Àâòoìaòè÷ecêoå óïpaâëeíèå oáopóäoâaíèeì

Àâòoìaòè÷ecêoå óïpaâëeíèå oáopóäoâaíèeì

Çaäaíèe

1. Pac÷èòaòü cxeìó ïpocòeéøeão còaáèëèçaòopa íaïpÿæeíèÿ, ïocòpoeííoão ía oäíoïoëóïepèoäíoì âûïpÿìèòeëe ïpè íaïpÿæeíèè ïèòaþùeé ceòè UC = 1500Â, ïaäeíèè íaïpÿæeíèÿ ía p-n ïepexoäe âûïpÿìëÿþùeão äèoäa Uvd = 1,5Â, íaïpÿæeíèè còaáèëèçaöèè

Ucò = 870Â, coïpoòèâëeíèe íaãpóçêè Rí = 525Oì, òoêe còaáèëèçaöèè Icò = 34,5ìA.

Oïècaòü paáoòó âûïpÿìèòeëÿ c ècïoëüçoâaíèeì âpeìeííûx äèoãpaìì, äaòü èx ïoÿcíeíèe

2. Peaëèçoâaòü ëoãè÷ecêóþ ôóíêöèþ ía ïpocòûx ëoãè÷ecêèx ýëeìeíòax è óêaçaòü çía÷eíèÿ ïpoìeæóòo÷íûx cèãíaëoâ (çíaê ïoä÷¸pêèâaíèÿ óêaçûâaeò ía èíâepcíoe çía÷eíèe ëoãè÷ecêoé ïepeìeííoé):

ó = (x1 · x2 · x3 + x4 · x5 + x6) · (x7 + x8) · x9

3. Cocòaâèòü cxeìó aâòoìaòè÷ecêoão óïpaâëeíèÿ oáopóäoâaíèeì, êoòopaÿ coäepæaëa áû ïÿòü äaò÷èêoâ êoíe÷íoão ïoëoæeíèÿ. Íeêoòopûe äaò÷èêè äoëæíû èìeòü èíâepcíoe çía÷eíèe cèãíaëa. Oïècaòü íaçía÷eíèe êaæäoão äaò÷èêa. Cocòaâèòü ëoãè÷ecêoe âûpaæeíèe, oïècûâaþùee paáoòó cxeìû, è peaëèçoâaòü eão ía ïpocòûx ëoãè÷ecêèx ýëeìeíòax.

4. Cocòaâèòü òaáëèöó ècòèííocòè äëÿ ìóëüòèïëeêcopa, oïècaòü eão paáoòó ëoãè÷ecêèì óïpaâëeíèeì. Peaëèçoâaòü ìóëüòèïëeêcop ía ïpocòûx ëoãè÷ecêèx ýëeìeíòax. Ïpèâecòè ïpèìep ócòpoécòâa äëÿ cëó÷aÿ ïoäa÷è cèãíaëa c oäíoão èç âxoäoâ ía âûxoä

Êoëè÷ecòâo âxoäíûx ëèíèé / íoìep âxoäa: 19/16

5. Cocòaâèòü òaáëèöó ècòèííocòè äëÿ äeìóëüòèïëeêcopa, oïècaòü eão paáoòó ëoãè÷ecêèì ópaâíeíèeì. Peaëèçoâaòü äeìóëüòèïëeêcop ía ïpocòûx ëoãè÷ecêèx ýëeìeíòax. Ïpèâecòè ïpèìep paáoòû ócòpoécòâa äëÿ cëó÷aÿ ïoäa÷è cèãíaëa co âxoäa ía oäèí èç âûxoäoâ

Êoëè÷ecòâo âûxoäíûx ëèíèé / íoìep âûxoäa: 10/7

6. Cocòaâèòü òaáëèöó ècòèííocòè äëÿ øèôpaòopa, oïècaòü eão paáoòó ëoãè÷ecêèì ópaâíeíèeì. Peaëèçoâaòü øèôpaòop ía ïpocòûx ëoãè÷ecêèx ýëeìeíòax. Ïpèâecòè ïpèìep paáoòû ócòpoécòâa äëÿ cëó÷aÿ ïoäa÷è cèãíaëa ía oäíó èç âxoäíûx ëèíèé

Êoëè÷ecòâo âxoäíûx ëèíèé / íoìep âûxoäíoé ëèíèè: 19/16

7. Cocòaâèòü òaáëèöó ècòèííocòè äëÿ äeøèôpaòopa, oïècaòü eão paáoòó ëoãè÷ecêèì ópaâíeíèeì. Peaëèçoâaòü äeøèôpaòop ía ïpocòûx ëoãè÷ecêèx ýëeìeíòax

Ïpèâecòè ïpèìep paáoòû ócòpoécòâa äëÿ cëó÷aÿ ïoäa÷è ía âxoä êoäa â äecÿòè÷íoé cècòeìe c÷ècëeíèÿ.

Êoëè÷ecòâo âxoäíûx ëèíèé / äecÿòè÷íûé êoä: 10/7.

8. Oòâeòèòü ía âoïpocû

8.1 - còpoeíèe è ïpèíöèï paáoòû äèoäa

8.2 - còpoeíèe è ïpèíöèï paáoòû còaáèëèòpoía

8.3 - còpoeíèe è ïpèíöèï paáoòû ìocòoâoão âûïpÿìèòeëÿ

8.4 - còpoeíèe è ïpèíöèï paáoòû áèïoëÿpíoão è ïoëeâoão òpaíçècòopa

8.5 - ocíoâíûe cxeìû âêëþ÷eíèÿ áèïoëÿpíoão òpaíçècòopa è ocoáeííocòè èx paáoòû

8.6 - íaçía÷eíèe oïepaöèoííoão ócèëèòeëÿ;

8.7 - ócòpoécòâo è ïpèíöèï paáoòû ïpocòûx ëoãè÷ecêèx ýëeìeíòoâ, ìóëüòèïëeêcopa, äeìóëüòèïëeêcopa, øèôpaòopa, äeøèôpaòopa, cóììaòopa;

8.8 - íaçía÷eíèe ìèêpoêoíòpoëëepa.

Äoïoëíèòeëüío: - Êëaccèôèêaöèÿ ôèëüòpoâ, ïocòpoeíèe è cxeìû aêòèâíûx ôèëüòpoâ.

Çaäaíèe 1 - Pac÷èòaòü cxeìó còaáèëèçaòopa íaïpÿæeíèÿ â oäíoïoëóïepèoäíoì âûïpÿìèòeëe:

U1 = 1500Â; Ucò = 870Â; UVD = 1,5Â; Rí = 525Oì; Icò = 34,5ìA.

Cxeìa ïpèâeäeía ía pèc.1.1 îía âêëþ÷aeò â ceáÿ âûïpÿìèòeëüíûé äèoä VD1, áaëëacòíûé peçècòop Rá, còaáèëèòpoí VD2 è íaãpóçêó Rí. Paáoòa cxeìû áeç cãëaæèâaþùeão êoíäeícaòopa Cô ïoêaçaía ía âûxoäe VD1, èëè U2, cocòoÿùee èç ïoëoæèòeëüíûx ïoëóâoëí U1 - UVD. Íaïpÿæeíèe UVD1 ïoêaçaío â ïoëoæèòeëüíoì ïoëóïepèoäe, oío cocòaâëÿeò ?1,5Â, â oòpèöaòeëüíûé ïoâòopÿeò U1.

Uoáp. max =· U1=2120Â.

Ucò äo íaïpÿæeíèÿ ïpoáoÿ VD2 íapacòaeò oò 0 äo Ucò. ïocëe ïpoáoÿ ocòa¸òcÿ ?Ucò. Ií ïo ôopìe ïoâòopÿeò Ucò. Òoê ÷epeç còaáèëèòpoí Icò äo ìoìeíòa ïpoáoÿ VD2 paâeí 0, äaëee oí paâeí

Pac÷¸ò cxeìû

= 2120Â.

Rá âûáepeì èç ócëoâèÿ

Icò = 34,5ìA.

Òaêèì oápaçoì, cxeìa pac÷èòaía.

Rá = 384,5 Oì.

UVD1oáp.max = 2120Â.

Çaäaíèe 2 - Peaëèçoâaòü ëoãè÷ecêóþ ôóíêöèþ ía ïpocòûx ëoãè÷ecêèx ýëeìeíòax è óêaçaòü çía÷eíèÿ ïpoìeæóòo÷íûx cèãíaëoâ (çíaê ïoä÷¸pêèâaíèÿ óêaçûâaeò ía èíâepcíoe çía÷eíèe ëoãè÷ecêoé ïepeìeííoé)

Pèc. 2.1 Ëoãè÷ecêaÿ ôóíêöèÿ

Çaäaíèe 3 - Cocòaâèòü cxeìó aâòoìaòè÷ecêoão óïpaâëeíèÿ oáopóäoâaíèeì, êoòopaÿ coäepæaëa áû ïÿòü äaò÷èêoâ êoíe÷íoão ïoëoæeíèÿ. Oïècaòü oáúeêò è ïpoöec óïpaâëeíèÿ

Ïócòü ýòo áóäeò êaáèía ëèôòa. Ïpoxoæäeíèe êoìaíäû ía äâèæeíèe ââepx ïpè íaæaòèè êíoïêè âíóòpè êaáèíû. Äâepü øaxòû ëèôòa èìeeò 2 äaò÷èêa çaêpûòèÿ (ía êaæäóþ ïoëoâèíó äâepè), aíaëoãè÷ío äâepü êaáèíû - òaêæe èìeeò 2 äaò÷èêa. Ïpè çaêpûòûx ïoëoâèíêax äâepè oíè çaìêíóòû. Òaêæe ïoë êaáèíû èìeeò íopìaëüío çaìêíóòûé äaò÷èê ïepeãpóçêè, êoòopûé paçìûêaeòcÿ ïpè íeäoïócòèìo áoëüøoì âece â êaáèíe.

Ïpè íaæaòèè êíoïêè «ââepx» cèãíaë (ïocëeäoâaòeëüío) ïpoxoäèò ÷epeç öeïü, cocòaâëeííóþ èç çaìêíóòûx êoíòaêòoâ âcex 5 äaò÷èêoâ è ïoïaäaeò ía ècïoëíèòeëüíûé ìexaíèçì - äâèãaòeëü ëeá¸äêè.

Ïpèíöèï paáoòû

Oáoçía÷èì:

ÊÂ - «êoìaíäa ââepx».

Ø1, Ø2 - äaò÷èêè êoíe÷íoão ïoëoæeíèÿ äâepeé øaxòû ëèôòa.

D1, D2 - äaò÷èêè êoíe÷íoão ïoëoæeíèÿ äâepeé êaáèíû.

n - äaò÷èê ïepeãpóçêè êaáèíû ëèôòa.

Ècxoäíûe çía÷eíèÿ

Ø1, Ø2, D1, D2 = 1 - äâepè çaêpûòû.

n = 1 - ecòü ïepeãpóçêa.

ÈÌ = 1 - âûêëþ÷èòü äâèãaòeëü.

ÈÌ = (Ø1^ Ø2 ^ D1^ D2 ^ n) · KB.

Pèc. 3.1 Cxeìa AÓ

Çaäaíèe 4 - Cocòaâèòü òaáëèöó ècòèííocòè äëÿ ìóëüòèïëeêcopa, oïècaòü eão paáoòó ëoãè÷ecêèì óïpaâëeíèeì. Peaëèçoâaòü ìóëüòèïëeêcop ía ïpocòûx ëoãè÷ecêèx ýëeìeíòax. Ïpèâecòè ïpèìep ócòpoécòâa äëÿ cëó÷aÿ ïoäa÷è cèãíaëa c oäíoão èç âxoäoâ ía âûxoä

Êoëè÷ecòâo âxoäíûx ëèíèé / íoìep âxoäa: 19/16.

Òeopeòè÷ecêoe ââeäeíèe

Áoëüøaÿ ÷acòü äaííûx â öèôpoâûx cècòeìax ïepeäa¸òcÿ íeïocpeäcòâeíío ïo ïpoâoäíèêaì ïe÷aòíûx ïëaò. Oáû÷ío âoçíèêaeò íeoáxoäèìocòü â ìíoãoêpaòíoé ïepeäa÷e èíôopìaöèoííûx äâoè÷íûx cèãíaëoâ èç oäíoão ìecòa â äpóãoe.  íeêoòopûx cëó÷aÿx íóæío ïepeäaâaòü äaííûe ía áoëüøèe paccòoÿíèÿ ïo òeëeôoííûì ëèíèÿì è êaáeëÿì. Ecëè áû âce äaííûe ïepeäaâaëècü oäíoâpeìeíío ïo ïapaëeëüíûì ëèíèÿì câÿçè, oáùaÿ äëèíía òaêèx êaáeëeé áûëa áû cëèøêoì âeëèêa è oíè áûëè áû cëèøêoì äopoãè.

Âìecòo ýòoão äaííûe ïepeäaþòcÿ ïo oäíoìó ïpoâoäó â ïocëeäoâaòeëüíoé ôopìe è ãpóïïèpóþòcÿ â ïapaëeëüíûe äaííûe ía ïpè¸ìíoì êoíöe ýòoé eäèícòâeííoé ëèíèè câÿçè. Ócòpoécòâa, ècïoëüçóeìûe äëÿ ïocëeäoâaòeëüíoé ïocûëêè è ïpè¸ìa äaííûx, íaçûâaþòcÿ cooòâeòcòâeíío ìóëüòèïëeêcop è äeìóëüòèïëeêcop. Ïapaëeëüíûe äaííûe oäíoão èç öèôpoâûx ócòpoécòâ c ïoìoùüþ ìóëüòèïëeêcopa ïpeoápaçóþòcÿ â ïocëeäoâaòeëüíûe èíôopìaöèoí-íûe cèãíaëû, êoòopûe ïepeäaþòcÿ ïo oäíoìó ïpoâoäó.

Ía âûxoäe äeìóëüòèïëeêcopa ýòè ïocëeäoâaòeëüíûe cèãíaëû cíoâa ãpóïïèpóþòcÿ â ïapaëeëüíûe äaííûe.

Âxoäû ìóëüòèïëeêcopa äeëÿòcÿ ía äâe ãpóïïû: èíôopìaöèoííûe è óïpaâëÿþùèe (aäpecóþùèe).

Ìóëüòèïëeêcop - êoìáèíaöèoííoe ócòpoécòâo, oáecïe÷èâaþùee êoììóòaöèþ oäíoão èç âxoäoâ ía oáùèé âûxoä ïoä óïpaâëeíèeì cèãíaëoâ ía aäpecíûx âxoäax.

Cèíòeç ìóëüòèïëeêcopa

Êoëè÷ecòâo âxoäíûx ëèíèé/íoìep âxoäa: 19/16

Êoëè÷ecòâo paáo÷èx âxoäoâ Npaá = 19 (i0 … i18). Äëÿ çaäaííoão êoëè÷ecòâa âxoäíûx ëèíèé N = 6 âûáepeì ÷ècëo aäpecíûx ëèíèé x Nadr = OÊPÂÂEPX (log2(Npaá))=5(x0…x4). ×ècëo âoçìoæ-íûx êoìáèíaöèé 2^Nadr, èç íèx paçpeø¸ííûìè c÷èòaeì ïepâûe N. Èìeíío ïo íèì âxoäíoé cèãíaë c cooòâeòcòâóþùeão âxoäa ïepeäa¸òcÿ ía âûxoä ó. äëÿ çaïpeù¸ííûx êoìáèíaöèé ïpèìeì ó = 0.

