priekšrocība ir tā, ka slodze neietekmē frekvences pārveidošanās likumu. Aplūkotajās shēmās, mainoties Ub lielumam, attiecīgi mainās arī Ua.

Viens no svarīgākajiem aspektiem ir barošanas avota izejas sprieguma stabilizācija. Līdzsprieguma divkanālu

S.7. zīm . L īdzstrāvas barošauas avots (ar regulējam u pārveido tāju ieejā)


6.8. zīm . M aiņstrāvas barošanas avots (ar augstfrekvences posmu)

barošanas avota (ar ieejas-izejas stabilizatoru) struktūrshēma attēlota 6.6. zīm. Pārveidotājam stabilu spriegumu nodrošina ieejas stabilizators. P ārveidotāja izeja izveidota ar diviem kanāliem. Sprieguma l/0, svārstības sastāda 3 . . .5 % no uzdotā līmeņa, bet, pateicoties papildus ieslēgtajam m azjaudīgajam stabilizatoram, sprieguma U02 svārstības sastāda tikai 0,1 . . . 1 % no uzdotā līmeņa. Šādās sistēmās iespējams būtiski samazināt filtru parametrus, jo pārveidotājs ģenerē taisnstūrveida impulsus.

Sprieguma stabilizāciju var veikt, regulējot jaudas pārveidotāju. Šāds pārveidotājs (6.7. zīm.) ietver jaudas pastiprinātāju, vadības signālu ģeneratoru un vadības sistēmu, kura realizē pastiprinātāja izejas sprieguma impulsu platuma modulāctju. Pie tam otrā kanāla mērelements izpilda atgriezeniskās saites funkcijas. Tā izejas signāls izmaina impulsu platumu atkarībā no U02 sprieguma izmaiņām. Filtrus veido no LC elementiem. Dažos gadījumos šādās struktūrās izejas spriegumu kanālu skaits var būt vēl lielāks.

Pēdējā laikā attīstījušās maiņstrāvas barošanas avotu struktūras bez transformatora izmantošanas ieejā (6.8. zīm.). Tas ļauj būtiski samazināt barošanas avotu gabarītus. Struktūrā aiz taisngrieža un filtra pieslēdz līdzsprieguma augstfrekvences pārvei

dotāju, kura izejai pievieno mazgabarīta transformatoru. Sprieguma stabilizāciju nodrošina atgriezeniskā saite, kuru veido vadības sistēmas ieejā ieslēgtais mērelements. Izejas spriegumu var stabilizēt, gan modulējot pārveidotāja impulsu platumu, gan regulējot taisngriezi. Pēdējā variantā' ir atvieglota filtra izveide.

6.2. LĪDZSTRĀVAS BAROSANAS A V O T U NEPĀRTRAUKTAS DARBĪBAS SPRIEGUMA STABILIZATORI

Nelielas jaudas līdzsprieguma barošanas avotos stabilizatorus veido, izmantojot nevadāmus nelineārus elementus, un tos sauc par parametriskajiem stabilizatoriem. Sarežģītākos gadījumos stabilizatorus veido, pielietojot vadāmus nelineārus elementus. Tādējādi izveido automātiskās regulēšanas sistēmas, kuras sauc par kompensācijas sistēmām.

Parametrisko stabilizatoru parasti veido kā nelineāro elementu, izmantojot stabilitronu. Tā shēma attēlota 6.9. zīm. Nelineārais elements pieslēgts paralēli slodzei, bet balsta pretestība Rb ieslēgta virknes slēgumā. Izmainoties spriegumam U b , mainās nelineārā elementa strāvas lielums. Rezultātā, uzturot nemainīgu izejas sprie


Ug

- O-

•6.9. zīm . Param etriskais līdzspriegum a stabilizators (ar paralēli slēgtu stabili-

tronu)

6.11. zīm . D ivkanālu param etriskais s ta bilizators

gumu Uiz, mainās sprieguma kritums uz balasta pretestību. Zudumu jaudu balasta pretestībā nosaka tikai ieejas un izejas spriegumu starpība.

Lai samazinātu ārējās temperatūras ietekmi, virknē ar stabilitronu slēdz diodi, kas savukārt pasliktina izejas sprieguma stabilitāti. Lai palielinātu kopējo stabilitāti, pielieto tiltiņa shēmu (6.10. zīm.). Stabilizatora izejas

'spriegums vienāds ar stabilitrona VD un pretestības R i spriegumu starpību. Sajā gadījumā iespējams radīt termo- stabilizāciju. Jā spēkā nosacījums,

kur rļ — stabilitrona diferenciālā pretestība,

tad izejas spriegums Uii atkarībā no Ute mainās ļoti mazās robežās. Tā

6.10. zīm . Param etriskā stabilizatora (a r stabilitrona tiltiņa slēgumu)

shēma

kā diferenciālā pretestība ra ir atkarīga no strāvas lieluma, kas plūst caur stabilitronu, tad stabilizācijas pakāpe būs nodrošināta tikai pie noteikta Uie un noteiktas slodzes strāvas lieluma.

Nestabilitāti, kas vērojama pie ieejas sprieguma izmaiņām,, var ievērojami samazināt, izmantojot divu kaskāžu parametrisko sprieguma stabilizatoru (6.11. zīm.). Nepieciešamības gadījumā termo kompensāciju veic tikai ieejas kaskādē. Šādas shēmas īpatnība ir tā, ka pirmās kaskādes stabilizācijas spriegumu aprēķina pēc formulas £/sti=r=(2 . , . 3 ) U iZ.Pie tam uzskata, ka pirmās kaskādes izejas spriegums praktiski nemainās.

