Основы цифровой техники. Транзистор в ключевом режиме. Переключатель тока. Логические функции и логические элементы

Министерство здравоохранения республики беларусь

Учреждение образования

Гомельский государственный медицинский университет

Кафедра медицинской и биологической физики

ЛЕКЦИЯ 5

по медицинской электронике  для студентов 3 курса   медико-диагностического факультета.

Тема: ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ

.

Время 90 минут

Литература

1.  Хоровиц П.,Хилл У. Искусство схемотехники. В 3-х т. - М: Мир, 1995 г. с. 162.

2.  Медицинская электронная аппаратура для здравоохранения / Под ред. Р.И.Утямышева. - М."Радио и связь", - 1981 г. с. 37.

3   Е.И.Манаев Основы радиоэлектроники. –М.: «Радио и связь», 1985, с.277.

4.  Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика, 1996г.с.477.

Учебные и воспитательные цели:

В итоге изучения студенты должны знать:

1.  Элементы импульсной техники;

2.  Элементы цифровой техники, параметры логических элементов, основные правила алгебры логики, преобразование аналогового сигнала в цифровой.

Материальное обеспечение.

1.Слайды – 5 шт

Расчет учебного времени

Тема:

ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ

1 минута

Введение

Обычно датчики температуры, давления и других физических величин создают напряжение в аналоговой форме, пропорциональное физической величине или отклонениям физической величины от некоторого установленного уровня. Для работы ЭВМ, а также при некоторых видах передачи информации требуется преобразование величины из аналоговой формы в цифровую, записываемую числом в двоичной форме.

Вопрос 1. 20 минут 

1. Транзистор в ключевом режиме. Переключатель тока. Триггеры.

Статический режим. На рис.1 приведена схема транзисторного ключа, управляемого напряжением генератора, которое подается через сопротивление на базу. Входная характеристика транзистора — зависимость тока базы от напряжения база—эмиттер — является экспоненциальной функцией.

Рис.1. Транзисторный ключ.

Хотя ток базы отличен от нуля при любом сколь угодно малом напряжении база—эмиттер, фактически этот ток становится заметным лишь при напряжении база—эмиттер больше порогового. Обычно для кремниевых транзисторов  ~ 0,5—0,6В, для германиевых —  0,1—0,15 В.

При напряжении генератора, равном нулю, или положительном, но меньшем, чем пороговое напряжение база—эмиттер, базовый ток практически равен нулю. Можно также считать, что при этом и коллекторный ток равен нулю. Напряжение коллектор— эмиттер в этом случае равно напряжению источника питания в коллекторной цепи. Если напряжение генератора (см. рис.1) увеличить, то напряжение база — эмиттер становится больше порогового и течет базовый ток.

Переключатель тока. Дифференциальный усилитель широко используется в качестве ключевой схемы. Схема переключателя тока (рис.2) получила свое название вследствие того, что ток Iо генератора стабильного тока (ГСТ) переключается входным напряжением из одного транзистора в другой. Переключатель тока является дифференциальным усилителем, на один вход которого подано постоянное напряжение, называемое опорным. Следовательно, для перевода переключателя тока из одного состояния в другое достаточен перепад постоянного напряжения на входе схемы ~0,1В.

i

Рис.2. Переключатель тока

Динамический режим. Для быстродействия переключения не допускается работа транзисторов в режиме насыщения. Это достигается выбором коллекторных сопротивлений при заданных значениях тока генератора стабильного тока и напряжения источника питания. Следовательно, оба транзистора работают в активном режиме.

Триггер – бистабильная ячейка.

Триггером называется устройство с двумя устойчивыми состояниями, переходящее из одного состояния в другое под воздействием внешних напряжений. Триггер способен сохранять сколь угодно долго устойчивое состояние и после снятия внешнего воздействия, поэтому он используется в качестве элемента памяти.

Простейший триггер (рис.3) — бистабильная ячейка — является двухкаскадным усилителем с непосредственной связью между каскадами.

Рис.3.   Триггер — бистабильная ячейка.

Несмотря на полную симметрию схемы, при одинаковых транзисторах и сопротивлениях R_к состояние схемы, когда оба транзистора открыты, является неустойчивым. Малейшее превышение коллекторного тока одного из транзисторов, например VT1, вызывает уменьшение его коллекторного напряжения. Уменьшение напряжения передается на базу другого транзистора, уменьшает его коллекторный ток и повышает его коллекторное