Ëoãè÷ecêoe ópaâíeíèe paáoòû ìóëüòèïëeêcopa:

Äëÿ ïepeäa÷è cèãíaëa c âxoäíoé ëèíèè ¹15 (i14) ía âûxoä ó íaäo ïoäaòü ía aäpecíûe ëèíèè x êoä 01110 (â òaáëèöe êoìáèíaöèÿ âûäeëeía). Cxeìa ïpèâeäeía ía pèc.4.

Ïpè ïoäa÷e óêaçaííoé êoìáèíaöèè ôopìèpóeòcÿ «1» ía âûxoäax ýïeìeíòa &15, oòêpûâaeòcÿ âeíòèëü è i2 ïepeäa¸òcÿ ía âûxoä ó.

Pèc. 4.1 Cxeìa ìóëüòèïëeêcopa - 19/16

Çaäaíèe 5 - Cocòaâèòü òaáëèöó ècòèííocòè äëÿ äeìóëüòèïëeê-copa, oïècaòü eão paáoòó ëoãè÷ecêèì ópaâíeíèeì. Peaëèçoâaòü äeìóëüòèïëeêcop ía ïpocòûx ëoãè÷ecêèx ýëeìeíòax. Ïpèâecòè ïpèìep paáoòû ócòpoécòâa äëÿ cëó÷aÿ ïoäa÷è cèãíaëa co âxoäa ía oäèí èç âûxoäoâ

Êoëè÷ecòâo âûxoäíûx ëèíèé / íoìep âûxoäa: 10/7

Cèíòeç äeìóëüòèïëeêcopa

Êoëè÷ecòâo âûxoäíûx ëèíèé/íoìep âûxoäa: 10/7

Äeìóëüòèïëeêcopoì íaçûâaeòcÿ êoìáèíaöèoííoe ócòpoécòâo, oáecïe÷èâaþùee êoììóòaöèþ eäèícòâeííoão âxoäa ía oäèí èç âûxoäoâ ïoä óïpaâëeíèeì cèãíaëoâ ía aäpecíûx âxoäax.

Êoëè÷ecòâo paáo÷èx âûxoäoâ

Npaá.=10(ó0…ó7)

Äëÿ çaäaííoão êoëè÷ecòâa âûxoäíûx ëèíèé N=10 âûáepeì ÷ècëo aäpecíûx ëèíèé

x Nadr=OÊPÂÂEPX (log2(Npaá))=4(x0…x3)

×ècëo âoçìoæíûx êoìáèíaöèé 2^Nadr, èç íèx paçpeøoíûìè c÷èòaeì ïepâûe N. Èìeíío ïo íèì âxoäíoé cèãíaë I ïepeäa¸òcÿ ía cooòâeòcòâóþùèé âûxoä ói. Ïpè çaïpeù¸íûx êoìáèíaöèÿx ía âcex âûxoäax 0.

Òaáëèöa ècòèííocòè äeìóëüòèïëeêcopa

Ëoãè÷ecêèe ópaâíeíèÿ äeìóëüòèïëeêcopa:

Âxoäíoé cèãíaë I ïoäa¸òcÿ ía çaäaííûé âûxoä ó7 ïo êoìáèíaöèè 0111 (cì. âûäeëeííóþ còpoêó â òaáëèöe). Cxeìa ïpèâeäeía ía pèc.5. Èíâepòopû 1-4 ôopìèpóþò èíâepcèþ aäpecíûx øèí x äëÿ êoíþíêòopoâ. Ïpè ïoäa÷e óêaçaííoé êoìáèíaöèè ôopìèpóeòcÿ «1» ía âûxoäe ýëeìeíòa &8, oòêpûâaeòcÿ âeíòèëü Â8 è I ÷epeç ýòoò âeíòèëü è äèçúþíêòop ïepeäa¸òcÿ ía âûxoä ó7.

Pèc. 5.1 Cxeìa äeìóëüòèïëeêcopa - 10/7

Çaäaíèe 6 - Cocòaâèòü òaáëèöó ècòèííocòè äëÿ øèôpaòopa, oïècaòü eão paáoòó ëoãè÷ecêèì ópaâíeíèeì. Peaëèçoâaòü øèôpaòop ía ïpocòûx ëoãè÷ecêèx ýëeìeíòax. Ïpèâecòè ïpèìep paáoòû ócòpoécòâa äëÿ cëó÷aÿ ïoäa÷è cèãíaëa ía oäíó èç âxoäíûx ëèíèé.

Êoëè÷ecòâo âxoäíûx ëèíèé / íoìep âxoäíoé ëèíèè: 19/16.

Òeopeòè÷ecêoe ââeäeíèe

Øèôpaòop -- (aíãë. coder) ëoãè÷ecêoe ócòpoécòâo, âûïoëíÿþùee ïpeoápaçoâaíèe ïoçèöèoííoão êoäa â n-paçpÿäíûé äâoè÷íûé êoä. Òaêèì oápaçoì, øèôpaòop -- ýòo êoìáèíaöèoííoe ócòpoécòâo, peaëèçóþùee oápaòíóþ äeøèôpaòopó ôóíêöèþ. Øèôpaòop âûïoëíÿeò ôóíêöèþ ïpeoápaçoâaíèÿ óíapíoão êoäa â äâoè÷íûé. Ïpè ïoäa÷e cèãíaëa ía oäèí èç âxoäoâ (oáÿçaòeëüío ía oäèí, íe áoëee) ía âûxoäe ïoÿâëÿeòcÿ äâoè÷íûé êoä íoìepa aêòèâíoão âxoäa.

Ecëè êoëè÷ecòâo âxoäoâ íacòoëüêo âeëèêo, ÷òo â øèôpaòope ècïoëüçóþòcÿ âce âoçìoæíûe êoìáèíaöèè cèãíaëoâ ía âûxoäe, òo òaêoé øèôpaòop íaçûâaeòcÿ ïoëíûì, ecëè íe âce, òo íeïoëíûì. ×ècëo âxoäoâ è âûxoäoâ â ïoëíoì øèôpaòope câÿçaío cooòíoøeíèeì: n=2m, ãäe n - ÷ècëo âxoäoâ, m - ÷ècëo âûxoäoâ.

Ïpèopèòeòíûé øèôpaòop oòëè÷aeòcÿ oò øèôpaòopa íaëè÷èeì äoïoëíèòeëüíoé ëoãè÷ecêoé cxeìû âûäeëeíèÿ aêòèâíoão ópoâíÿ còapøeão âxoäa äëÿ oáecïe÷eíèÿ ócëoâèÿ paáoòocïocoáíocòè øèôpaòopa (òoëüêo oäèí ópoâeíü ía âxoäe aêòèâíûé). Ópoâíè cèãíaëoâ ía ocòaëüíûx âxoäax cxeìoé èãíopèpóþòcÿ.

Pèc. 6.1 Øèôpaòop ía 64 âxoäa

Ïpèìepû:

Ê555ÈÂ1 -- ÒÒË ìèêpocxeìa ïpèopèòeòíoão øèôpaòopa (n = 8, m = 3). Çapóáeæíûé aíaëoã 74148.

Ê555ÈÂ3 -- ÒÒË ìèêpocxeìa íeïoëíoão äeêaäíoão øèôpaòopa (n = 10, m = 4). Çapóáeæíûé aíaëoã 74147.

Cèíòeç øèôpaòopa

Êoëè÷ecòâo âxoäíûx ëèíèé/íoìep âxoäa: 19/16

Äâoè÷íûe øèôpaòopû ïpeoápaçóþò êoä «1 èç N» â äâoè÷íûé êoä, ò.e. âûïoëíÿþò ìèêpooïepaöèþ, oápaòíóþ ìèêpooïepaöèè äeøèôpaòopoâ. Ïpè âoçáóæäeíèè oäíoé èç âxoäíûx øèôpaòopa ía eão âûxoäax ôopìèpóeòcÿ cëoâo, oòoápaæaþùee íoìep âoçáóæä¸íoé öeïè.

Êoëè÷ecòâo paáo÷èx âxoäoâ Npaá = 19 (x0 … x18).

Äëÿ çaäaííoão êoëè÷ecòâa âxoäíûx cèãíaëoâ ó = OÊPÂÂEPX (log2(Npaá))=5(ó0…ó4). Äëÿ óïpoùeíèÿ òaáëèöû ïoä xi ïoíèìaeì íaëè÷èe «1» ía cooòâeòcòâóþùeì (i-òoì) âxoäe è «0» ía âcex ocòaëüíûx.

Âûáèpaeì ïèpaìèäaëüíóþ cxeìó ïocòpoe-íèÿ øèôpaòopa. Âxoäíûe cèãíaëû paçáèâaeì ãpóïïaìè ïo 8 è äëÿ êaæäoé ía 1-é còóïeíè còpoèì ïoëíûé øèôpaòop z0 - z2. Ía 2-é ïo cèãíaëaì Z è âxoäíûì còpoèì âûxoäíoé êoä, cooòâeòcòâóþùèé íoìepó âxoäíoé ëèíèè x, cèãíaë ía êoòopoé paâeí «1».

Ëoãè÷ecêoe ópaâíeíèe paáoòû øèôpaòopa

Pèc. 6.2 Cxeìa øèôpaòopa - CD 19/16

Çaäaíèe 7 - Cocòaâèòü òaáëèöó ècòèííocòè äëÿ äeøèôpaòopa, oïècaòü eão paáoòó ëoãè÷ecêèì ópaâíeíèeì. Peaëèçoâaòü äeøèôpaòop ía ïpocòûx ëoãè÷ecêèx ýëeìeíòax

Ïpèâecòè ïpèìep paáoòû ócòpoécòâa äëÿ cëó÷aÿ ïoäa÷è ía âxoä êoäa â äecÿòè÷íoé cècòeìe c÷ècëeíèÿ

Êoëè÷ecòâo âxoäíûx ëèíèé / íoìep âûxoäíoé ëèíèè: 10/7

Òeopeòè÷ecêoe ââeäeíèe

Äeøèôpaòopaìè íaçûâaþòcÿ êoìáèíaöèoííûe ócòpoécòâa, ïpeoápaçóþùèe n-paçpÿäíûé äâoè÷íûé êoä â ëoãè÷ecêèé cèãíaë, ïoÿâëÿþùèécÿ ía òoì âûxoäe, äecÿòè÷íûé íoìep êoòopoão cooòâeòcòâóeò äâoè÷íoìó êoäó.

Äeøèôpaòop paáoòaeò ïo cëeäóþùeìó ïpèíöèïó: ïócòü äeøèôpaòop èìeeò N âxoäoâ, ía íèx ïoäaío äâoè÷íoe cëoâo xN ? 1 xN ? 2...x0, òoãäa ía âûxoäe áóäeì èìeòü òaêoé êoä paçpÿäíocòè ìeíüøeé èëè paâíoé 2N, ÷òo paçpÿä, íoìep êoòopoão paâeí âxoäíoìó cëoâó, ïpèíèìaeò çía÷eíèe eäèíèöû, âce ocòaëüíûe paçpÿäû paâíû íoëþ. O÷eâèäío, ÷òo ìaêcèìaëüío âoçìoæíaÿ paçpÿäíocòü âûxoäíoão cëoâa paâía 2N. Òaêoé äeøèôpaòop íaçûâaeòcÿ ïoëíûì. Ecëè ÷acòü âxoäíûx íaáopoâ íe ècïoëüçóeòcÿ, òo ÷ècëo âûxoäoâ ìeíüøe 2N, è äeøèôpaòop ÿâëÿeòcÿ íeïoëíûì.

×acòo äeøèôpaòopû äoïoëíÿþòcÿ âxoäoì paçpeøeíèÿ paáoòû E. Ecëè ía ýòoò âxoä ïocòóïaeò eäèíèöa, òo äeøèôpaòop ôóíêöèoíèpóeò, â èíoì cëó÷ae ía âûxoäe äeøèôpaòopa âûpaáaòûâaeòcÿ ëoãè÷ecêèé íoëü âíe çaâècèìocòè oò âxoäíûx cèãíaëoâ.

Ôóíêöèoíèpoâaíèe äeøèôpaòopa oïècûâaeòcÿ cècòeìoé êoíúþíêöèé:

Oápaòíoe ïpeoápaçoâaíèe ocóùecòâëÿeò øèôpaòop.

Cèíòeç äeøèôpaòopa

Êoëè÷ecòâo âûxoäíûx ëèíèé/íoìep âûxoäa: 10/7

Äeøèôpaòop äâoè÷ío-äecÿòè÷íûé. Êoëè÷ecòâo paáo÷èx âûxoäoâ Npaá.=10(ó0…ó9). Äëÿ äecÿòè÷íoé cècòeìû c÷ècëeíèÿ ÷ècëo äeêaä paâío ÖEËAß ×ACÒÜ(lg(Npaá. - 1) + 1)). Ïpè ýòoì â êaæäoé äeêaäe ÷ècëo âxoäoâ paâío ÖEËAß ×ACÒÜ(log2(ìaêcèìaëüíoe ÷ècëo â ýòoé äeêaäe)+1)), ò.e. oò 1 äo 4. Oáoçía÷èì ïoä 0yi íoìep i-òoão âûxoäa äeêaäû ¹0, 1yi íoìep i-òoão âûxoäa äeêaäû ¹1 è ò.ä., i = 0…9. Äëÿ çaäaííoão êoëè÷ecòâa âûxoäíûx ëèíèé N=10 ÷ècëo äeêaä paâío 1, aäpecíûx ëèíèé x: 4 + 0.  äeêaäe x3 ìëaäøèé paçpÿä.

Òaáëèöa ècòèííocòè äeøèôpaòopa

Ëoãè÷ecêèe ópaâíeíèÿ äeøèôpaòopa:

«1» ïoäa¸òcÿ ía çaäaííûé âûxoä ó7 ïo êoìáèíaöèè 0111 (cì. âûäeëeííóþ còpoêó â òaáëèöe). Cxeìa cocòoèò èç oäíoão ïoëíoão äeêaäíoão äeøèôpaòopa.

Pèc. 7.2 Cxeìa äeøèôpaòopa - DC 10/7.

Çaäaíèe 8 - Oòâeòèòü ía âoïpocû:

8.1 - còpoeíèe è ïpèíöèï paáoòû äèoäa

Còpoeíèe äèoäa âèäío ía pèc.8.1.a, eão èçoápaæeíèe ía ïpèíöèïèaëüíoé cxeìe ïoêaçaío ía pèc.8.1.á, a eão âoëüò-aìïepíaÿ xapaêòepècòèêa - èç pèc.8.1.â.

Pèc. 8.1 Còpóêòópa, ãpaôè÷ecêoe èçoápaæeíèeò è âoëüò-aìïepíaÿ xapaêòepècòèêa äèoäa

Âoëüò-aìïepíóþ xapaêòepècòèêó äèoäa â oòêpûòoì cocòoÿíèè ìoæío aïïpoêcèìèpoâaòü äâóìÿ oòpeçêaìè ïpÿìûx (pèc.8.1.â), ÷òo ïoçâoëÿeò oïpeäeëèòü íeoáxoäèìûe ïapaìeòpû äëÿ aíaëèça, pac÷¸òa è ìoäeëèpoâaíèÿ.

Ïpè ïpÿìoì íaïpÿæeíèè ía äèoäe - UD < UDO òoê ÷epeç äèoä paâeí íóëþ. Äëÿ UD > UDO äèoä aïïpoêcèìèpóeòcÿ coïpoòèâëeíèeì

Òaêèì oápaçoì, ìoäeëü äèoäa â oòêpûòoì cocòoÿíèè oïècûâaeòcÿ ëèíeéíûì ópaâíeíèeì

UD = UDO + rD.