Ja jāstabilizē strāva, kā nelineāro elementu pielieto lauktranzistoru (6.12. zīm. a). Lauktranzistoru var aizvietot ar ekvivalentu ,.strāvas avotu, kuram virknē ieslēgta diferenciālā pretestība Ri. Sī pretestība ietver sevī avota, ekvivalentā lauktranzistora un rezistora R pretestību (6.12. zīm. b). Attēlotās shēmas darbību apraksta vienādojums

Uie~In (Rd-hRsi) = ln R i + U iz,(6- 2)kur / n •— lauktranzistora noteces

strāva.

Izdarot aprēķinus, jāievēro ieejas sprieguma un slodzes pretestības maiņas. Atsevišķos gadījumos parametru uzlabošanai balasta pretestību var aiz-


R+ °------- l t O t

u,r v r l 1

- h t

6.12. zīm . Lauktranzistora strāv as stabilizatora principiālā (a) un ekvivalenta aizvietošanas shēma (b)

vietot ar neiineāru eJementu — lauktranzistoru.

Atšķirībā no parametriskajiem stabilizatoriem kompensācijas tipa stabilizatori ietver atgriezenisko saiti, kas iedarbojas uz reaģējošo elementu. Reaģējošā elementa virknes un paralēlā slēguma struktūras attēlotas 6.13. zīm. Reaģējošo elementu parasti- veido kā vairākpakāpju saistītu tranzistoru, kura slēgumi attēloti 6.14. zīm. Izmainoties ieejas spriegumam vai slodzes strāvai, mērelements padod signālu uz pastiprinātāju, kurš ar reaģējošā elementa palīdzību kompensē radušās izejas sprieguma izmaiņās, Mērele- mentu un pastiprinātāju shēmās izmantoti tranzistori un operacionālie pastiprinātāji.

Tipveida shēma, kurā attēlots paralēlais reaģējošā elementa slēgums, redzama 6.15. zīm. Palielināt reaģējošā! elementa pastiprinājuma koeficientu iespējams, izmantojot tranzistoru VT1 un VT2. Mērelementu izveido sprieguma dalītājs ar rezistoriem R6, R7, R8, tranzistors VT3 un stabilitrons VD1. Kondensators C1 un C2 stabilizē shēmas parametrus pārejas procesos. Ja izejas spriegums pieaug, palielinās spriegums uz rezistora R6, bet tranzistors VT3, kā arī VT1 un VT2, tiek vairāk atvērts. Pieaug strāva, kas plūst caur rezistoru Rl, izejas spriegums samazinās. Jaudas zudumi ba

lasta pretestībā nav atkarīgi no slodzes patērētās strāvas, bet gan tikai no ieejas un izejas spriegumu starpības,, kas pie lielām enerģijas avota sprieguma izmaiņām nosaka lielus jaudas zudumus rezistorā. Reaģējošā elementa, strāva būs minimāla pie vislielākās slodzes strāvas.

Shēmās, kurās izmantots reaģējošā elementa virknes slēgums, jaudas zudumi reaģējošā elementā ir atkarīgi gan no slodzes strāvas, gan ieejas un izejas spriegumu starpības. Seit reaģējošais elements pilda regulējamas balasta pretestības lomu. Tipveida sprieguma stabilizatora shēmas, kurās-

IReģistrējoSas1 elements

ifbsrpn- ļ j ^ ' 300“JP asr.pn - I JI ' f1

ļ R ^fS trfjaS o i ! elements

KĒSļ ļ Poitipn nte p ļ nčtd js n

fr?ē:iš.3nos{ ' efcments ' 0 * "

6.13. z īm . Kom pensācijas tipa lldzšprieguma- stabilizatora ar virknes (a) un paralēlā- (b) slēgum a reaģējošo elem entu struktifr—

shēm as

10 — 356


6.14. zīm . T ranzistoru reaģejošo elem entu slēgum a shēmas

R t


b Upapl

6.16. zlm . L īdzstrāvas kom pensācijas tipa stabilizatori (ar reaģējošā elem enta virknes-slēgum u):

a — ar tranzistora m ērelementu; b — ar operacionālā pastip rinā tā ja mērelementu*

10*


pielietots reaģejoša elementa virknes slēgums, attēlotas 6.16. zīm.

Pirmajā shēmā (6.16. zīm. a) reaģējošā elementa — tranzistoru VT1 un VT2 bāzes strāvu nosaka tranzistors VT3. Jo lielāks izejas spriegums, jo lielāks spriegums uz rezistora R6 un lielāka tranzistora VT3 bāzes strāva. Tās lielumu nosaka rezistora R6 sprieguma un stabilitrona stabilizācijas sprieguma starpība. Palielinoties VT3 atvēruma pakāpei, reaģējošā elementa bāzes strāva saņiazinās un tās pretestība palielinās..

Shēma (&) atšķiras tikai ar operacionālā pastiprinātāja pielietojumu mēr- elementā. Pastiprinātāja sastāvdaļa ir tiltiņš ar rezistoriem R6, R7, R8, R9 un stabilitronu VD1. Pieaugot izejas spriegumam, operacionālā pastiprinātāja ieejas spriegums pārsniedz izejas spriegumu noteicošo VD1 stabilizācijas spriegumu. Pastiprinātāja A izejā palielinās pozitīvais spriegums. Rezultātā vairāk atveras VT4, bet reaģējošā elementa strāva samazinās. Izejas spriegums samazinās.

Pēdējā laikā apgūta integrālo sprieguma stabilizatoru-mikroshēmu ražo

šana. Visizplatītākās mazjaudīgās stabilizatoru mikroshēmas ir K142EH1, K142EH2, kurām pieļaujamā slodzes strāva nepārsniedz 0,15 A. Vidējās jaudas mikroshēmām K142 EH3 un K.142 EH4 maksimālā slodzes strāva ir 1 A. Maksimālie ieejas spriegumi vidējās jaudas mikroshēmām ir 20, 40 un 60 V. Mikroshēmu izejas spriegumu var regulēt. Mikroshēmām ieejā un izejā jāpieslēdz ārējie kondensatori. Tie paaugstina darbības stabilitāti un samazina pārspriegumus uz mikroshēmām.