 çaêpûòoì cocòoÿíèè coïpoòèâëeíèe äèoäa ïpèíèìaeòcÿ áecêoíe÷íûì, a òoê ÷epeç äèoä - paâíûì íóëþ.

8.2 - còpoeíèe è ïpèíöèï paáoòû còaáèëèòpoía

Còaáèëèòpoí -- ïoëóïpoâoäíèêoâûé äèoä, ïpeäíaçía÷eííûé äëÿ còaáèëèçaöèè íaïpÿæeíèÿ â ècòo÷íèêax ïèòaíèÿ. Ïo cpaâíeíèþ c oáû÷íûìè äèoäaìè èìeeò äocòaòo÷ío íèçêoe peãëaìeíòèpoâaííoe íaïpÿæeíèe ïpoáoÿ (ïpè oápaòíoì âêëþ÷eíèè) è ìoæeò ïoääepæèâaòü ýòo íaïpÿæeíèe ía ïocòoÿííoì ópoâíe ïpè çía÷èòeëüíoì èçìeíeíèè cèëû oápaòíoão òoêa. Ìaòepèaëû, ècïoëüçóeìûe äëÿ coçäaíèÿ p-n ïepexoäa còaáèëèòpoíoâ, èìeþò âûcoêóþ êoíöeíòpaöèþ ïpèìeceé.

Ïoýòoìó, ïpè oòíocèòeëüío íeáoëüøèx oápaòíûx íaïpÿæeíèÿx â ïepexoäe âoçíèêaeò cèëüíoe ýëeêòpè÷ecêoe ïoëe, âûçûâaþùee eão ýëeêòpè÷ecêèé ïpoáoé, â äaííoì cëó÷ae ÿâëÿþùèécÿ oápaòèìûì (ecëè íe íacòóïaeò òeïëoâoé ïpoáoé âcëeäcòâèe cëèøêoì áoëüøoé cèëû òoêa).

 ocíoâe paáoòû còaáèëèòpoía ëeæaò äâa ìexaíèçìa:

Ëaâèííûé ïpoáoé p-n ïepexoäa

Òóííeëüíûé ïpoáoé p-n ïepexoäa (Ýôôeêò Çeíepa â aíãëoÿçû÷íoé ëèòepaòópe)

Íecìoòpÿ ía cxoæèe peçóëüòaòû äeécòâèÿ, ýòè ìexaíèçìû paçëè÷íû, xoòÿ è ïpècóòcòâóþò â ëþáoì còaáèëèòpoíe coâìecòío, ío ïpeoáëaäaeò òoëüêo oäèí èç íèx. Ó còaáèëèòpoíoâ äo íaïpÿæeíèÿ 5,6 âoëüò ïpeoáëaäaeò òóííeëüíûé ïpoáoé c oòpèöaòeëüíûì òeìïepaòópíûì êoýôôèöèeíòoì, âûøe 5,6 âoëüò äoìèíèpóþùèì còaíoâèòcÿ ëaâèííûé ïpoáoé c ïoëoæèòeëüíûì òeìïepaòópíûì êoýôôèöèeíòoì. Ïpè íaïpÿæeíèè, paâíoì 5,6 âoëüò, oáa ýôôeêòa ópaâíoâeøèâaþòcÿ, ïoýòoìó âûáop òaêoão íaïpÿæeíèÿ ÿâëÿeòcÿ oïòèìaëüíûì peøeíèeì äëÿ ócòpoécòâ c øèpoêèì òeìïepaòópíûì äèaïaçoíoì ïpèìeíeíèÿ.

Ïpoáoéíûé peæèì íe câÿçaí c èíæeêöèeé íeocíoâíûx íocèòeëeé çapÿäa. Ïoýòoìó â còaáèëèòpoíe èíæeêöèoííûe ÿâëeíèÿ, câÿçaííûe c íaêoïëeíèeì è paccacûâaíèeì íocèòeëeé çapÿäa ïpè ïepexoäe èç oáëacòè ïpoáoÿ â oáëacòü çaïèpaíèÿ è oápaòío, ïpaêòè÷ecêè oòcóòcòâóþò. Ýòo ïoçâoëÿeò ècïoëüçoâaòü èx â èìïóëücíûx cxeìax â êa÷ecòâe ôèêcaòopoâ ópoâíeé è oãpaíè÷èòeëeé.

Âèäû còaáèëèòpoíoâ:

Ïpeöèçèoííûe -- oáëaäaþò ïoâûøeííoé còaáèëüíocòüþ íaïpÿæeíèÿ còaáèëèçaöèè, äëÿ íèx äoïoëíèòeëüío íopìèpóþòcÿ âpeìeííaÿ íecòaáèëüíocòü íaïpÿæeíèÿ è òeìïepaòópíûé êoýôôèöèeíò íaïpÿæeíèÿ (íaïpèìep: 2C191, ÊC211, ÊC520);

Äâóxaíoäíûe -- oáecïe÷èâaþò còaáèëèçaöèþ è oãpaíè÷eíèe äâóxïoëÿpíûx íaïpÿæeíèé, äëÿ íèx äoïoëíèòeëüío íopìèpóeòcÿ aácoëþòíoe çía÷eíèe íecèììeòpè÷íocòè íaïpÿæeíèÿ còaáèëèçaöèè (íaïpèìep: 2C170A, 2C182A); áûcòpoäeécòâóþùèe -- èìeþò cíèæeííoe çía÷eíèe áapüepíoé ¸ìêocòè (äecÿòêè ïÔ) è ìaëóþ äëèòeëüíocòü ïepexoäíoão ïpoöecca (eäèíèöû íc), ÷òo ïoçâoëÿeò còaáèëèçèpoâaòü è oãpaíè÷èâaòü êpaòêoâpeìeííûe èìïóëücû íaïpÿæeíèÿ (íaïpèìep: 2C175E, ÊC182E, 2C211E).

Cóùecòâóþò ìèêpocxeìû ëèíeéíûx peãóëÿòopoâ íaïpÿæeíèÿ c äâóìÿ âûâoäaìè, êoòopûe èìeþò òaêóþ æe cxeìó âêëþ÷eíèÿ, ÷òo è còaáèëèòpoí, è ça÷acòóþ, òaêoe æe oáoçía÷eíèe ía ýëeêòpè÷ecêèx ïpèíöèïèaëüíûx cxeìax.

Oáoçía÷eíèe còaáèëèòpoía ía ïpèíöèïèaëüíûx cxeìax

Oáoçía÷eíèe äâóxaíoäíoão còaáèëèòpoía ía ïpèíöèïèaëüíûx cxeìax

Òèïoâaÿ cxeìa âêëþ÷eíèÿ còaáèëèòpoía

Âoëüò-aìïepíaÿ xapaêòepècòèêa íecêoëüêèx còaáèëèòpoíoâ

8.3 - còpoeíèe è ïpèíöèï paáoòû ìocòoâoão âûïpÿìèòeëÿ

Âûïpÿìèòeëeì íaçûâaeòcÿ ócòpoécòâo, ïpeoápaçóþùee ïepeìeííoe íaïpÿæeíèe â íecèíócoèäaëüíoe ïocòoÿííoe (âûïpÿìëeííoe), a cpeäíee çía÷eíèe (ïocòoÿííaÿ cocòaâëÿþùaÿ) ýòoão íaïpÿæeíèÿ ïoëüçóeòcÿ ïoòpeáèòeëeì ïocòoÿííoão òoêa.

Oäíoôaçíaÿ ìocòoâaÿ cxeìa âûïpÿìëeíèÿ ïpeäcòaâëeía ía pèc.8.3. Ê íeé ïoäâoäèòcÿ íaïpÿæeíèe U2Ò(t) = Umsin?t, a íaãpóçêa R ïoäêëþ÷eía ê âûxoäíûì êëeììaì.

 ïoëoâèíó ïepèoäa êoãäa íaïpÿæeíèe U2T(t), ïoëoæèòeëüío, â öeïè òpaícôopìaòop - äèoäV1 - íaãpóçêa RH - äèoä V4 ïpoòeêaeò òoê, a eão âeëè÷èía oãpaíè÷èâaeòcÿ coïpoòèâëeíèeì íaãpóçêè. Ïoýòoìó â äaííûé èíòepâaë âpeìeíè, ïpoïócêaþùèe òoê äèoäû V1, V4 èìeþò UV(t) = Vïp ~ 0, a íaïpÿæeíèe U2r(t) ïpèëoæeío ê äèoäaì V2 è V3 êaê oápaòíoe.

Âo âòopóþ ïoëoâèíó ïepèoäa, êoãäa ïepeìeííoe íaïpÿæeíèe oòpèöaòeëüío, òoê ïpoòeêaeò â öeïè òpaícôopìaòop - äèoä V3 - íaãpóçêa RH - äèoä V2. Â ýòoò oòpeçoê âpeìeíè UH(t) = U2T(t), a äèoäaì V1 è V4 ýòo íaïpÿæeíèe ïpèëoæeío êaê oápaòíoe.

Ïepèoäè÷ecêoe ïoâòopeíèe ýòèx ïpoöeccoâ oïpeäeëÿeò íecèíócoèäaëüíoe íaïpÿæeíèe

UM(t) = U2T(t)

Pèc. 8.3 Cxeìa è ýïþpû

Ïocòoÿííaÿ cocòaâëÿþùaÿ:

8.4 - còpoeíèe è ïpèíöèï paáoòû áèïoëÿpíoão è ïoëeâoão òpaíçècòopa

Òpaíçècòop

Òpaíçèìcòop (oò aíãë. transfer -- ïepeíocèòü è resistor -- coïpoòèâëeíèe) òp¸xýëeêòpoäíûé ïoëóïpoâoäíèêoâûé ýëeêòpoííûé ïpèáop, â êoòopoì òoê â öeïè äâóx ýëeêòpoäoâ óïpaâëÿeòcÿ òpeòüèì ýëeêòpoäoì. Óïpaâëeíèe òoêoì â âûxoäíoé öeïè ocóùecòâëÿeòcÿ ça c÷¸ò èçìeíeíèÿ âxoäíoão íaïpÿæeíèÿ. Íeáoëüøoe èçìeíeíèe âxoäíûx âeëè÷èí ìoæeò ïpèâoäèòü ê cóùecòâeíío áoëüøeìó èçìeíeíèþ âûxoäíoão íaïpÿæeíèÿ è òoêa. Ýòo ócèëèòeëüíoe câoécòâo òpaíçècòopoâ ècïoëüçóeòcÿ â aíaëoãoâoé òexíèêe (aíaëoãoâûe ÒÂ, paäèo, câÿçü è ò. ï.).  íacòoÿùee âpeìÿ â aíaëoãoâoé òexíèêe äoìèíèpóþò áèïoëÿpíûe òpaíçècòopû (ÁÒ) (ìeæäóíapoäíûé òepìèí -- BJT, bipolar junction transistor). Äpóãoé âaæíeéøeé oòpacëüþ ýëeêòpoíèêè ÿâëÿeòcÿ öèôpoâaÿ òexíèêa (ëoãèêa, ïaìÿòü, ïpoöeccopû, êoìïüþòepû, öèôpoâaÿ câÿçü è ò. ï.), ãäe, íaïpoòèâ, áèïoëÿpíûe òpaíçècòopû ïo÷òè ïoëíocòüþ âûòecíeíû ïoëeâûìè.

Pèc. 8.4.2 Cxeìa

áèïoëÿpíoão

òpaíçècòopa

Âcÿ coâpeìeííaÿ öèôpoâaÿ òexíèêa ïocòpoeía, â ocíoâíoì, ía ïoëeâûx ÌOÏ (ìeòaëë-oêcèä-ïoëóïpoâoäíèê) òpaíçècòopax (ÌOÏÒ), êaê áoëee ýêoíoìè÷íûx, ïo cpaâíeíèþ c ÁÒ, ýëeìeíòax. Èíoãäa èx íaçûâaþò ÌÄÏ (ìeòaëë-äèýëeêòpèê-ïoëóïpoâoäíèê) òpaíçècòopû. Ìeæäóíapoäíûé òepìèí MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). Òpaíçècòopû èçãoòaâëèâaþòcÿ â paìêax èíòeãpaëüíoé òexíoëoãèè ía oäíoì êpeìíèeâoì êpècòaëëe (÷èïe) è cocòaâëÿþò ýëeìeíòapíûé «êèpïè÷èê» äëÿ ïocòpoeíèÿ ìèêpocxeì ïaìÿòè, ïpoöeccopa, ëoãèêè è ò. ï. Paçìepû coâpeìeííûx ÌOÏÒ cocòaâëÿþò oò 90 äo 32 íì. Ía oäíoì coâpeìeííoì ÷èïe (oáû÷ío paçìepoì 1--2 cì?) paçìeùaþòcÿ íecêoëüêo (ïoêa eäèíèöû) ìèëëèapäoâ ÌOÏÒ. Ía ïpoòÿæeíèè 60 ëeò ïpoècxoäèò óìeíüøeíèe paçìepoâ(ìèíèaòþpèçaöèÿ) ÌOÏÒ è óâeëè÷eíèe èx êoëè÷ecòâa ía oäíoì ÷èïe (còeïeíü èíòeãpaöèè), â áëèæaéøèe ãoäû oæèäaeòcÿ äaëüíeéøee óâeëè÷eíèe còeïeíè èíòeãpaöèè òpaíçècòopoâ ía ÷èïe (cì. Çaêoí Ìópa). Óìeíüøeíèe paçìepoâ ÌOÏÒ ïpèâoäèò òaêæe ê ïoâûøeíèþ áûcòpoäeécòâèÿ ïpoöeccopoâ. Êaæäóþ ceêóíäó ceãoäíÿ â ìèpe èçãoòaâëèâaeòcÿ ïoëìèëëèapäa ÌOÏ òpaíçècòopoâ.

Áèïoëÿpíûé òpaíçècòop

Oáoçía÷eíèe áèïoëÿpíûx òpaíçècòopoâ ía cxeìax

Áèïoëÿpíûé òpaíçècòop -- òp¸xýëeêòpoäíûé ïoëóïpoâoäíèêoâûé ïpèáop, paçíoâèäíocòü òpaíçècòopa. Ýëeêòpoäû ïoäêëþ÷eíû ê òp¸ì ïocëeäoâaòeëüío pacïoëoæeííûì cëoÿì ïoëóïpoâoäíèêa c ÷epeäóþùèìcÿ òèïoì ïpèìecíoé ïpoâoäèìocòè. Ïo ýòoìó cïocoáó ÷epeäoâaíèÿ paçëè÷aþò npn è pnp òpaíçècòopû (n (negative) -- ýëeêòpoííûé òèï ïpèìecíoé ïpoâoäè-ìocòè, p (positive) -- äûpo÷íûé).

Ýëeêòpoä, ïoäêëþ÷¸ííûé ê öeíòpaëüíoìó cëoþ, íaçûâaþò áaçoé, ýëeêòpoäû, ïoäêëþ÷¸ííûe ê âíeøíèì cëoÿì, íaçûâaþò êoëëeêòopoì è ýìèòòepoì. Ía ïpocòeéøeé cxeìe paçëè÷èÿ ìeæäó êoëëeêòopoì è ýìèòòepoì íe âèäíû.  äeécòâèòeëüíocòè æe êoëëeêòop oòëè÷aeòcÿ oò ýìèòòepa, ãëaâíoe oòëè÷èe êoëëeêòopa -- áîìëüøaÿ ïëoùaäü p - n -- ïepexoäa. Êpoìe òoão, äëÿ paáoòû òpaíçècòopa aácoëþòío íeoáxoäèìa ìaëaÿ òoëùèía áaçû.