Integrālā stabilizatora K142 EH3 ieslēgšanas shēma attēlota 6.17.. zīm. Ārējais rezistors R1 ierobežo vadības signāla lielumu, R2 nosaka termoaiz- sardzības nostrādes temperatūru diapazonā no 65° līdz 145 °C, R3 ir strāvas devējs maksimālās strāvas ieregulēšanai.

Rezistora R2 izvēles noteikums ir šāds:

R 2 :0,037k— 6,65 , kQ, (6—3) l-0 ,0 1 5 5 rk ■ ;

kur Tk — mikroshēmas korpusa temperatūra, pie kuras iestādīta termoaizsardzība.

2dž+ o-

UjZ = Un

6.17, zīm . In teg rā lā stabilizatora mikroshēmas K 142 EH 3 pieslegšana

*


4 1K K 2 E H 5

c „ 2 C „

— —o

6.18. zīm . In tegrā lā stabilizatora mikroshēmas K 142 EH 5 (ar fiksētu izejas spriegum u) pieslēgšana

Rezistora R1 izvēlēs noteikums ir šāds;

UyR2 ( 1 +0,4^2) —R — , kQ, (6—4)

1 1,8+ « * (1,2+ 0,2^ 2)kur Uv — vadības sprieguma ampli

tūda, kura var būt diapazonā no 0,9 līdz -40 V.

Rezistora — strāvas 1 devēja lielumu nosaka pēc izteiksmes

D 1,25—0,51n—0 ,0 2 3 ( t / i e - t /N ) ------------------------- .---------------------- ,1N

( 6 -5 )kur / n — mikroshēmas nominaia

strāva.

Sādu mikroshēmu galvenais trūkums ir tas, ka ārējie elementi krasi palielina stabilizatora gabarītus. Ir arī mik

roshēmas ar fiksētu izejas spriegumu, kurām nav vajadzīgi ārējie rezistori. Tā mikroshēmai K 142EH5 izejas spriegums ir 6 V, maksimālā slodzes strāva 8 A, bet maksimālais ieejas spriegums 15 V. Šādas mikroshēmas tipveida pieslēgšanas shēma attēlota 6.18. zīm. Izejas kondensators pie impulsveida slodzes palielina darba stabilitāti, kā arī samazina izejas sprieguma pulsāciju līmeni. Ieejas kondensators novērš iespējamo ģenerāciju pie ieejas sprieguma lēcienveida izmaiņām.

Izveidoti arī integrālie augstsprieguma stabilizatori ar ieejas spriegumu virs 100V un slodzes strāvu no 0,5 līdz 1 A. Sajās mikroshēmās pielietoti virknes reaģējošie elementi. Aizsarg- elementu iekļaušana stabilizatoru mik- rostruktūrās paaugstina darbības drošumu.

6.3. M AIŅSPRIEG UM A NEPĀRTRAUKTAS DARBĪBAS STABILIZATORI

Zemu spriegumu stabilizēšanai lielu slodzes strāvu gadījumos plaši pielieto

6.19. zīm . M aiņstrāvas b arošanas avots (ar m agnētiskā p astip rinā tā ja stabilizatoru)


R1'U t 1/D 1

- N -

VD2K J

*171—

~Q +

V /VT1

V / - o -

VT2

Vadības sistēm a

6.20. zīm . M aiņstrāvas stabilizators (ar tranzisto ru regulējošo elem entu)

transformatora primārajā tinumā ieslēgtus reaģējošos elementus. Šādos stabilizatoros pielieto magnētiskos pastiprinātājus, tiristorus, tranzistorus y. c. Viena no vienkāršākajām shēmām, kurā izmantots magnētiskais pastiprinātājs, attēlota 6.19. zīm. Mainot vadības tinuma strāyu, mainās virknē ar transformatora primāro tinumu slēgto darba tinumu induktīvā pretestība un arī spriegums uz trans- iormatora primārā tinuma. Pastiprinā

juma koeficientu palielina iekšējā pozitīvā atgriezeniskā saite, kuru nodrošina diode VD1 un VD2. Stabilizatora trūkumi ir samērā lielie gabarīti, zems jaudas koeficients, kā arī lietderības koeficients. Ja palielina barošanas sprieguma frekvenci, gabarīti var tikt samazināti un lietderības koeficients palielināts.

Divtaktu maiņsprieguma regulatora shēma, kurā izmantoti tranzistori, attēlota 6.20. zīm. Reaģējošie elementi

6.21. zīm . T rīsfāžu m aiņstrāvas stabilizators (ar regulējošo tranzisto ru)


ieslēgti virknē ar transformatora primāro tinumu. Tie izveidoti no tran zistoriem VT1 un VT2, kurus vada ar līdzsprieguma; pastiprinātāja palīdzību. Zudumu samazināšanai tranzistoriem paralēli pieslēgts rezistors Rl. Pie mazām slodzes izmaiņām (30 . . . 50%) tranzistoru zudumu jaudu tā dējādi var samazināt 1 ,5 .. . 1,7 reizes. Shēmas matemātisko aprakstu nosaka sprieguma un strāvas rakstura izmaiņas pusperioda laikā. Tā, ievērojot tranzistora momentānā sprieguma izmaiņas, sprieguma vidējā vērtība uz tranzistoru

U k b v i d = A t / t , (6- 6)

kur AUt tīkla sprieguma pieaugums virs nominālā.

Vidējā strāva, kas plūst caur vienu no diodēm,

kur / j — efektīva

I viā—0,45/ļ,

strāvas

( 6 - 7 )

vērtība

transformatora primārajā tinuma.

Trīsfāžu sprieguma stabilizatora shēma attēlota 6.21. zīm. Komutējošā tilta (diodes VD1— VD6) izejā ieslēgts tranzistors VT1, kuru vada relejele- ments.

Regulēšanas gaitā tranzistora kolektora-emitera ķēdes strāva

/ k e — 1,2 3 /n . (6 — 8)

Vidējā strāva, kas plūst caur komutējošā tilta diodēm,

/v id = 0,33/K E. (6 — 9)

Noslodzes koeficients — attiecība starp izkliedes jaudu tranzistorā un slodzes jaudu izejā pie tīkla sprieguma svārstībām AU t— (0,05.. .0,1) C/n ir 0 ,1 8 ... 0,23.Stabilizators, kura darbību nosaka regulējams transformators, attēlots 6.22. zīm. Shēma ļauj ar transformatora T2 palīdzību galvaniski atdalīt mētele- menta ķēdi no ieejas sprieguma, kā

6.1.

tabu

laTi

risto

ru

regu

lato

ru

elem

entu

pa

ram

etru

ap

rēķi

na

izte

iksm

es

(tra

nsfo

rmāc

ijas

koef

icie

nts

ki =

l)


6. Sekundārie barošanas avoti 153.

ari nodrošina galvenā transformatora sprieguma kropļojuma koeficientu samazināšanu. Regulēšanas princips saistās ar slodzes pretestības maiņu transformatora VT2 sekundārajā tinumā, izmantojot tranzistoru VT1. Minimālo spriegumu uz transformatora primāro tinumu izvēlas atbilstoši nosacījumam

t/iT2mi„w (0 ,05 ...0 ,1 )(7t. (6—10) Pie ša nosacījuma spriegumu uz T1

primāro tinumu var aprēķināt pēc izteiksmes

č / i T ' = —— ( t / t m i n — t / i T 2 m i n ) , kt

(6- 11)

kur kt — sprieguma kropļojuma koeficients.

Transformators T2 palielina stabilizatora masu, gabarītus un samazina lietderības koeficientu. Praktiski šā transformatora jaudu izvēlas atbilstoši nosacījumam

P t2» ( 0 , 4 6 . . . 0 , 6 4 ) P n , (6— 12>

kur P n — slodzes nominālā jauda.

Pēdējā laikā plašu pielietojumu guvuši tiristoru stabilizatori. Tiristoru^ slēdz gan transformatora primārajā, gan sekundārajā pusē. Tiristori

v s i ' Ķ ' Ķ T ^V52

- Ķ ' Ķ l i S 6 V55

VDO

* ūUo>

6.24. zlm . T rīsfažu tiris to ru ta isngrieža shēma


VD3 VD46.25. zīm . V ienfāzes m aiņstrāvas tiris to ru regu lato ru shēmas

sekundārajā pusē gan pārveido maiņ- spriegumu līdzspriegumā, gan regulē izejas līdzspriegumā lielumu. Tas ļauj būtiski samazināt stabilizatoru masu un gabarītus.

Vienfāzes un trīsfāžu sprieguma regulatoru shēmas attēlotas 6.23. un

6.24. zīm. Visās shēmās diode VDO nodrošina taisngriezim induktīvās slodzes gadījumā vienas polaritātes izejas spriegumu. Suntējošās diodes funkcijas var pildīt arī taisngrieža diodes, piemēram, diode VD1 un VD2 shēmā 6.23. zīm. c. Shēma (a) no (&)

6. Sekundārie barošanas avoti 15S

b

V S lĶ v ' z S \7 V S 6V54 \ VS2\ \ V S 3 "

w ,, r A \ t 2

3 0 -------- r > r V > L

C o ------- r v ~i/ 5 2

V D l t W V S J

i ^ ’ x j i / O ? 1 x W 3 \ \

6.26. zīm. T rīsfāžu maiņsprie'guma tiristo ru regu lato ru slēgum s transform atora prim arajāttiuum ā

un (c) atšķiras ar tiristoru un diožu skaitu, kā arī ar transformatora konstrukciju.

Vienfāzes un trīsfāžu sprieguma regulatoru shēmas, kurās transformatora primārajā pusē ieslēgti tiristori, attēlotas 6.25. un 6.26. zīm. Vienfāzes shēmai (6.25. zīm. a) ir lielāks lietderības koeficients, taču divās citās vienfāzes shēmās tiristori aizsargāti no sprostsprieguma iedarbības. 6.25. zīm. c attēlota shēma ar vienu tiristoru. Tiristoru regulatoru elementu parametrus var aprēķināt pēc 6. 1. tabulā apkopotajām izteiksmēm.

Lai- aprēķinātu gludinātājfiltru ’parametrus, nepieciešams zināt taisn- grieztā sprieguma harmonisku sastāvu. Tas ir ļoti atkarīgs no regulēšanas

leņķa a vērtības. Parasti filtra aprēķinus veic pie maksimālās a vērtības., Tiristoru regulatoru pielietošanas gadījumā gludinātājfiltra masa un gabarīti palielinās, jo tiem pievadītais spriegums ir stipri kropļots. Samazinās arī jaudas koeficients.

Lai uzlabotu tiristoru regulatoru rādītājus, pielieto sistēmas ar pakāpj- veida sprieguma regulēšanu. R ezultātā. uzlabojas jaudas koeficients un samazinās filtra ieejas sprieguma kropļojuma pakāpe. Dažas vienfāzes shēmas, kurās pielieto pakāpjveida regulēšanu, attēlotas 6.27. zīm. Sajās shēm ās. transformatoram pieslēgtas papildus komutējošās diodes: VD3 (6.27. zīm. a), VD1, VD2 (zīm. b), VD1, VD2 (zīm. c).