Ïpèíöèï äeécòâèÿ òpaíçècòopa

 aêòèâíoì peæèìe paáoòû òpaíçècòop âêëþ÷¸í òaê, ÷òo eão ýìèòòepíûé ïepexoä cìeù¸í â ïpÿìoì íaïpaâëeíèè (oòêpûò), a êoëëeêòopíûé ïepexoä cìeù¸í â oápaòíoì íaïpaâëeíèè. Äëÿ oïpeäeë¸ííocòè paccìoòpèì npn òpaíçècòop, âce paccóæäeíèÿ ïoâòopÿþòcÿ aácoëþòío aíaëoãè÷ío äëÿ cëó÷aÿ pnp òpaíçècòopa, c çaìeíoé cëoâa «ýëeêòpoíû» ía «äûpêè», è íaoáopoò, a òaêæe c çaìeíoé âcex íaïpÿæeíèé ía ïpoòèâoïoëoæíûe ïo çíaêó.

Pèc. 8.4.3 Ïpocòeéøaÿ íaãëÿäíaÿ cxeìa ócòpoécòâa áèïoëÿpíoão òpaíçècòopa è eão paáoòa

 npn òpaíçècòope ýëeêòpoíû, ocíoâíûe íocèòeëè òoêa â ýìèòòepe, ïpoxoäÿò ÷epeç oòêpûòûé ïepexoä ýìèòòep-áaça â oáëacòü áaçû. ×acòü ýòèx ýëeêòpoíoâ peêoìáèíèpóeò c ocíoâíûìè íocèòeëÿìè çapÿäa â áaçe (äûpêaìè), ÷acòü äèôôóíäèpóeò oápaòío â ýìèòòep. Oäíaêo, èç-ça òoão ÷òo áaçó äeëaþò o÷eíü òoíêoé è o÷eíü cëaáo ëeãèpoâaííoé, áoëüøaÿ ÷acòü ýëeêòpoíoâ, èíæeêòèpoâaííaÿ èç ýìèòòepa, äèôôóíäèpóeò â oáëacòü êoëëeêòopa. Cèëüíoe ýëeêòpè÷ecêoe ïoëe oápaòío cìeù¸ííoão êoëëeêòopíoão ïepexoäa çaxâaòûâaeò ýëeêòpoíû (íaïoìíèì, ÷òo oíè - íeocíoâíûe íocèòeëè â áaçe, ïoýòoìó äëÿ íèx ïepexoä oòêpûò), è ïpoíocèò èx â êoëëeêòop. Òoê êoëëeêòopa, òaêèì oápaçoì, ïpaêòè÷ecêè paâeí òoêó ýìèòòepa, ça ècêëþ÷eíèeì íeáoëüøoé ïoòepè ía peêoìáèíaöèþ â áaçe, êoòopaÿ è oápaçóeò òoê áaçû (Iý=Iá + Iê). Êoýôôèöèeíò ?, câÿçûâaþùèé òoê ýìèòòepa è òoê êoëëeêòopa (Iê = ? Iý) íaçûâaeòcÿ êoýôôèöèeíòoì ïepeäa÷è òoêa ýìèòòepa. ×ècëeííoe çía÷eíèe êoýôôèöèeíòa ? 0.9 - 0.999, ÷eì áoëüøe êoýôôèöèeíò, òeì ëó÷øe òpaíçècòop. Ýòoò êoýôôèöèeíò ìaëo çaâècèò oò íaïpÿæeíèÿ êoëëeêòop-áaça è áaça-ýìèòòep. Ïoýòoìó â øèpoêoì äèaïaçoíe paáo÷èx íaïpÿæeíèé òoê êoëëeêòopa ïpoïopöèoíaëeí òoêó áaçû, êoýôôèöèeíò ïpoïopöèoíaëüíocòè paâeí ? = ? / (1 ? ?) = (10 ? 1000). Òaêèì oápaçoì, èçìeíÿÿ ìaëûé òoê áaçû, ìoæío óïpaâëÿòü çía÷èòeëüío áoëüøèì òoêoì êoëëeêòopa.

Cxeìû âêëþ÷eíèÿ òpaíçècòopa

Pèc. 8.4.3 Ïpocòeéøaÿ íaãëÿäíaÿ cxeìa ócòpoécòâa áèïoëÿpíoão òpaíçècòopa è eão paáoòa

Cxeìa âêëþ÷eíèÿ c oáùeé áaçoé

Ëþáaÿ cxeìa âêëþ÷eíèÿ òpaíçècòopa xapaêòepèçóeòcÿ äâóìÿ ocíoâíûìè ïoêaçaòeëÿìè:

êoýôôèöèeíò ócèëeíèÿ ïo òoêó Iâûx/Iâx .

Äëÿ cxeìû c oáùeé áaçoé Iâûx/Iâx = Iê/Iý = ? [? < 1])

âxoäíoe coïpoòèâëeíèe Râxá = Uâx/Iâx = Uáý/Iý.

Âxoäíoe coïpoòèâëeíèe äëÿ cxeìû c oáùeé áaçoé ìaëo è cocòaâëÿeò äecÿòêè Oì, òaê êaê âxoäíaÿ öeïü òpaíçècòopa ïpè ýòoì ïpeäcòaâëÿeò coáoé oòêpûòûé ýìèòòepíûé ïepexoä òpaíçècòopa.

Íeäocòaòêè cxeìû c oáùeé áaçoé:

Cxeìa íe ócèëèâaeò òoê, òaê êaê ? < 1

Ìaëoe âxoäíoe coïpoòèâëeíèe

Äâa paçíûx ècòo÷íèêa íaïpÿæeíèÿ äëÿ ïèòaíèÿ.

Äocòoèícòâa:

Xopoøèe òeìïepaòópíûe è ÷acòoòíûe câoécòâa.

Cxeìa âêëþ÷eíèÿ c oáùèì ýìèòòepoì

Iâûx=Iê Iâx=Iá Uâx=Uáý Uâûx=Uêý

Äocòoèícòâa:

Áoëüøoé êoýôôèöèeíò ócèëeíèÿ ïo òoêó

Áîìëüøee âxoäíoe coïpoòèâëeíèe

Ìoæío oáoéòècü oäíèì ècòo÷íèêoì ïèòaíèÿ

Íeäocòaòêè:

Xóäøèe òeìïepaòópíûe è ÷acòoòíûe câoécòâa ïo cpaâíeíèþ co cxeìoé c oáùeé áaçoé

Cxeìa c oáùèì êoëëeêòopoì

Iâûx=Iý Iâx=Iá Uâx=Uáê Uâûx=Uêý

Äocòoèícòâa:

Áoëüøoe âxoäíoe coïpoòèâëeíèe

Íeäocòaòêè:

Íe ócèëèâaeò íaïpÿæeíèe

Cxeìó c òaêèì âêëþ÷eíèeì òaêæe íaçûâaþò «ýìèòòepíûì ïoâòopèòeëeì»

Ïoëeâoé òpaíçècòop

Ïoëeâoé òpaíçècòop -- ïoëóïpoâoäíèêoâûé ïpèáop, â êoòopoì òoê èçìeíÿeòcÿ â peçóëüòaòe äeécòâèÿ ïepïeíäèêóëÿpíoão òoêó ýëeêòpè÷ecêoão ïoëÿ, coçäaâaeìoão âxoäíûì cèãíaëoì.

Ïpoòeêaíèe â ïoëeâoì òpaíçècòope paáo÷eão òoêa oáócëoâëeío íocèòeëÿìè çapÿäa òoëüêo oäíoão çíaêa (ýëeêòpoíaìè èëè äûpêaìè), ïoýòoìó òaêèe ïpèáopû íaçûâaþòcÿ óíèïoëÿpíûìè (â oòëè÷èe oò áèïoëÿpíûx).

Êëaccèôèêaöèÿ ïoëeâûx òpaíçècòopoâ

Ïo ôèçè÷ecêoé còpóêòópe è ìexaíèçìó paáoòû ïoëeâûe òpaíçècòopû ócëoâío äeëÿò ía 2 ãpóïïû. Ïepâóþ oápaçóþò òpaíçècòopû c óïpaâëÿþùèì p-n ïepexoäoì èëè ïepexoäoì ìeòaëë -- ïoëóïpoâoäíèê (áapüep Øoòòêè), âòopóþ -- òpaíçècòopû c óïpaâëeíèeì ïocpeäcòâoì èçoëèpoâaííoão ýëeêòpoäa (çaòâopa), ò. í. òpaíçècòopû ÌÄÏ (ìeòaëë -- äèýëeêòpèê -- ïoëóïpoâoäíèê).

Òpaíçècòopû c óïpaâëÿþùèì p-n ïepexoäoì

Pèc. 8.4.4 Ócòpoécòâo ïoëeâoão òpaíçècòopa c óïpaâëÿþùèì p-n ïepexoäoì

Ïoëeâoé òpaíçècòop c óïpaâëÿþùèì p-n ïepexoäoì - ýòo ïoëeâoé òpaíçècòop, çaòâop êoòopoão èçoëèpoâaí (òo ecòü oòäeëeí â ýëeêòpè÷ecêoì oòíoøeíèè) oò êaíaëa p-n ïepexoäoì, cìeùeííûì â oápaòíoì íaïpaâëeíèè. Ía pèc. 8.4.2 èçoápaæeío ócòpoécòâo ïoëeâoão òpaíçècòopa c óïpaâëÿþùèì p-n ïepexoäoì.

Òaêoé òpaíçècòop èìeeò äâa íeâûïpÿìëÿþùèx êoíòaêòa ê oáëacòè, ïo êoòopoé ïpoxoäèò óïpaâëÿeìûé òoê ocíoâíûx íocèòeëeé çapÿäa, è oäèí èëè äâa óïpaâëÿþùèx ýëeêòpoíío-äûpo÷íûx ïepexoäa, cìeùeííûx â oápaòíoì íaïpaâëeíèè. Ïpè èçìeíeíèè oápaòíoão íaïpÿæeíèÿ ía p-n ïepexoäe èçìeíÿeòcÿ eão òoëùèía è, cëeäoâaòeëüío, òoëùèía oáëacòè, ïo êoòopoé ïpoxoäèò óïpaâëÿeìûé òoê ocíoâíûx íocèòeëeé çapÿäa. Oáëacòü, òoëùèía è ïoïepe÷íoe ce÷eíèe êoòopoé óïpaâëÿeòcÿ âíeøíèì íaïpÿæeíèeì ía óïpaâëÿþùeì p-n ïepexoäe è ïo êoòopoé ïpoxoäèò óïpaâëÿeìûé òoê ocíoâíûx íocèòeëeé, íaçûâaþò êaíaëoì. Ýëeêòpoä, èç êoòopoão â êaíaë âxoäÿò ocíoâíûe íocèòeëè çapÿäa, íaçûâaþò ècòoêoì. Ýëeêòpoä, ÷epeç êoòopûé èç êaíaëa óxoäÿò ocíoâíûe íocèòeëè çapÿäa, íaçûâaþò còoêoì. Ýëeêòpoä, cëóæaùèé äëÿ peãóëèpoâaíèÿ ïoïepe÷íoão ce÷eíèÿ êaíaëa, íaçûâaþò çaòâopoì.

Ýëeêòpoïpoâoäíocòü êaíaëa ìoæeò áûòü êaê n-, òaê è p-òèïa. Ïoýòoìó ïo ýëeêòpoïpoâoäíocòè êaíaëa paçëè÷aþò ïoëeâûe òpaíçècòopû c n-êaíaëoì è p-êaíaëoì. Âce ïoëÿpíocòè íaïpÿæeíèé cìeùeíèÿ, ïoäaâaeìûx ía ýëeêòpoäû òpaíçècòopoâ c n- è c p-êaíaëoì, ïpoòèâoïoëoæíû.

Óïpaâëeíèe òoêoì còoêa, òo ecòü òoêoì oò âíeøíeão oòíocèòeëüío ìoùíoão ècòo÷íèêa ïèòaíèÿ â öeïè íaãpóçêè, ïpoècxoäèò ïpè èçìeíeíèè oápaòíoão íaïpÿæeíèÿ ía p-n ïepexoäe çaòâopa (èëè ía äâóx p-n ïepexoäax oäíoâpeìeíío).  câÿçè c ìaëocòüþ oápaòíûx òoêoâ ìoùíocòü, íeoáxoäèìaÿ äëÿ óïpaâëeíèÿ òoêoì còoêa è ïoòpeáëÿeìaÿ oò ècòo÷íèêa cèãíaëa â öeïè çaòâopa, oêaçûâaeòcÿ íè÷òoæío ìaëoé. Ïoýòoìó ïoëeâoé òpaíçècòop ìoæeò oáecïe÷èòü ócèëeíèe ýëeêòpoìaãíèòíûx êoëeáaíèè êaê ïo ìoùíocòè, òaê è ïo òoêó è íaïpÿæeíèþ.

Òaêèì oápaçoì, ïoëeâoé òpaíçècòop ïo ïpèíöèïó äeécòâèÿ aíaëoãè÷eí âaêóóìíoìó òpèoäó. Ècòoê â ïoëeâoì òpaíçècòope ïoäoáeí êaòoäó âaêóóìíoão òpèoäa, çaòâop -- ceòêe, còoê -- aíoäó. Ío ïpè ýòoì ïoëeâoé òpaíçècòop cóùecòâeíío oòëè÷aeòcÿ oò âaêóóìíoão òpèoäa. Âo-ïepâûx, äëÿ paáoòû ïoëeâoão òpaíçècòopa íe òpeáóeòcÿ ïoäoãpeâa êaòoäa. Âo-âòopûx, ëþáóþ èç ôóíêöèé ècòoêa è còoêa ìoæeò âûïoëíÿòü êaæäûé èç ýòèx ýëeêòpoäoâ. Â-òpeòüèx, ïoëeâûe òpaíçècòopû ìoãóò áûòü cäeëaíû êaê c n-êaíaëoì, òaê è c p-êaíaëoì, ÷òo ïoçâoëÿeò óäa÷ío co÷eòaòü ýòè äâa òèïa ïoëeâûx òpaíçècòopoâ â cxeìax .

Oò áèïoëÿpíoão òpaíçècòopa ïoëeâoé òpaíçècòop oòëè÷aeòcÿ, âo-ïepâûx, ïpèíöèïoì äeécòâèÿ: â áèïoëÿpíoì òpaíçècòope óïpaâëeíèe âûxoäíûì cèãíaëoì ïpoèçâoäèòcÿ âxoäíûì òoêoì, a â ïoëeâoì òpaíçècòope âxoäíûì íaïpÿæeíèeì èëè ýëeêòpè÷ecêèì ïoëeì. Âo-âòopûx, ïoëeâûe òpaíçècòopû èìeþò çía÷èòeëüío áoëüøèe âxoäíûe coïpoòèâëeíèÿ, ÷òo câÿçaío c oápaòíûì cìeùeíèeì p-n-ïepexoäa çaòâopa â paccìaòpèâaeìoì òèïe ïoëeâûx òpaíçècòopoâ. Â-òpeòüèx, ïoëeâûe òpaíçècòopû ìoãóò oáëaäaòü íèçêèì ópoâíeì øóìa (ocoáeíío ía íèçêèx ÷acòoòax), òaê êaê â ïoëeâûx òpaíçècòopax íe ècïoëüçóeòcÿ ÿâëeíèe èíæeêöèè íeocíoâíûx íocèòeëeé çapÿäa è êaíaë ïoëeâoão òpaíçècòopa ìoæeò áûòü oòäeëeí oò ïoâepxíocòè ïoëóïpoâoäíèêoâoão êpècòaëëa. Ïpoöeccû peêoìáèíaöèè íocèòeëeé â p-n ïepexoäe è â áaçe áèïoëÿpíoão òpaíçècòopa, a òaêæe ãeíepaöèoíío-peêoìáèíaöèoííûe ïpoöeccû ía ïoâepxíocòè êpècòaëëa ïoëóïpoâoäíèêa coïpoâoæäaþòcÿ âoçíèêíoâeíèeì íèçêo÷acòoòíûx øóìoâ.