+U0

+

u0

/v U,

+

U o

6.27. zlm . Vienfāzes m aiņspriegum a tiristo ru regu lato ru shēm as ar pakāpjveida spriegum a regu lēšanu


6.28. zīm . Talsngrieža izejas sprieguma diagram m as pakāpjveida spriegum a re

gu lēšanai

Tuvāk aplūkosim 6.27. zīm a attēlotās shēmas darbību. Katrā puspe- riodā strāvas ķēde noslēdzas caur diodēm VD1, VD3 uai VD2. Pie tam sprieguma transformācijas koeficients

w 'īfcri= — ~ — • Ieslēdzot tiristorus VS/Wļ

vai VS2, pie regulēšanas leņķa w t= a vērtības (6.28. zīm.), sprieguma trans-

2w 'tformācijās koeficients k j 2— ~ — i

Vienlaicīgi komutējošā diode VD3 aizveras, jo tai pielikts sprostspriegums.

Līdzīgi darbojas 6.27. zīm b un c attēlotās shēmas. Tajās transformācijas koeficienta izmaiņu raksturo attie-

w'2Sprieguma.vidējo vērtību filtra izejā

nosaka šāda izteiksme:

(6 -1 3 )kur Uļ — transformatora sekundārais

līnijas spriegums (efektīvā vērtība);

k i — sprieguma maksimālais transformācijas- koeficients.

Pulsācijas koeficienta lielums atkarīgs no regulēšanas leņķa a lieluma. Pulsācijas koeficienta maksimālās vērtības atkarībā no sprieguma transformācijas koeficienta dotas 6.29. zīm. Tā kā sprieguma pulsācijas koeficients pieaug proporcionāli sprieguma transformācijas koeficientam, tad tā izvēli

6.29. zīm . Taisngrieža izejas spriegum a pulsācijas koeficienta atkarība no m aksim ālā transform ācijas koeficienta

pakāpjveida spriegum a regulēšanai

nosaka nosacījums kr<2. Vienfāzes ar pakāpjveida regulēšanu vadāmiem taisngriežiem uz aizvērtajiem tiristo- riem sprieguma amplitūdas vērtību

nosaka vijumu skaits - ģ - •

Maksimālā vidējās strāvas vērtība tiristoram ir puse no slodzes strāvas /vid = 0,51si. Komutējošās diodes izvēlas pēc sekojošiem noteikumiem:

Us k ļ/vid^-^sl.maks, (6—-14)

bet 6.27. zim. b un c shēmām

/vid^>0,51sl.malīs, (6— 15)

kur I fH — vidējās strāvas vērtība, kas plūst caur komutējošo diodi;

Ut mats — sekundārā tinuma w'2 maksimālā sprieguma vērtība,

h i — slodzes strāvas vērtība.

Sekundāro barošanas avotu izveidei pielieto arī trīsfāžu vadāmās tiristoru shēmas ar pakāpjveida regulēšanu. Šādām shēmām raksturīgas mazas izejas sprieguma pulsācijas un palielināts jaudas koeficients. To galvenais trūkums ir serdes piespiedu uzmagneti- zēšanās nekompensēto magnētisko plūsmu darbības rezultātā, kas palielina transformatora gabarītus.

6.4. LĪDZSPRIEGUM A IM PULSVEIDA STABILIZATORI

Līdzsprieguma impulsvfeida stabilizatoru regulējošais elements parasti ir tranzistors, kurš strādā pārslēdža režīmā. Kādu laiku no pārslēgšanās perioda tranzistors ir pilnīgi ieslēgts —• piesātināts, bet kādu laiku pilnīgi

6.30. zīm . Im pulsveida līdzspriegum a sta bilizators (ar pazem inātu izejas sprie

gum u)

izslēgts. Pārejas intervālos no izslēgta; uz ieslēgtu stāvokli un pretējā virzienā tranzistors darbojas pastiprināšanas režīmā, kas raksturojas ar komutācijas jaudas zudumiem. Pie tank tranzistora komutācijas jaudas zudumi parasti ir daudzkārt mazāki kā jaudas zudumi nepārtrauktā pastiprināšanas- režīmā, kurš raksturīgs kompensācijas, tipa stabilizatoriem. Tāpēc impulsveida stabilizatoru lietderības koeficients i r daudz lielāks nekā kompensācijas tipa stabilizatoriem.

Līdzstrāvas impulsveida stabilizatora (ar pazeminātu izejas spriegumu) shēma attēlota 6.30. zīm. Ja tranzistors VT1 ir atvērtā stāvoklī, notiek; avota enerģijas pārvade uz slodzes ķēdi, enerģijas uzkrāšana droselē L un filtra kondensatorā Ct. Pie aizvērta tranzistora kondensatorā un droselē uzkrātā enerģija tiek nodota slodzei. Vispārīgā gadījumā filtra.'

6.31. zīm . Im pulsveida tranzisto ra spriegum a stabilizators (ar paau g stin ā tu ize jas ,

spriegum u)


vn

Y \7_VD1 o -

Epap

6.32. zīm . Im pulsveida spriegum a reg u la to rs (ar inversu izejas spriegum u)

kondensatora klātbūtne nav nepieciešama, bet, to pielietojot, var samazināt droseles gabarītus.

Droseli L var uzskatīt kā autotrans- formatoru ar maināmu vijumu skaita w\ un w2 attiecību.

6.31. zīm. attēlotajā stabilizatora shēmā izejas spriegums pārsniedz ieejas spriegumu. Tas notiek, pateicoties tam, ka tranzistora VT1 atslēgšanas brīdī droselē L uzkrātā enerģija caur diodi VD1 un kondensatoru Ci tiek atdota slodzes pretestībai Rsi. Inversā impulsveida stabilizatora shēma attēlota 6.32. zīm. Sajā gadījumā izejas spriegums attiecībā pret ieejas spriegumu var būt gan lielāks, gan mazāks atkarībā no tranzistora VT1 ieslēgtā un izslēgtā laika attiecības vienā pārslēgšanās periodā. Sā stabilizatora darbības princips neatšķiras no iepriekš aplūkoto stabilizatoru darbības principa. Pēc tranzistora VT1 aizvēršanas droseles tinuma Wļ strāva turpina plūst iepriekšējā virzienā (kā to nosaka enerģijas avota sprieguma polaritāte) caur diodi VD1 uz slodzes pretestību. Slodzes sprieguma polaritāte ir pretēja (inversa) enerģijas avota sprieguma polaritātei.

Izejas sprieguma stabilizāciju realizē vadības sistēma, ar kuras palīdzību var modulēt impulsu platumu, mainīt impulsu secības frekvenci vai kontro-

6.33. zlm . Im pulsveida tranzistora spriegum a regu la to rs (ar papild-

spriegum a avotu)

lēt izejas sprieguma momentāno vērtību svārstības un, izmantojot relej- veida elementu, pārslēgt regulējošo tranzistoru.

Impulsa platuma modulācijas principam ir vairākas priekšrocības:

pārslēgšanās frekvence ir konstanta, un tas atvieglo gludinātājfiltru izveidi;

var panākt lielāku stabilizatora lietderības koeficientu;

pie paralēlās darbības var sinhronizēt neierobežotu skaitu impulsveida stabilizatoru.

Lai tranzistorā VT1 samazinātu dinamiskos jaudas zudumus, atsevišķos gadījumos lieto papildu komutējošo enerģijas avotu £ pap (6.33. zīm.), kurš samazina sprostspriegumu, kas padots uz izslēgto tranzistoru.

6.5 LĪDZSPRIEGUM A BAROSANAS A V O T I, KUROS IZM A N TO TI PĀRVEIDOTĀJI

Sekundārajos barošanas avotos plaši pielieto līdzsprieguma tranzistoru pārveidotājus ar pašierosināšanos. Vienkāršākā vientakts pārveidotāja shēma attēlota 6.34. zīm. Tas sastāv no tranzistora VT1, kura kolektora ķēdē ieslēgts transformatora tinums ar vijumu skaitu wk, bet bāzes ķēdē — tinums ar vijumu skaitu wb, kā arī rezistori R1 un Rb, izejas maiņ- sprieguma taisngriezis un filtrs.


UKs = Ut + U 2J ^ - , (6—16>

kur U2 — slodzes spriegums.

6.34. zlm. V ientakts tranzisto ra paš- svārstību lldzsprieg-uma pārveido

tā ja shēma

~o-

Jāatzīmē, ka tranzistora atvērtā stāvoklī diode VD1 neļauj pievadīt slodzei enerģiju no pārveidotāja. Tikai pie aizvērta tranzistora, pateicoties EDS virziena maiņai, elektromagnētiskā jauda tiek nodota slodzes pretestībai. Vientakts sprieguma pārveidotāja izejas spriegumu nosaka pēc sekojošas izteiksmes:

Pieslēdzot, tīkla spriegumu Ut, caur rezistoru R1 un tranzistoru VT1 bāzes- emitera pāreju sāk plūst strāva. Re-

Taisngrieža galvenais elements ir diode VD1, kura ieslēgta transformatora sekundārajā tinumā w2.

U2= u J / k ■nafcs — .J g g : V\ 2/ 2N w2 J

(6—17>kur Ut — barošanas spriegums; .

I k maks — tranzistora maksimālā:.kolektora strāva;

/ 2N — nominālā slodzes strāva.zultata sāk plūst strāva arī kolektora Sprieguma stabilizāciju var veikt, iz-ķēdē slēgtajā transformatora ti- mainot / k m als vērtību, kuru 'savukārt-numā w K, izsaucot magnētiskās plūs- nosaka tranzistora bāzes strāva,mas pieaugšanu transformatora serdē. Divtaktu sprieguma pārveidotāja-Sāk darboties pozitīvā' atgriezeniskā shēma attēļota 6 35zīm. Speķa tran-saite, ar tinuma ayB starpniecību jv.ei- 2istoru VT1 un VT2 kolektoru ķēdēscinot tranzistora lavīnveida atvērša- ieslēgti attiecīgi tinumi w 'k un w " k .nos. Kad kolektora strāva sasniedz Transformatora sekundārajā tiftumāsavu maksimālo vērtību, kura vienāda ieslēgta diode VD1 un VD2 ar filtra-ar maksimalās bāzes strāvās lieluma kondensatoru Ct, kuram pieslēgta slo-un tranzistora strāvas pastiprinājuma dze i?si. Transformatora serdi veido nokoeficienta reizinājumu, magnētiskās magnētiska materiāla, kuram ir taisn-plūsmas pieaugšana transformatora stūrveida histerēzes cilpa,serde partraucas un pārtrūkst elektro- Transformatora tinumi w 'b un w"wmagnētiskās indukcijas saite starp ti- nodrošina tranzistoru pārslēgšanos, uu>numiem. Rezultātā sāk samazināties ^os sauc par bāzes tinumiem. To slē-bāzes strāva un arī kolektora strāva, gums saskaņots ar kolektoru tinumu;.Notiek tranzistora lavīnveida izslēg- sagum u: starp attiecīgo kolektoru ti-šanās process, kura gaitā strāva tinu- numu un bāzes tinumu veidojas pozi-mos samazinās līdz nullei, bet tran- tīva atgriezeniskā saite,zistoru aizvērtā stāvoklī notur tinuma Pieslēdzot barošanas spriegumu Ut,„

pašindukdjas EDS. Pēc tam atkal parametru atšķirības dēļ viens no tran-.sākas tranzistora ieslēgšanās process zistoriem, piemēram, tranzistors VT1.utt- ‘ sāk vadīt strāvu. Kolektora strāva sāk

Spriegumu starp tranzistora kolek- pieaugt, inducējot tinumos w k, ®b,toru un emiteru šai vientakts pārveido- w2 attiecīgas polaritātes EDS. Tran-tājā nosaka izteiksme zistoru bāzu tinumi ieslēgti tā, ka,


6.35. zīm . D ivtaktu tranzisto ru paŠ- sv ārslību lldzspriegum a pārveidotāja

shēma

tranzistors VT1 a r tinuma w 'b EDS tiek pilnīgi atvērts, bet tranzistors VT2 ar tinuma w " b EDS — pilnīgi aizvērts.