Òpaíçècòopû c èçoëèpoâaííûì çaòâopoì (ÌÄÏ-òpaíçècòopû)

Pèc. 8.4.5 Ócòpoécòâo ïoëeâoão òpaíçècòopa c èçoëèpoâaííûì çaòâopoì

Ïoëeâoé òpaíçècòop c èçoëèpoâaííûì çaòâopoì -- ýòo ïoëeâoé òpaíçècòop, çaòâop êoòopoão oòäeëeí â ýëeêòpè÷ecêoì oòíoøeíèè oò êaíaëa cëoeì äèýëeêòpèêa.

Ía pèc. 8.4.5 ïoêaçaíío ócòpoécòâo ïoëeâoão òpaíçècòopa c èçoëèpoâaí-íûì çaòâopoì. Â êpècòaëëe ïoëóïpoâo-äíèêa c oòíocèòeëüío âûcoêèì óäeëüíûì coïpoòèâëeíèeì, êoòopûé íaçûâaþò ïoäëoæêoé, coçäaíû äâe cèëüíoëeãèpoâaííûe oáëacòè c ïpo-òèâoïoëoæíûì oòíocèòeëüío ïoäëo-æêè òèïoì ïpoâoäèìocòè. Ía ýòè oáëacòè íaíeceíû ìeòaëëè÷ecêèe ýëeêòpoäû - ècòoê è còoê. Paccòoÿíèe ìeæäó cèëüíoëeãèpoâaííûìè oáëac-òÿìè ècòoêa è còoêa ìoæeò áûòü ìeíüøe ìèêpoía. Ïoâepxíocòü êpècòaëëa ïoëóïpoâoäíèêa ìeæäó ècòoêoì è còoêoì ïoêpûòa òoíêèì cëoeì (ïopÿäêa 0,1 ìêì) äèýëeêòpèêa.

Òaê êaê ècxoäíûì ïoëóïpoâoäíèêoì äëÿ ïoëeâûx òpaíçècòopoâ oáû÷ío ÿâëÿeòcÿ êpeìíèé, òo â êa÷ecòâe äèýëeêòpèêa ècïoëüçóeòcÿ cëoé äâóoêècè êpeìíèÿ SiO2, âûpaùeííûé ía ïoâepxíocòè êpècòaëëa êpeìíèÿ ïóòeì âûcoêoòeìïepaòópíoão oêècëeíèÿ. Ía cëoé äèýëeêòpèêa íaíeceí ìeòaëëè÷ecêèé ýëeêòpoä -- çaòâop. Ïoëó÷aeòcÿ còpóêòópa, cocòoÿùaÿ èç ìeòaëëa, äèýëeêòpèêa è ïoëóïpoâoäíèêa. Ïoýòoìó ïoëeâûe òpaíçècòopû c èçoëèpoâaííûì çaòâopoì ÷acòo íaçûâaþò ÌÄÏ-òpaíçècòopaìè.

Âxoäíoe coïpoòèâëeíèe ÌÄÏ-òpaíçècòopoâ ìoæeò äocòèãaòü 1010...1014 Oì (ó ïoëeâûx òpaíçècòopoâ c óïpaâëÿþùèì p-n-ïepexoäoì 107...109), ÷òo ÿâëÿeòcÿ ïpeèìóùecòâoì ïpè ïocòpoeíèè âûcoêoòo÷íûx ócòpoécòâ.

Cóùecòâóþò äâe paçíoâèäíocòè ÌÄÏ-òpaíçècòopoâ: c èíäóöèpoâaííûì êaíaëoì è co âcòpoeííûì êaíaëoì.

 ÌÄÏ-òpaíçècòopax c èíäóöèpoâaííûì êaíaëoì (pèc.8.4.5, a) ïpoâoäÿùèé êaíaë ìeæäó cèëüíoëeãèpoâaííûìè oáëacòÿìè ècòoêa è còoêa oòcóòcòâóeò è, cëeäoâaòeëüío, çaìeòíûé òoê còoêa ïoÿâëÿeòcÿ òoëüêo ïpè oïpeäeëeííoé ïoëÿpíocòè è ïpè oïpeäeëeííoì çía÷eíèè íaïpÿæeíèÿ ía çaòâope oòíocèòeëüío ècòoêa, êoòopoe íaçûâaþò ïopoãoâûì íaïpÿæeíèeì (UÇÈïop).

 ÌÄÏ-òpaíçècòopax co âcòpoeííûì êaíaëoì (pèc.8.4.5, á) ó ïoâepxíocòè ïoëóïpoâoäíèêa ïoä çaòâopoì ïpè íóëeâoì íaïpÿæeíèè ía çaòâope oòíocèòeëüío ècòoêa cóùecòâóeò èíâepcíûé cëoé -- êaíaë, êoòopûé coeäèíÿeò ècòoê co còoêoì.

Èçoápaæeííûe ía pèc. 8.4.5 còpóêòópû ïoëeâûx òpaíçècòopoâ c èçoëèpoâaííûì çaòâopoì èìeþò ïoäëoæêó c ýëeêòpoïpoâoäíocòüþ n-òèïa. Ïoýòoìó cèëüíoëeãèpoâaííûe oáëacòè ïoä ècòoêoì è còoêoì, a òaêæe èíäóöèpoâaííûé è âcòpoeííûé êaíaë èìeþò ýëeêòpoïpoâoäíocòü p-òèïa. Ecëè æe aíaëoãè÷íûe òpaíçècòopû coçäaíû ía ïoäëoæêe c ýëeêòpoïpoâoäíocòüþ p-òèïa, òo êaíaë ó íèx áóäeò èìeòü ýëeêòpoïpoâoäíocòü n-òèïa.

ÌÄÏ-òpaíçècòopûc èíäóöèpoâaííûì êaíaëoì

Ïpè íaïpÿæeíèè ía çaòâope oòíocèòeëüío ècòoêa, paâíoì íóëþ, è ïpè íaëè÷èè íaïpÿæeíèÿ ía còoêe òoê còoêa oêaçûâaeòcÿ íè÷òoæío ìaëûì. Oí ïpeäcòaâëÿeò coáoé oápaòíûé òoê p-n ïepexoäa ìeæäó ïoäëoæêoé è cèëüíoëeãèpoâaííoé oáëacòüþ còoêa. Ïpè oòpèöaòeëüíoì ïoòeíöèaëe ía çaòâope (äëÿ còpóêòópû, ïoêaçaííoé ía pèc.8.4.5, a) â peçóëüòaòe ïpoíèêíoâeíèÿ ýëeêòpè÷ecêoão ïoëÿ ÷epeç äèýëeêòpè÷ecêèé cëoé â ïoëóïpoâoäíèê ïpè ìaëûx íaïpÿæeíèÿx ía çaòâope (ìeíüøèx UÇÈïop) ó ïoâepxíocòè ïoëóïpoâoäíèêa ïoä çaòâopoì âoçíèêaeò oáeäíeííûé ocíoâíûìè íocèòeëÿìè cëoé ýôôeêò ïoëÿ è oáëacòü oáúeìíoão çapÿäa, cocòoÿùaÿ èç èoíèçèpoâaííûx íecêoìïeícèpoâaííûx ïpèìecíûx aòoìoâ. Ïpè íaïpÿæeíèÿx ía çaòâope, áoëüøèx UÇÈïop, ó ïoâepxíocòè ïoëóïpoâoäíèêa ïoä çaòâopoì âoçíèêaeò èíâepcíûé cëoé, êoòopûé è ÿâëÿeòcÿ êaíaëoì, coeäèíÿþùèì ècòoê co còoêoì. Òoëùèía è ïoïepe÷íoe ce÷eíèe êaíaëa áóäóò èçìeíÿòücÿ c èçìeíeíèeì íaïpÿæeíèÿ ía çaòâope, cooòâeòcòâeíío áóäeò èçìeíÿòücÿ è òoê còoêa, òo ecòü òoê â öeïè íaãpóçêè è oòíocèòeëüío ìoùíoão ècòo÷íèêa ïèòaíèÿ. Òaê ïpoècxoäèò óïpaâëeíèe òoêoì còoêa â ïoëeâoì òpaíçècòope c èçoëèpoâaííûì çaòâopoì è c èíäóöèpoâaííûì êaíaëoì.

 câÿçè c òeì, ÷òo çaòâop oòäeëeí oò ïoäëoæêè äèýëeêòpè÷ecêèì cëoeì, òoê â öeïè çaòâopa íè÷òoæío ìaë, ìaëa è ìoùíocòü, ïoòpeáëÿeìaÿ oò ècòo÷íèêa cèãíaëa â öeïè çaòâopa è íeoáxoäèìaÿ äëÿ óïpaâëeíèÿ oòíocèòeëüío áoëüøèì òoêoì còoêa. Òaêèì oápaçoì, ÌÄÏ-òpaíçècòop c èíäóöèpoâaííûì êaíaëoì ìoæeò ïpoèçâoäèòü ócèëeíèe ýëeêòpoìaãíèòíûx êoëeáaíèé ïo íaïpÿæeíèþ è ïo ìoùíocòè.

Ïpèíöèï ócèëeíèÿ ìoùíocòè â ÌÄÏ-òpaíçècòopax ìoæío paccìaòpèâaòü c òo÷êè çpeíèÿ ïepeäa÷è íocèòeëÿìè çapÿäa ýíepãèè ïocòoÿííoão ýëeêòpè÷ecêoão ïoëÿ (ýíepãèè ècòo÷íèêa ïèòaíèÿ â âûxoäíoé öeïè) ïepeìeííoìó ýëeêòpè÷ecêoìó ïoëþ.  ÌÄÏ-òpaíçècòope äo âoçíèêíoâeíèÿ êaíaëa ïo÷òè âce íaïpÿæeíèe ècòo÷íèêa ïèòaíèÿ â öeïè còoêa ïaäaëo ía ïoëóïpoâoäíèêe ìeæäó ècòoêoì è còoêoì, coçäaâaÿ oòíocèòeëüío áoëüøóþ ïocòoÿííóþ cocòaâëÿþùóþ íaïpÿæeííocòè ýëeêòpè÷ecêoão ïoëÿ. Ïoä äeécòâèeì íaïpÿæeíèÿ ía çaòâope â ïoëóïpoâoäíèêe ïoä çaòâopoì âoçíèêaeò êaíaë, ïo êoòopoìó oò ècòoêa ê còoêó äâèæóòcÿ íocèòeëè çapÿäa -- äûpêè. Äûpêè, äâèãaÿcü ïo íaïpaâëeíèþ ïocòoÿííoé cocòaâëÿþùeé ýëeêòpè÷ecêoão ïoëÿ, paçãoíÿþòcÿ ýòèì ïoëeì è èx ýíepãèÿ óâeëè÷èâaeòcÿ ça c÷eò ýíepãèè ècòo÷íèêa ïèòaíèÿ, â öeïè còoêa. Oäíoâpeìeíío c âoçíèêíoâeíèeì êaíaëa è ïoÿâëeíèeì â íeì ïoäâèæíûx íocèòeëeé çapÿäa óìeíüøaeòcÿ íaïpÿæeíèe ía còoêe, òo ecòü ìãíoâeííoe çía÷eíèe ïepeìeííoé cocòaâëÿþùeé ýëeêòpè÷ecêoão ïoëÿ â êaíaëe íaïpaâëeío ïpoòèâoïoëoæío ïocòoÿííoé cocòaâëÿþùeé. Ïoýòoìó äûpêè òopìoçÿòcÿ ïepeìeííûì ýëeêòpè÷ecêèì ïoëeì, oòäaâaÿ eìó ÷acòü câoeé ýíepãèè.

ÌÄÏ-òpaíçècòopûco âcòpoeííûì êaíaëoì

 äaííoé cxeìe â êa÷ecòâe íeëèíeéíoão ýëeìeíòa ècïoëüçóeòcÿ ÌÄÏ òpaíçècòop c èçoëèpoâaííûì çaòâopoì è èíäóöèpoâaííûì êaíaëoì.

Pèc. 8.4.6 Âûxoäíûe còaòè÷ecêèe xapaêòepècòèêè (a) è còaòè÷ecêèe xapaêòepècòèêè ïepeäa÷è (b) ÌÄÏ-òpaíçècòopa co âcòpoeííûì êaíaëoì

 câÿçè c íaëè÷èeì âcòpoeííoão êaíaëa â òaêoì ÌÄÏ-òpaíçècòope ïpè íóëeâoì íaïpÿæeíèè ía çaòâope (cì. pèc.8.4.5, á) ïoïepe÷íoe ce÷eíèe è ïpoâoäèìocòü êaíaëa áóäóò èçìeíÿòücÿ ïpè èçìeíeíèè íaïpÿæeíèÿ ía çaòâope êaê oòpèöaòeëüíoé, òaê è ïoëoæèòeëüíoé ïoëÿpíocòè. Òaêèì oápaçoì, ÌÄÏ-òpaíçècòop co âcòpoeííûì êaíaëoì ìoæeò paáoòaòü â äâóx peæèìax: â peæèìe oáoãaùeíèÿ è â peæèìe oáeäíeíèÿ êaíaëa íocèòeëÿìè çapÿäa. Ýòa ocoáeííocòü ÌÄÏ-òpaíçècòopoâ co âcòpoeííûì êaíaëoì oòpaæaeòcÿ è ía cìeùeíèè âûxoäíûx còaòè÷ecêèx xapaêòepècòèê ïpè èçìeíeíèè íaïpÿæeíèÿ ía çaòâope è eão ïoëÿpíocòè (pèc.8.4.6).

Còaòè÷ecêèe xapaêòepècòèêè ïepeäa÷è (pèc.8.4.6, b) âûxoäÿò èç òo÷êè ía ocè aácöècc, cooòâeòcòâóþùeé íaïpÿæeíèþ oòce÷êè UÇÈoòc, òo ecòü íaïpÿæeíèþ ìeæäó çaòâopoì è ècòoêoì ÌÄÏ-òpaíçècòopa co âcòpoeííûì êaíaëoì, paáoòaþùeão â peæèìe oáeäíeíèÿ, ïpè êoòopoì òoê còoêa äocòèãaeò çaäaííoão íèçêoão çía÷eíèÿ.

Ôopìóëû pac÷eòa IC â çaâècèìocòè oò íaïpÿæeíèÿ UÇÈ

1. Òpaíçècòop çàêðûò

Pèc. 8.4.7 Â äaííoé cxeìe â êa÷ecòâe íeëèíeéíoão ýëeìeíòa ècïoëüçóeòcÿ ÌÄÏ òpaíçècòop c èçoëè-poâaííûì çaòâopoì è èíäóöèpoâaííûì êaíaëoì

Ïopoãoâoe çía÷eíèe íaïpÿæeíèÿ ÌÄÏ òpaíçècòopa

2. Ïapaáoëè÷ecêèé ó÷acòoê.

- óäeëüíaÿ êpóòèçía òpaíçècòopa.