Tranzistors VT1 ieslēgts līdz brīdim, kad transformatora serde piesātinājusies. Rezultātā inducētie EDS samazinās līdz nullei, bet pēc tam maina zīmi uz pretējo. Sākas vienlaicīga tranzistora VT1 aizvēršanās un tranzistora VT2 atvēršanās. Pie tam pārslēgšanās process noslēdzas ar tranzistora VT2 piesātināšanos un tranzistora VT1 pilnīgu aizvēršanos. Sākas jauns tranzistora pārslēgšanās akts, kas analogs aprakstītajam. Sekundārajā tinumā tiek inducēts taisnstūra formas maiņspriegums. Pārslēgšanās frekvence atkarīga no barošanas sprieguma, transformatora un tranzistoru parametriem. To nosaka pēc sekojošas formulas:

j — ^KEpies) 104 __jgj4 B sWKSc k c

kur UKEpies — spēka tranzistora kolektora-emitera ķēdes piesātinājuma spriegums, V;

B s — serdes piesātinājuma indukcija, T;

II — 356

Wk — viena kolektora tinuma vijumu skaits;

s0 — serdes šķērsgriezums, m2; k c — serdes aizpildījuma koefi

cients.

Spēka tranzistora pārspriegumu raksturo izteiksme

U KKulaks ' (2,2 . . . 2,4) ^tmaks.(6 -1 9 )

Tranzistora maksimālā kolektora strāva atkarīga no izejas jaudas P 2= / 2t /2 un barošanas sprieguma:

, h U 2KmSkS T)p(t/tmin-£/KEpieS) '

(6—20)

kur r)p — pārveidotāja lietderības koeficients.

Bāzes strāvas lielumu nosaka spriegums £/eb un rezistors R b , kura lielumu nosaka formula

« b= ^ L ~U eb., (6—21)*Bmaks

kur /Bmaks — maksimālajai kolektora strāvai atbilstoša bāzes strāva.

Bāzes tinuma spriegums

£/B= ( 3 . . . 5 ) £ /B B p ie s . (6—22)

Lai atvieglotu tranzistora pārslēgšanos, paralēli rezistoriem R b pieslēdz kondensatorus. Cb, kas palielina impulsu frontes stāvumu. Kondensatora Cb kapacitāti izvēlas atbilstoši nosacījumam

Cb c A - , ( 6 - 2 3 )*AB

kur Ts — —j — — tranzistora pārslēgša

nās periods.

Filtra kapacitātes lielumu izvēlas atkarībā no pieļaujamā sprieguma pulsāciju lieluma vai arī eksperimentāli.

Pēdējā laikā plaši pielieto divtaktu


u3 Rsi ^ K p ie s ----IoU,

T2

6.36. zlm. D ivtaktu līdzspriegum a tra n zistoru pārveidotājs (ar neatkarīgu

vadību)

sprieguma pārveidotājus ar neatkarīgo ierosmi, kuru nodrošina ar vadības ģeneratora palīdzību. Būtībā šie ģeneratori vada jaudas pastiprinātāju vadību. Divtaktu sprieguma pārveidotāja shēma attēlota 6.36. zīm. Jaudas pastiprinātājs izveidots no trazisto- riem VT1 un VT2 un izejas transformatora T2. Vadības spriegumu padod ar transformatora 77 palīdzību. Vadības ģeneratora maiņspriegums katrā pusperiodā atver vienu no tranzistoriem. Pie tam otrs tranzistors aizvērts, izmantojot sprostspriegumu starp bāzi un emiteru. Piesātinājuma režīmā tranzistora strāva atkarīga no izejas jaudas P2= 1 2Uz un barošanas sprieguma lieluma. To nosaka pēc izteiksmes

'fļpārv ( U t m i a ^ K E p ie s )( 6 - 2 4 )

kur T) pārv — pārveidotāja lietderības koeficients.

Spriegums uz tranzistora aizvērtā stāvoklī

£ /K E = ( 2 ,2 . . . 2 ,4 ) t / t . (6— 25) Bāzes pretestību izvēlas atbilstoši

nosacījumam

( U b — E /B B )ftm in

A p ies^ K p ie s(6—26>

kur Ub — bāzes ķēdes spriegums; Bbb — sprieguma kritums uz.

bāzes-emitera pārejas; (3min — tranzistora strāvas mini

mālais pastiprinājuma koeficients;

épies — piesātinājuma rezerves koeficients;

/Kpies — tranzistora kolektora strāva piesātinājuma ré- žīmā,

Sīs shēmas trūkums ir divkāršs barošanas spriegums aizvērta tranzistora gadījumā.

Līdzsprieguma pārveidotāji raksturojas ar labu lietderības koeficientu. Jaudas zudumi pamatelementos attiecībā pret izejas jaudu sadalās sekojoši:

spēka tranzistoros — 5 . . . 6%; transformatorā — 4 . . . 5%; vadības shēmā — 3 . . . 4 % ; taisngriezī ar filtru — 4 . . . 5%. Tādējādi lietderības koeficienta lie

lums T)pārv = 8 0 . . . 84%.Līdzstrāvas pārveidotājus pieliet»

ari maiņstrāvas barošanas avotos, tā dējādi samazinot to gabarītus un masu. Veidojas augstfrekvences posms, kas ietver sevī augstfrekvences invertoru un transformatoru (6.37. zīm.)» Ieejas spriegumu U t līdzsprieguma


6.37. zitn. M aiņstrāvas barošanas avņts (ar augstfrekvences posmu)

pārveido ar taisngrieža UZ un filtra R b — C 0 palīdzību. Pēc tam līdzsprie- gumu ar invertoru pārveido taisnstūra formas augstfrekvences impulsos, kurus transformē un pārveido līdzspriegumā. Ieejas un izejas ķēdes ir galvaniski atdalītas ar transformatoru. Sprieguma lielumu stabilizē ar atgriezeniskās saites palīdzību.