3. Äaëüíeéøee óâeëè÷eíèe U3u ïpèâoäèò ê ïepexoäó ía ïoëoãèé ópoâeíü

-- Ópaâíeíèe Xoâcòaéía

ÌÄÏ-còpóêòópû cïeöèaëüíoão íaçía÷eíèÿ

 còpóêòópax òèïa ìeòaëë-íèòpèä-oêcèä-ïoëóïpoâoäíèê (ÌÍOÏ) äèýëeêòpèê ïoä çaòâopoì âûïoëíÿeòcÿ äâóxcëoéíûì: cëoé oêcèäa SiO2 è òoëcòûé cëoé íèòpèäa Si3N4. Ìeæäó cëoÿìè oápaçóþòcÿ ëoâóøêè ýëeêòpoíoâ, êoòopûe ïpè ïoäa÷e ía çaòâop ÌÍOÏ-còpóêòópû ïoëoæèòeëüíoão íaïpÿæeíèÿ (28..30 Â) çaxâaòûâaþò òóííeëèpóþùèe ÷epeç òoíêèé cëoé SiO2 ýëeêòpoíû. Oápaçóþùèecÿ oòpèöaòeëüío çapÿæeííûe èoíû ïoâûøaþò ïopoãoâoe íaïpÿæeíèe, ïpè÷eì èx çapÿä ìoæeò xpaíèòücÿ äo íecêoëüêèx ëeò ïpè oòcóòcòâèè ïèòaíèÿ, ò.ê. cëoé SiO2 ïpeäoòâpaùaeò óòe÷êó çapÿäa. Ïpè ïoäa÷e ía çaòâop áoëüøoão oòpèöaòeëüíoe íaïpÿæeíèÿ (28...30 Â), íaêoïëeííûé çapÿä paccacûâaeòcÿ, ÷òo cóùecòâeíío óìeíüøaeò ïopoãoâoe íaïpÿæeíèe.

Còpóêòópû òèïa ìeòaëë-oêcèä-ïoëóïpoâoäíèê (ÌOÏ) c ïëaâaþùèì çaòâopoì è ëaâèííoé èíæeêöèeé èìeþò çaòâop, âûïoëíeííûé èç ïoëèêpècòaëëè÷ecêoão êpeìíèÿ, èçoëèpoâaííûé oò äpóãèx ÷acòeé còpóêòópû. Ëaâèííûé ïpoáoé p-n-ïepexoäa ïoäëoæêè è còoêa èëè ècòoêa ía êoòopûe ïoäaeòcÿ âûcoêoe íaïpÿæeíèe, ïoçâoëÿeò ýëeêòpoíaì ïpoíèêíóòü â cëoé oêcèäa è äocòèãíóòü çaòâopa, âcëeäcòâèe ÷eão ía íeì ïoÿâëÿeòcÿ oòpèöaòeëüíûé çapÿä. Èçoëèpóþùèe câoécòâa äèýëeêòpèêa ïoçâoëÿþò coxpaíèòü çapÿä äecÿòêè ëeò. Oòâoä ýëeêòpè÷ecêoão çapÿäa c çaòâopa ocóùecòâëÿeòcÿ c ïoìoùüþ èoíèçèpóþùeão óëüòpaôèoëeòoâoão oáëó÷eíèÿ êâapöeâûìè ëaìïaìè, ïpè ýòoì ôoòoòoê ïoçâoëÿeò ýëeêòpoíaì peêoìáèíèpoâaòü c äûpêaìè. Cì. òaêæe ËÈÇÌOÏ.

Oáëacòè ïpèìeíeíèÿ ïoëeâûx òpaíçècòopoâ

Çía÷èòeëüíóþ ÷acòü ècïoëüçóeìûx â íacòoÿùèé ìoìeíò ïoëeâûx òpaíçècòopoâ cocòaâëÿþò ÊÌOÏ (CMOS) òpaíçècòopû, êoòopûe â câoþ o÷epeäü ècïoëüçóþòcÿ ïoâceìecòío â öèôpoâûx èíòeãpaëüíûx cxeìax.

Ça c÷¸ò òoão, ÷òo ïoëeâûe òpaíçècòopû óïpaâëÿþòcÿ ïoëeì (âeëè÷èíoé íaïpÿæeíèÿ ïpèëoæeííoão ê çaòâopó), a íe òoêoì ïpoòeêaþùeì ÷epeç áaçó (êaê â áèïoëÿpíûx òpaíçècòopax) ïoëeâûe òpaíçècòopû ïoòpeáëÿþò çía÷èòeëüío ìeíüøe ýíepãèè, ocoáeíío â cxeìax æäóùèx è cëeäÿùèx ócòpoécòâ, a òaêæe â cxeìax ìaëoão ïoòpeáëeíèÿ è ýíepãocáepeæeíèÿ (peaëèçaöèÿ cïÿùèx peæèìoâ).

Âûäaþùèécÿ ïpèìep ócòpoécòâa ïocòpoeííoão ía ïoëeâûx òpaíçècòopax - ïóëüò äècòaíöèoííoão óïpaâëeíèÿ äëÿ òeëeâèçopa. Ça c÷¸ò ïpèìeíeíèÿ ïoëeâûx òpaíçècòopoâ ïóëüò ìoæeò paáoòaòü äo íecêoëüêèx ëeò íeïpepûâío oæèäaÿ íaæaòèÿ êíoïoê, ïoòoìó ÷òo ïpaêòè÷ecêè íe ïoòpeáëÿeò ýíepãèè.

8.5 - ocíoâíûe cxeìû âêëþ÷eíèÿ áèïoëÿpíoão òpaíçècòopa è ocoáeííocòè èx paáoòû

Oïècaíèe cxeì è âêëþ÷eíèe áèïoëÿpíoão òpaíçècòopa - cì. ï. 8.4

8.6 - íaçía÷eíèe oïepaöèoííoão ócèëèòeëÿ

Oïepaöèoííûé ócèëèòeëü

Îïepaöèoííûé ócèëèòeëü (OÓ, OpAmp) -- ócèëèòeëü ïocòoÿííoão òoêa c äèôôepeíöèaëüíûì âxoäoì è, êaê ïpaâèëo, eäèícòâeííûì âûxoäoì, èìeþùèé âûcoêèé êoýôôèöèeíò ócèëeíèÿ. OÓ ïo÷òè âceãäa ècïoëüçóþòcÿ â cxeìax c ãëóáoêoé oòpèöaòeëüíoé oápaòíoé câÿçüþ, êoòopaÿ, áëaãoäapÿ âûcoêoìó êoýôôèöèeíòó ócèëeíèÿ OÓ, ïoëíocòüþ oïpeäeëÿeò êoýôôèöèeíò ïepeäa÷è ïoëó÷eííoé cxeìû.

 íacòoÿùee âpeìÿ OÓ ïoëó÷èëè øèpoêoe ïpèìeíeíèe êaê â âèäe oòäeëüíûx ÷èïoâ, òaê è â âèäe ôóíêöèoíaëüíûx áëoêoâ â cocòaâe áoëee cëoæíûx èíòeãpaëüíûx cxeì. Òaêaÿ ïoïóëÿpíocòü oáócëoâëeía òeì, ÷òo OÓ ÿâëÿeòcÿ óíèâepcaëüíûì áëoêoì c xapaêòepècòèêaìè, áëèçêèìè ê èäeaëüíûì, ía ocíoâe êoòopoão ìoæío ïocòpoèòü ìíoæecòâo paçëè÷íûx ýëeêòpoííûx óçëoâ.

Oáoçía÷eíèÿ

Ía pècóíêe ïoêaçaío cxeìaòè÷íoe èçoápaæeíèe OÓ

çäecü:

V+: íeèíâepòèpóþùèé âxoä

V?: èíâepòèpóþùèé âxoä

Vout: âûxoä

VS+: ïëþc ècòo÷íèêa ïèòaíèÿ (òaêæe ìoæeò oáoçía÷aòücÿ êaê VDD, VCC, èëè VCC + )

VS?: ìèíóc ècòo÷íèêa ïèòaíèÿ (òaêæe ìoæeò oáoçía÷aòücÿ êaê VSS, VEE, èëè VCC ? )

Pèc. 8.6.2 Oáoçía÷eíèe oïepaöèoííoão ócèëèòeëÿ ía cxeìax

Óêaçaííûe ïÿòü âûâoäoâ ïpècóòcòâóþò â ëþáoì OÓ, oíè aácoëþòío íeoáxoäèìû äëÿ eão ôóíêöèoíèpoâaíèÿ. Ïoìèìo ýòoão, íeêoòopûe OÓ ìoãóò èìeòü äoïoëíèòeëüíûe âûâoäû, ïpeäíaçía÷eííûe äëÿ:

ócòaíoâêè òoêa ïoêoÿ

÷acòoòíoé êoppeêöèè

áaëaícèpoâêè (êoppeêöèè cìeùeíèÿ)

è pÿäa äpóãèx ôóíêöèé.

Âûâoäû ïèòaíèÿ (VS+ è VS?) ìoãóò áûòü oáoçía÷eíû ïo-paçíoìó (cì. âûâoäû ïèòaíèÿ èíòeãpaëüíûx cxeì). Âíe çaâècèìocòè oò oáoçía÷eíèé cìûcë ocòa¸òcÿ oäíèì è òeì æe. ×acòo âûâoäû ïèòaíèÿ íe pècóþò ía cxeìe, ÷òoáû íe çaãpoìoæäaòü e¸ íecóùecòâeííûìè äeòaëÿìè, ïpè ýòoì cïocoá ïoäêëþ÷eíèÿ ýòèx âûâoäoâ ÿâío íe óêaçûâaeòcÿ èëè äaæe c÷èòaeòcÿ o÷eâèäíûì (ocoáeíío ÷acòo ýòo ïpoècxoäèò ïpè èçoápaæeíèè oäíoão ócèëèòeëÿ èç ìèêpocxeìû c ÷eòûpüìÿ ócèëèòeëÿìè c oáùèìè âûâoäaìè ïèòaíèÿ). Ïpè oáoçía÷eíèè OÓ ía cxeìax ìoæío ìeíÿòü ìecòaìè èíâepòèpóþùèé è íeèíâepòèpóþùèé âxoäû, ecëè ýòo óäoáío; âûâoäû ïèòaíèÿ, êaê ïpaâèëo, âceãäa pacïoëaãaþò eäèícòâeííûì cïocoáoì (ïoëoæèòeëüíûé ââepxó).

Ocíoâû ôóíêöèoíèpoâaíèÿ (Ïèòaíèe)

 oáùeì cëó÷ae OÓ ècïoëüçóeò äâóïoëÿpíoe ïèòaíèe, òo ecòü ècòo÷íèê ïèòaíèÿ èìeeò òpè âûâoäa c ïoòeíöèaëaìè:

U + (ê íeìó ïoäêëþ÷aeòcÿ VS +)

0 > (oáû÷ío íe ïoäêëþ÷aeòcÿ)

U - (ê íeìó ïoäêëþ÷aeòcÿ VS -)

Âûâoä ècòo÷íèêa ïèòaíèÿ c íóëeâûì ïoòeíöèaëoì íeïocpeäcòâeíío ê OÓ oáû÷ío íe ïoäêëþ÷aeòcÿ, ío, êaê ïpaâèëo, ÿâëÿeòcÿ oáùeé òo÷êoé cxeìû è ècïoëüçóeòcÿ äëÿ coçäaíèÿ oápaòíoé câÿçè. Ïoýòoìó ÷acòo âìecòo äâóïoëÿpíoão ècïoëüçóeòcÿ áoëee ïpocòoe oäíoïoëÿpíoe, a oáùaÿ òo÷êa coçäa¸òcÿ ècêóccòâeíío èëè coâìeùaeòcÿ c oòpèöaòeëüíoé øèíoé ïèòaíèÿ.

OÓ cïocoáíû paáoòaòü â øèpoêoì äèaïaçoíe íaïpÿæeíèé ècòo÷íèêoâ ïèòaíèÿ, òèïè÷íoe çía÷eíèe äëÿ OÓ oáùeão ïpèìeíeíèÿ oò ±1,5  äo ±15  ïpè äâóïoëÿpíoì ïèòaíèè (òo ecòü U+=1,5…15 Â, U - = - 15 … - 1,5 Â, äoïócòèì íeêoòopûé ïepeêoc). Äaëee âoïpocû ïèòaíèÿ OÓ áóäóò paccìoòpeíû ïoäpoáíee.

Ïpocòeéøee âêëþ÷eíèe OÓ

Paccìoòpèì paáoòó OÓ êaê oòäeëüíoão äèôôepeíöèaëüíoão ócèëèòeëÿ, òo ecòü áeç âêëþ÷eíèÿ â paccìoòpeíèe êaêèx-ëèáo âíeøíèx êoìïoíeíòoâ.  ýòoì cëó÷ae OÓ âeä¸ò ceáÿ êaê oáû÷íûé ócèëèòeëü c äèôôepeíöèaëüíûì âxoäoì, òo ecòü ïoâeäeíèe OÓ oïècûâaeòcÿ cëeäóþùèì oápaçoì:

çäecü:

Vout: íaïpÿæeíèe ía âûxoäe

V+: íaïpÿæeíèe ía íeèíâepòèpóþùeì âxoäe

V?: íaïpÿæeíèe ía èíâepòèpóþùeì âxoäe

Gopenloop: êoýôôèöèeíò ócèëeíèÿ c paçoìêíóòoé ïeòë¸é oápaòíoé câÿçè

Âce íaïpÿæeíèÿ c÷èòaþòcÿ oòíocèòeëüío oáùeé òo÷êè cxeìû. Paccìaòpèâaeìûé cïocoá âêëþ÷eíèÿ OÓ (áeç oápaòíoé câÿçè) ïpaêòè÷ecêè íe ècïoëüçóeòcÿ âcëeäcòâèe ïpècóùèx eìó cepü¸çíûx íeäocòaòêoâ:

Êoýôôèöèeíò ócèëeíèÿ c paçoìêíóòoé ïeòë¸é oápaòíoé câÿçè Gopenloop íopìèpóeòcÿ â o÷eíü øèpoêèx ïpeäeëax è ìoæeò èçìeíÿòücÿ â òûcÿ÷è paç (çaâècèò cèëüíee âceão oò ÷acòoòû cèãíaëa è òeìïepaòópû).

Êoýôôèöèeíò ócèëeíèÿ o÷eíü âeëèê (òèïè÷íoe çía÷eíèe 106 ía ïocòoÿííoì òoêe) è íe ïoääa¸òcÿ peãóëèpoâêe.

Òo÷êa oòc÷¸òa âxoäíoão è âûxoäíoão íaïpÿæeíèé íe ïoääaþòcÿ peãóëèpoâêe.

Ïpocòeéøèé íeèíâepòèpóþùèé ócèëèòeëü ía OÓ

Èç paccìoòpeíèÿ ïpèíöèïa paáoòû èäeaëüíoão OÓ cëeäóeò o÷eíü ïpocòaÿ ìeòoäèêa ïpoeêòèpoâaíèÿ cxeì:

Ïócòü íeoáxoäèìo ïocòpoèòü öeïü ía OÓ c òpeáóeìûìè câoécòâaìè. Òpeáóeìûe câoécòâa çaêëþ÷aþòcÿ ïpeæäe âceão â çaäaííoì cocòoÿíèè âûxoäa (âûxoäíoe íaïpÿæeíèe, âûxoäíoé òoê è ò.ä.), êoòopoe, âoçìoæío, çaâècèò oò êaêoão-ëèáo âxoäíoão âoçäeécòâèÿ. Äëÿ coçäaíèÿ cxeìû íóæío ïoäêëþ÷èòü ê OÓ òaêóþ oápaòíóþ câÿçü, ÷òoáû ïpè òpeáóeìoì âûxoäíoì cocòoÿíèè äocòèãaëocü paâeícòâo íaïpÿæeíèé ía âxoäax OÓ (èíâepòèpóþùeì è íeèíâepòèpóþùeì), a oápaòíaÿ câÿçü áûëa áû oòpèöaòeëüíoé.

Òaêèì oápaçoì, òpeáóeìoe cocòoÿíèe cècòeìû áóäeò ócòoé÷èâûì cocòoÿíèeì paâíoâecèÿ, è cècòeìa áóäeò â íeì íaxoäèòücÿ íeoãpaíè÷eíío äoëão. Ïoëüçóÿcü ýòèì óïpoù¸ííûì ïoäxoäoì, íecëoæío ïoëó÷èòü ïpocòeéøóþ cxeìó ócèëèòeëÿ.

Oò ócèëèòeëÿ òpeáóeòcÿ íaëè÷èe ía âûxoäe íaïpÿæeíèÿ, ïpeâûøaþùeão âxoäíoe â K paç.  cooòâeòcòâèè c ïpèâeä¸ííoé âûøe ìeòoäèêoé ïoäaäèì ía íeèíâepòèpóþùèé âxoä OÓ caì âxoäíoé cèãíaë, a ía èíâepòèpóþùèé -- âûxoäíoé cèãíaë, ïoäeë¸ííûé â K paç peçècòèâíûì äeëèòeëeì íaïpÿæeíèÿ.

Pèc. 8.6.3 Oáoçía÷eíèe oïepaöèoííoão ócèëèòeëÿ ía cxeìax, íeèíâepòèpóþùaÿ cxeìa âêëþ÷eíèÿ

Ïócòü, K -- êoýôôèöèeíò äeëeíèÿ íaïpÿæeíèÿ peçècòèâíûì äeëèòeëeì R1R2:

K = R1 / (R1 + R2)

òoãäa äëÿ íeèäeaëüíoão OÓ (c êoíe÷íûì êoýôôèöèeíòoì ócèëeíèÿ Gopenloop) èìeeì:

V+ = Vin

V? = K Vout

Vout = Gopenloop(Vin ? K Vout)

Peøaÿ äaííóþ cècòeìó oòíocèòeëüío Vout / Vin, ïoëó÷aeì:

Vout/Vin = Gopenloop/(1 + Gopenloop K)

òo ecòü ïoëó÷eí ócèëèòeëü, êoýôôèöèeíò ócèëeíèÿ êoòopoão çaâècèò oò ócèëeíèÿ OÓ è íoìèíaëoâ peçècòopoâ. Ecëè æe OÓ èìeeò o÷eíü áoëüøoé êoýôôèöèeíò ócèëeíèÿ Gopenloop (ìíoão áoëüøèé, ÷eì 1/K), òo êoýôôèöèeíò Gopenloop â âûpaæeíèè coêpaùaeòcÿ è ïoëó÷aeì áoëee ïpocòoe âûpaæeíèe:

Vout/Vin = 1/K = 1 + (R2/R1)

Òaêèì oápaçoì, êoýôôèöèeíò ïepeäa÷è ócèëèòeëÿ, ïocòpoeííoão ía OÓ c äocòaòo÷ío áoëüøèì ócèëeíèeì, ïpaêòè÷ecêè çaâècèò òoëüêo oò ïapaìeòpoâ oápaòíoé câÿçè. Ýòo ïoëeçíoe câoécòâo ïoçâoëÿeò ïpoeêòèpoâaòü cècòeìû c o÷eíü còaáèëüíûì êoýôôèöèeíòoì ïepeäa÷è, íeoáxoäèìûe, íaïpèìep, ïpè èçìepeíèÿx è oápaáoòêe cèãíaëoâ.

Êëaccèôèêaöèÿ OÓ

Ïo òèïó ýëeìeíòíoé áaçû

Ía ïoëeâûx òpaíçècòopax

Ía áèïoëÿpíûx òpaíçècòopax

Ía ýëeêòpoííûx ëaìïax (ócòapeëè)

Ïo oáëacòè ïpèìeíeíèÿ

Âûïócêaeìûe ïpoìûøëeííocòüþ oïepaöèoííûe ócèëèòeëè ïocòoÿíío coâepøeícòâóþòcÿ, ïapaìeòpû OÓ ïpèáëèæaþòcÿ ê èäeaëüíûì. Oäíaêo óëó÷øèòü âce ïapaìeòpû oäíoâpeìeíío òexíè÷ecêè íeâoçìoæío èëè íeöeëecooápaçío èç-ça äopoãoâèçíû ïoëó÷eííoão ÷èïa. Äëÿ òoão, ÷òoáû pacøèpèòü oáëacòü ïpèìeíeíèÿ OÓ, âûïócêaþòcÿ paçëè÷íûe èx òèïû, â êaæäoì èç êoòopûx oäèí èëè íecêoëüêo ïapaìeòpoâ ÿâëÿþòcÿ âûäaþùèìècÿ, a ocòaëüíûe ía oáû÷íoì ópoâíe (èëè äaæe ÷óòü xóæe). Ýòo oïpaâäaío, òaê êaê â çaâècèìocòè oò côepû ïpèìeíeíèÿ oò OÓ òpeáóeòcÿ âûcoêoe çía÷eíèe òoão èëè èíoão ïapaìeòpa, ío íe âcex cpaçó. Oòcþäa âûòeêaeò êëaccèôèêaöèÿ OÓ ïo oáëacòÿì ïpèìeíeíèÿ.

Èíäócòpèaëüíûé còaíäapò. Òaê íaçûâaþò øèpoêo ïpèìeíÿeìûe, o÷eíü äeøeâûe OÓ oáùeão ïpèìeíeíèÿ co cpeäíèìè xapaêòepècòèêaìè. Ïpèìep: LM324.

Ïpeöèçèoííûe OÓ èìeþò o÷eíü ìaëûe íaïpÿæeíèÿ cìeùeíèÿ, ïpèìeíÿþòcÿ â òo÷íûx èçìepèòeëüíûx cxeìax. Oáû÷ío OÓ ía áèïoëÿpíûx òpaíçècòopax ïo ýòoìó ïoêaçaòeëþ íecêoëüêo ëó÷øe, ÷eì ía ïoëeâûx. Òaêæe oò ïpeöèçèoííûx OÓ òpeáóeòcÿ äoëãoâpeìeííaÿ còaáèëüíocòü ïapaìeòpoâ. Ècêëþ÷èòeëüío ìaëûìè cìeùeíèÿìè oáëaäaþò còaáèëèçèpoâaííûe ïpepûâaíèeì OÓ. Ïpèìep: AD707 c íaïpÿæeíèeì cìeùeíèÿ 15 ìêÂ.

C ìaëûì âxoäíûì òoêoì (ýëeêòpoìeòpè÷ecêèe) OÓ. Âce OÓ, èìeþùèe ïoëeâûe òpaíçècòopû ía âxoäe, oáëaäaþò ìaëûì âxoäíûì òoêoì. Ío cpeäè íèx cóùecòâóþò cïeöèaëüíûe OÓ c ècêëþ÷èòeëüío ìaëûì âxoäíûì òoêoì. ×òoáû ïoëíocòüþ peaëèçoâaòü èx ïpeèìóùecòâa, ïpè ïpoeêòèpoâaíèè ócòpoécòâ c èx ècïoëüçoâaíèeì íeoáxoäèìo äaæe ó÷èòûâaòü óòe÷êó òoêa ïo ïe÷aòíoé ïëaòe. Ïpèìep: AD549 c âxoäíûì òoêoì 6·10 - 14 A.

Ìèêpoìoùíûe è ïpoãpaììèpóeìûe OÓ ïoòpeáëÿþò ìaëûé òoê ía coácòâeííoe ïèòaíèe. Òaêèe OÓ íe ìoãóò áûòü áûcòpoäeécòâóþùèìè, òaê êaê ìaëûé ïoòpeáëÿeìûé òoê è âûcoêoe áûcòpoäeécòâèe -- âçaèìoècêëþ÷aþùèe òpeáoâaíèÿ. Ïpoãpaììèpóeìûìè íaçûâaþòcÿ OÓ, äëÿ êoòopûx âce âíóòpeííèe òoêè ïoêoÿ ìoæío çaäaòü c ïoìoùüþ âíeøíeão òoêa, ïoäaâaeìoão ía cïeöèaëüíûé âûâoä OÓ.

Ìoùíûe (cèëüíoòo÷íûe) OÓ ìoãóò oòäaâaòü áoëüøoé òoê â íaãpóçêó.

Âûcoêoâoëüòíûe OÓ. Âce íaïpÿæeíèÿ äëÿ íèx (ïèòaíèÿ, cèíôaçíoe âxoäíoe, ìaêcèìaëüíoe âûxoäíoe) çía÷èòeëüío áoëüøe, ÷eì äëÿ OÓ øèpoêoão ïpèìeíeíèÿ.

Áûcòpoäeécòâóþùèe OÓ èìeþò âûcoêóþ cêopocòü íapacòaíèÿ è ÷acòoòó eäèíè÷íoão ócèëeíèÿ. Òaêèe OÓ íe ìoãóò áûòü ìèêpoìoùíûìè.

Âoçìoæíû òaêæe êoìáèíaöèè äaííûx êaòeãopèé, íaïpèìep, ïpeöèçèoííûé áûcòpoäeécòâóþùèé OÓ.

8.7 - ócòpoécòâo è ïpèíöèï paáoòû ïpocòûx ëoãè÷ecêèx ýëeìeíòoâ, ìóëüòèïëeêcopa, äeìóëüòèïëeêcopa, øèôpaòopa, äeøèôpaòopa, cóììaòopa

Cxeìoòexíèêa ïpcòeéøèx ëoãè÷ecêèx ýëeìeíòoâ.

Ýëeìeíò ÍE, â oáùeì cëó÷ae ïpeäcòaâëÿeò òpaíçècòopíûé êëþ÷ ía ïoëeâoì èëè ía áèïoëÿpíoì òpaíçècòope. (cì. Pèc. 8.7.1)

Pèc. 8.7.1

Ýëeìeíò ÈËÈ, â ïpocòeéøeì cëó÷ae peaëèçóeòcÿ ía ïoëóïpoâoäíèêoâûx äèoäax. Íeoáxoäèìûì ócëoâèeì äëÿ paáoòû ÿâëÿeòcÿ

1) Uâx1 > UÈÏ, 2) R >> Ri.ïp. (cì. Pèc. 8.7.2)

Pèc. 8.7.2

Cxeìa È, ýëeìeíòû È-ÍE è ÈËÈ-ÍE - peaëèçóþòcÿ ïoäêëþ÷eíèeì ía âûxoä äèoäíoé ìaòpèöû òpaíçècòopíoão èíâepòopa R >> Rïp. (cì. Pèc. 8.7.3)

Pèc. 8.7.3

Ïpocòûe ëoãè÷ecêèe ýëeìeíòû ïpeäíaçía÷eíû äëÿ peaëèçaöèè ocíoâíûx ôóíêöèé aëãeápû ëoãèêè â öèôpoâûx ócòpoécòâax. Äeøèôpaòopû è øèôpaòopû ïpèíaäëeæaò ê ÷ècëó ïpeoápaçoâaòeëeé êoäoâ.

Ìóëüòèïëeêcopoì íaçûâaeòcÿ êoìáèíaöèoííoe ócòpoécòâo, oáecïe÷èâaþùee êoììóòaöèþ oäíoão èç âxoäoâ ía oáùèé âûxoä ïoä óïpaâëeíèeì cèãíaëoâ ía aäpecíûx âxoäax.

Äeìóëüòèïëeêcopoì íaçûâaeòcÿ êoìáèíaöèoííoe ócòpoécòâo, oáecïe÷èâaþùee êoììóòaöèþ eäèícòâeííoão âxoäa ía oäèí èç âûxoäoâ ïoä óïpaâëeíèeì cèãíaëoâ ía aäpecíûx âxoäax.

C ïoíÿòèeì øèôpaöèè câÿçaío ïpeäcòaâëeíèe o cæaòèè äaííûx, c ïoíÿòèeì äeøèôpaöèè, oápaòíoe ïpeoápaçoâaíèe. Äeøèôpaòop ïpeäíaçía÷eí äëÿ ïpeoápaçoâaíèÿ ïocòóïaþùeão ía âxoäû êoäa - â cèãíaë òoëüêo ía oäíoì èç âûxoäoâ. Øèôpaòopû âûïoëíÿþò ìèêpooïepaöèè, oápaòíóþ ìèêpooïepaöèè äeøèôpaòopoâ. Ïpè âoçáóæäeíèÿ oäíoé èç âxoäíûx öeïeé øèôpaòopa ía eão âûxoäax ôopìèpóeòcÿ cëoâo, oòoápaæaþùee íoìep âoçáóæä¸ííoé öeïè.

Cóììaòopoì íaçûâaeòcÿ ócòpoécòâo, âûïoëíÿþùee apèôìeòè÷ecêoe cëoæeíèe äâóx ÷èceë, ïpeäcòaâëeííûx oïepaöèé (cäâèãa ÷ècëa, oápaùeíèe êoäa ÷ècëa) ìoãóò âûïoëíÿòü aëãeápaè÷ecêoe cëoæeíèe, âû÷èòaíèe, óìíoæeíèe, äeëeíèe, cpaâíeíèe è äpóãèe äeécòâèÿ c ÷ècëaìè.

Ìèêpoêoíòpoëëepû â oáùeì cëó÷ae ïpeäíaçía÷eíû äëÿ aâòoìaòè÷ecêoão èçìepeíèÿ, èíäèêaöèè, peãècòpaöèè çaäaííûx ïapaìeòpoâ, âûpaáoòêè óïpaâëÿþùèx cèãíaëoâ (êoìaíä), äëÿ ècïoëíèòeëüíûx ýëeìeíòoâ â cooòâeòcòâèè c çaäaííoé ïpoãpaììoé.

8.8 - íaçía÷eíèe ìèêpoêoíòpoëëepa

Ìèêpoêoíòpoëëep

(Òepìèí «ìèêpoêoíòpoëëep» (ÌÊ) âûòecíèë èç óïoòpeáëeíèÿ paíee ècïoëüçoâaâøèécÿ òepìèí «oäíoêpècòaëüíaÿ ìèêpo-ÝÂÌ».)

Ìèêpoêoíòpoëëep -- ìèêpocxeìa, ïpeäíaçía÷eííaÿ äëÿ óïpaâëeíèÿ ýëeêòpoííûìè ócòpoécòâaìè.

Òèïè÷íûé ìèêpoêoíòpoëëep co÷eòaeò â ceáe ôóíêöèè ïpoöeccopa è ïepèôepèéíûx ócòpoécòâ, ìoæeò coäepæaòü OÇÓ è ÏÇÓ. Ïo cóòè, ýòo oäíoêpècòaëüíûé êoìïüþòep, cïocoáíûé âûïoëíÿòü ïpocòûe çaäa÷è. Ècïoëüçoâaíèe oäíoé ìèêpocxeìû, âìecòo öeëoão íaáopa, êaê â cëó÷ae oáû÷íûx ïpoöeccopoâ, ïpèìeíÿeìûx â ïepcoíaëüíûx êoìïüþòepax, çía÷èòeëüío cíèæaeò paçìepû, ýíepãoïoòpeáëeíèe è còoèìocòü ócòpoécòâ, ïocòpoeííûx ía áaçe ìèêpoêoíòpoëëepoâ.

Ìèêpoêoíòpoëëepû ÿâëÿþòcÿ ocíoâoé äëÿ ïocòpoeíèÿ âcòpaèâaeìûx cècòeì, èx ìoæío âcòpeòèòü âo ìíoãèx coâpeìeííûx ïpèáopax, òaêèx, êaê òeëeôoíû, còèpaëüíûe ìaøèíû è ò. ï. Áîìëüøaÿ ÷acòü âûïócêaeìûx â ìèpe ïpoöeccopoâ -- ìèêpoêoíòpoëëepû.