Sāda sistēma |auj palielināt pārveidotāja lietderības koeficientu līdz 9 2 . . . 95%. Pretestības Rb klātbūtne ierobežo strāvas lielumu caur taisngrieža tiltiņa diodēm. Pateicoties augstfrekvences posma esamībai, transformatora gabarīti var būt daudzkārt mazāki, nekā to slēdzot barojošā sprieguma ķēdē.

II»

PĒCVĀRDS

Elektronikas progress turpinās. Tehnoloģiskā procesa pilnveidošanas rezultātā rodas aizvien plašāk integrētas mikroshēmas ar daudz plašākām, kā aplūkots šajā grāmatā, funkcionālajām īpašībām.

Apgūta vienkristāla ESM ražošana. Sī ESM izveidota ar 16 bitu datu maģistrālēm un daudz augstāku takts ģeneratora darba frekvenci, nekā tas bija grāmatā aplūkotajam K 580 mikroprocesoram. Daži uzņēmumi uzsākuši specializētu mikroshēmu un mikroprocesoru ražošanu. Tas nodrošina sistēmu darbību pēc pasūtītāja uzdotajām funkcionālajām saitēm. Tādējādi rodas vēl plašākas un efektīvākas elek

tronikas pielietošanas iespējas. Intensīvi attīstās ' jaunas elektronikas nozares — optoelektronika, pjezoelektro- nika un citas.

Lai neatpaliktu no elektronikas progresa, nepieciešams pilnveidot savas zināšanas, nemitīgi sekot, jaunākajiem elektronikas sasniegumiem. Sī grāmata ir tikai ievads elektronikā.. Novēlam lasītājam . turpināt iedziļināties elektronikas sasniegumos, iepazīt daudz dziļākus un sarežģītākus sacerējumus par šīm problēmām. Kā aizsākiims lasītāju zināšanu padziļināšanai varētu būt informācija, kas atrodama grāmatai pievienotajā literatūras sarakstā.

Autori

LITERATŪRA

1. Vainovskis E. Pusvadītāju radioelektronika. — Rīga: Zvaigzne, 1985. — 211 lpp.

2. Tomariņš K., Zablovskis E. Radioelektronika. — Rīga: Zvaigzne, 1985.— 247 lpp.

3. Pakalns A. Integrālie taimeri impulsu iekārtās. — Rīga: Rīgas politehniskais institūts, 1987. — 84 lpp.

4. Cipa A. Elektroniskie skaitļotāji. — Rīga: Zvaigzne, 1983. — 235 lpp.5. Putniņš V., Greivulis J., Blumbergs E. Rūpniecības elektronikas pamati. —

Rīga: Liesma, 1973. — 196 lpp.6. Основы промышленной электроники / В. Г. Герасимов, О. М. Князь

ков, А. Е. Краснопольский и др. — 3-е изд. — М.: Высш. шк., 1986. — 336 с.

7. Электронные промышленные устройства / В. И. Васильев, Ю. М. Гусев, В. Н. Миронов и др. — М.: Высш. шк., 1988. — 303 с.

8. Фолькенберри JI. Применение операционных усилителей и линейных ИС: Пер. с англ. — М.: Мир, 1985. — 572 с.

9. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. — М.: Радио и связь, 1987. — 352 с.

10. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/ Г. С. Найвельт, К. Б. Мазель, Ч. И. Хусаинов и др. — М.: Радио и связь, 1986, — 576 с.

11. Забродин Ю. С. Промышленная электроника. — М.: Высш. шк., 1982.— 495 с.

12. Титце У., Шенк К■ Полупроводниковая схемотехника: Пер. с нем. / Под ред. А. Г. Алексенко. М.: Мир, 1983. — 512 с.

13. Гивоне Д., Россер Р. Микропроцессоры и микрокомпьютери. — М.: Мир, 1983. — 463 с.

Jānis Greivulis, Ivars Raņķis MODERNĀS ELEKTRONIKAS PAMATI

Redaktors A. Eglājs Mākslinieciskais redaktors E. Zariņš Tehniskā redaktore S. Aigare,V. Brālēna Korektore J. Indāne

P arakstīta iespiešanai 22.04.92. Reģ. apī. Nr. 2-0290. Form āts 60 X 90/16. 11,86 iz devu. 1. Metiens 1800 eks. P asū t. Nr. 356-1. Izdevniecība «Avots». 226050 Rīgā, Aspazija s bulv. 24. Iespiesta tipogrāfijā «Rota». 226011, Rīgā, B laum aņa ielā 38/40.

Greivulis J., Raņķis !.393 Modernās elektronikas pamati. — R .: Avots, 1992.—

165 lpp.Grāmatas mērķis ir sniegt praktisku palīdzību inženiertehniskajiem

darbiniekiem rūpniecības elektronizācijas jomā. Atsevišķās nodaļās aplūkoti mazas jaudas elektroniskie pamatelementi, operacionālie pastiprinātāji, integrālās diskrētās mikroshēmas, operatīvās atmiņas pam atelementi, programmējamās elektroniskās sistēmas un barošanas avoti, doti to darbības pamatprincipi un pielietošanas iespējas. Paredzēta speciālistiem, kuri nodarbojas ar ražošanas procesu automatizāciju rūpniecībā, lauksaimniecībā, transportā, celtniecībā, komunālajā saimniecībā.

t 32.85

janis Greivulis , Ivars Rankis MODERNASmetalapstrade... · * «Modernās elektronikas pamati»...

Documents

Transcript of janis Greivulis , Ivars Rankis MODERNASmetalapstrade... · * «Modernās elektronikas pamati»...