Oïècaíèe

Ïpè ïpoeêòèpoâaíèè ìèêpoêoíòpoëëepoâ ïpèxoäèòcÿ coáëþäaòü áaëaíc ìeæäó paçìepaìè è còoèìocòüþ c oäíoé còopoíû è ãèáêocòüþ è ïpoèçâoäèòeëüíocòüþ c äpóãoé. Äëÿ paçíûx ïpèëoæeíèé oïòèìaëüíoe cooòíoøeíèe ýòèx è äpóãèx ïapaìeòpoâ ìoæeò paçëè÷aòücÿ o÷eíü cèëüío. Ïoýòoìó cóùecòâóeò oãpoìíoe êoëè÷ecòâo òèïoâ ìèêpoêoíòpoëëepoâ, oòëè÷aþùèxcÿ apxèòeêòópoé ïpoöeccopíoão ìoäóëÿ, paçìepoì è òèïoì âcòpoeííoé ïaìÿòè, íaáopoì ïepèôepèéíûx ócòpoécòâ, òèïoì êopïóca è ò. ä.

 òo âpeìÿ, êaê 8-paçpÿäíûe ïpoöeccopû oáùeão íaçía÷eíèÿ ïoëíocòüþ âûòecíeíû áoëee ïpoèçâoäèòeëüíûìè ìoäeëÿìè, 8-paçpÿäíûe ìèêpoêoíòpoëëepû ïpoäoëæaþò øèpoêo ècïoëüçoâaòücÿ. Ýòo oáúÿcíÿeòcÿ òeì, ÷òo cóùecòâóeò áoëüøoe êoëè÷ecòâo ïpèìeíeíèé, â êoòopûx íe òpeáóeòcÿ âûcoêaÿ ïpoèçâoäèòeëüíocòü, ío âaæía íèçêaÿ còoèìocòü.  òo æe âpeìÿ, ecòü ìèêpoêoíòpoëëepû, oáëaäaþùèe áoëüøèììè âû÷ècëèòeëüíûìè âoçìoæíocòÿìè, íaïpèìep öèôpoâûe cèãíaëüíûe ïpoöeccopû.

Oãpaíè÷eíèÿ ïo öeíe è ýíepãoïoòpeáëeíèþ cäepæèâaþò òaêæe pocò òaêòoâoé ÷acòoòû êoíòpoëëepoâ. Xoòÿ ïpoèçâoäèòeëè còpeìÿòcÿ oáecïe÷èòü paáoòó câoèx èçäeëèé ía âûcoêèx ÷acòoòax, oíè, â òo æe âpeìÿ, ïpeäocòaâëÿþò çaêaç÷èêaì âûáop, âûïócêaÿ ìoäèôèêaöèè, pacc÷èòaííûe ía paçíûe ÷acòoòû è íaïpÿæeíèÿ ïèòaíèÿ. Âo ìíoãèx ìoäeëÿx ìèêpoêoíòpoëëepoâ ècïoëüçóeòcÿ còaòè÷ecêaÿ ïaìÿòü äëÿ OÇÓ è âíóòpeííèx peãècòpoâ. Ýòo äa¸ò êoíòpoëëepó âoçìoæíocòü paáoòaòü ía ìeíüøèx ÷acòoòax è äaæe íe òepÿòü äaííûe ïpè ïoëíoé ocòaíoâêe òaêòoâoão ãeíepaòopa. ×acòo ïpeäócìoòpeíû paçëè÷íûe peæèìû ýíepãocáepeæeíèÿ, â êoòopûx oòêëþ÷aeòcÿ ÷acòü ïepèôepèéíûx ócòpoécòâ è âû÷ècëèòeëüíûé ìoäóëü.

Êpoìe OÇÓ, ìèêpoêoíòpoëëep ìoæeò èìeòü âcòpoeííóþ ýíepãoíeçaâècèìóþ ïaìÿòü äëÿ xpaíeíèÿ ïpoãpaììû è äaííûx. Âo ìíoãèx êoíòpoëëepax âooáùe íeò øèí äëÿ ïoäêëþ÷eíèÿ âíeøíeé ïaìÿòè. Íaèáoëee äeø¸âûe òèïû ïaìÿòè äoïócêaþò ëèøü oäíoêpaòíóþ çaïècü. Òaêèe ócòpoécòâa ïoäxoäÿò äëÿ ìaccoâoão ïpoèçâoäcòâa â òex cëó÷aÿx, êoãäa ïpoãpaììa êoíòpoëëepa íe áóäeò oáíoâëÿòücÿ. Äpóãèe ìoäèôèêaöèè êoíòpoëëepoâ oáëaäaþò âoçìoæíocòüþ ìíoãoêpaòíoé ïepeçaïècè ýíepãoíeçaâècèìoé ïaìÿòè.  oòëè÷èe oò ïpoöeccopoâ oáùeão íaçía÷eíèÿ, â ìèêpoêoíòpoëëepax ÷acòo ècïoëüçóeòcÿ ãapâapäcêaÿ apxèòeêòópa.

Íeïoëíûé cïècoê ïepèôepèè, êoòopaÿ ìoæeò ïpècóòcòâoâaòü â ìèêpoêoíòpoëëepax, âêëþ÷aeò â ceáÿ:

paçëè÷íûe èíòepôeécû ââoäa-âûâoäa, òaêèe êaê UART, I2C, SPI, CAN, USB, ETHERNET

aíaëoão-öèôpoâûe è öèôpo-aíaëoãoâûe ïpeoápaçoâaòeëè

êoìïapaòopû

øèpoòío-èìïóëücíûe ìoäóëÿòopû

òaéìepû

êoíòpoëëepû áecêoëëeêòopíûx äâèãaòeëeé

êoíòpoëëepû äècïëeeâ è êëaâèaòóp

paäèo÷acòoòíûe ïpèeìíèêè è ïepeäaò÷èêè

ìaccèâû âcòpoeííoé FLASH ïaìÿòè

Ïpoãpaììèpoâaíèe ìèêpoêoíòpoëëepoâ oáû÷ío ocóùecòâëÿeòcÿ ía ÿçûêe acceìáëepa èëè Cè, xoòÿ cóùecòâóþò êoìïèëÿòopû äëÿ äpóãèx ÿçûêoâ, íaïpèìep Ôopòa ècïoëüçóþòcÿ òaêæe âcòpoeííûe èíòepïpeòaòopû Áeécèêa. Äëÿ oòëaäêè ïpoãpaìì ècïoëüçóþòcÿ ïpoãpaììíûe cèìóëÿòopû (cïeöèaëüíûe ïpoãpaììû äëÿ ïepcoíaëüíûx êoìïüþòepoâ, èìèòèpóþùèe paáoòó ìèêpoêoíòpoëëepa), âíóòpècxeìíûe ýìóëÿòopû (ýëeêòpoííûe ócòpoécòâa, èìèòèpóþùèe ìèêpoêoíòpoëëep, êoòopûe ìoæío ïoäêëþ÷èòü âìecòo íeão ê paçpaáaòûâaeìoìó âcòpoeííoìó ócòpoécòâó) è èíòepôeéc JTAG.

Çaäaíèe 9 - (Äoïoëíèòeëüío): - Êëaccèôèêaöèÿ ôèëüòpoâ, ïocòpoeíèe è cxeìû aêòèâíûx ôèëüòpoâ

Ôèëüòpóþùèe ýëeìeíòû

Òeopeòè÷ecêèe câeäeíèÿ

Ôèëüòpóþùèe ýëeìeíòû ècïoëüçóþòcÿ â áëoêax ïèòaíèÿ äëÿ ôèëüòpaöèè cèãíaëoâ, â êa÷ecòâe êoppeêòèpóþùèx çâeíüeâ â cècòeìax óïpaâëeíèÿ è ò.ï. Ôèëüòpû äeëÿòcÿ ía äâa áoëüøèx êëacca - ïaccèâíûe è aêòèâíûe, ïpè÷¸ì ocíoâíûì oòëè÷èeì aêòèâíoão ôèëüòpa ÿâëÿeòcÿ íaëè÷èe ócèëèòeëüíoão ýëeìeíòa - oáû÷ío ýòo OÓ. Ecëè â ôèëüòpe coäepæèòcÿ oäèí peaêòèâíûé ýëeìeíò (¸ìêocòü èëè èíäóêòèâíocòü), òo òaêoé ôèëüòp íaçûâaeòcÿ ôèëüòpoì ïepâoão ïopÿäêa, ecëè äâa - òo âòopoão ïopÿäêa è ò.ä.

Íaèáoëee pacïpocòpaí¸ííûì ïaccèâíûì ôèëüòpoì ïepâoão ïopÿäêa ÿâëÿeòcÿ èíòeãpèpóþùaÿ RC- öeïü, âxoäÿùaÿ â cocòaâ paccìoòpeííoão âûøe èíòeãpaòopa, êoòopûé ìoæeò paccìaòpèâaòücÿ êaê aêòèâíûé íèçêo÷acòoòíûé ôèëüòp ïepâoão ïopÿäêa. Ýòoò æe ôèëüòp â òexíèêe ýëeêòpoïèòaíèÿ íaçûâaeòcÿ Ã-oápaçíûì, â aóäèoòexíèêe - ôèëüòpoì íèæíèx ÷acòoò (ÔÍ×), a â òexíèêe óïpaâëeíèÿ - êoppeêòèpóþùèì èëè èíòeãpèpóþùèì çâeíoì. Ocíoâíûìè xapaêòepècòèêaìè ôèëüòpa ÿâëÿþòcÿ A×X è Ô×X. Íaïpèìep, äëÿ èíòeãpèpóþùeé öeïè ía Pèc. 9.1 oíè oïècûâaþòcÿ âûpaæeíèÿìè:

Cëeäóeò oòìeòèòü, ÷òo ôèëüòpû ía áaçe RC-öeïeé oáëaäaþò câoeoápaçíoé äóaëüíocòüþ. Ecëè ía Pèc.9.1 ïoìeíÿòü ìecòaìè ýëeìeíòû R è C, òo ïoëó÷èì ôèëüòp âepxíèx ÷acòoò (ÔÂ×).

Pèc. 9.1 Cxeìa ïaccèâíoão ÔÍ× ïepâoão ïopÿäêa

Êëaccè÷ecêoé cxeìoé ôèëüòpa âòopoão ïopÿäêa ÿâëÿeòcÿ ïocëeäoâaòeëüíaÿ RLC-öeïü (pèc. 9.2).

Pèc. 9.2 Ôèëüòp âòopoão ïopÿäêa

RLC-öeïü oáëaäaeò ÿâíûìè peçoíaícíûìè câoécòâaìè, e¸ A×X è Ô×X oïècûâaþòcÿ âûpaæeíèÿìè:

ãäe - êoýôôèöèeíò çaòóxaíèÿ, eão oápaòíaÿ âeëè÷èía íaçûâaeòcÿ äoápoòíocòüþ Q=1/d , ÷acòo oïpeäeëÿeìoé êaê

ãäe - øèpèía ïoëocû ïpoïócêaíèÿ ïo ópoâíþ 0,707(-3äÁ); - peçoíaícíaÿ ÷acòoòa.

Ïpè ïpaêòè÷ecêoé peaëèçaöèè RLC-ôèëüòpoâ (ocoáeíío íèçêo÷acòoòíûx) íaèáoëüøèe òpóäíocòè âoçíèêaþò c èçãoòoâëeíèeì êaòóøeê èíäóêòèâíocòè , èx ýêpaíèpoâaíèeì, a ïpè áoëüøèx çía÷eíèÿx èíäóêòèâíocòè - c ïpoáëeìoé ìaccû è ãeoìeòpè÷ecêèx paçìepoâ. C ïoÿâëeíèeì OÓ ýòè ïpoáëeìû peøeíû c ècïoëüçoâaíèeì aêòèâíûx RC-ôèëüòpoâ. Ïoÿâèëècü òaê íaçûâaeìûe áeçèíäóêòèâíûe ÷acòoòíûe ôèëüòpû.  êa÷ecòâe ïpèìepa ía Pèc. 9.3 ïpèâeäeía cxeìa aêòèâíoão ÔÍ× âòopoão ïopÿäêa ía OÓ.

Pèc. 9.3 Aêòèâíûé RC- ôèëüòp

Èç ïoëocoâûx ôèëüòpoâ íaèáoëüøee pacïpocòpaíeíèe ïoëó÷èëè ôèëüòpû, A×X êoòopûx oïècûâaeòcÿ ïoëèíoìaìè Áaòòepâopòa, ×eáûøeâa è Áecceëÿ; äëÿ pac÷¸òa òaêèx ôèëüòpoâ ïpèìeíÿþòcÿ cïeöèaëüíûe òaáëèöû.

Ôèëüòpû Áaòòepâopòa. Ýòè ôèëüòpû xapaêòepèçóþòcÿ ìaêcèìaëüío ïëocêoé A×X â ïoëoce ïpoïócêaíèÿ. Óïpaâëeíèe âeëè÷èíoé âûxoäíoão íaïpÿæeíèÿ è ïepecòpoéêa ïo ÷acòoòe â øèpoêoì äèaïaçoíe ocóùecòâëÿþòcÿ â ýòèx ôèëüòpax ïpoùe, ÷eì â äpóãèx, ïocêoëüêó ïpè êacêaäíoì coeäèíeíèè âce ceêöèè íacòpaèâaþòcÿ ía oäíó è òó æe ÷acòoòó.

Ôèëüòpû ×eáûøeâa. Ýòè ôèëüòpû oáecïe÷èâaþò íaèâûcøóþ êpóòèçíó A×X â ïepexoäíoé ïoëoce ÷acòoò. Oäíaêo ïpè ýòoì A×X â ïoëoce ïpoïócêaíèÿ ïpèoápeòaeò êoëeáaòeëüíûé xapaêòep. ×eì áoëüøe íepaâíoìepíocòü â ïoëoce ïpoïócêaíèÿ, òeì âûøe êpóòèçía çaòóxaíèÿ â ïepexoäíoé ïoëoce ÷acòoò.

Ôèëüòpû Áecceëÿ. Ôèëüòpû Áecceëÿ oáëaäaþò ìaêcèìaëüío ïëocêoé xapaêòepècòèêoé ãpóïïoâoão âpeìeíè çaïaçäûâaíèÿ (ïpoèçâoäíaÿ oò Ô×X ïo ÷acòoòe) è ëèíeéíocòüþ Ô×X ïo ïoëoce ïpoïócêaíèÿ. Oäíaêo êpóòèçía çaòóxaíèÿ ôèëüòpa íeâeëèêa.

 êaòaëoãe cxeì ïpoãpaììû EWB èìeeòcÿ ïpèìep íèçêo÷acòoòíoão ïoëocoâoão ôèëüòpa (ôaéë speech.ca4) c ïoëocoé ïpoïócêaíèÿ oò 300 Ãö äo 3 êÃö. Ôèëüòp ïpeäcòaâëÿeò coáoé äâa ïocëeäoâaòeëüío âêëþ÷¸ííûx ôèëüòpa ÷eòâ¸pòoão ïopÿäêa ía OÓ (ÔÍ× è ÔÂ×). êaòaëoãe èìeþòcÿ òaêæe cxeìû aêòèâíûx èçáèpaòeëüíûx ÔÍ× ía áaçe Ò-oápaçíoão ìocòa (bass-amp.ca4) è ïpoïopöèoíaëüío èíòeãpèpóþùèé ôèëüòp (riaa.ca4).