Виды триггеров. Постоянные резисторы

Размещено на http://www.allbest.ru

Федеральное агентство ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Вологодский техникум железнодорожного транспорта - филиал

федерального государственного бюджетного образовательного

учреждения высшего профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

по цифровой схемотехнике

Шифр ВМ-13/4-Е-126

Выполнил А.Л. Егоров

Проверил Г.Г. Домнина

Вологда

2013

СОДЕРЖАНИЕ

1.Законы алгебра логики

2.Виды триггеров по способу ввода информации

3.Постоянные резисторы. Основные параметры

Список используемой литературы

триггер конъюнкция резистор

1. ЗАКОНЫ АЛГЕБРА ЛОГИКИ

Математический аппарат, описывающий действия дискретных устройств, базируется на алгебре логики, или, как ее еще называют по имени автора - английского математика Джорджа Буля (1815 - 1864 г.), булевой алгебре.

Булева алгебра базируется на нескольких аксиомах, из которых выводятся основные законы для преобразований с двоичными переменными. Обоснованность выбора этих аксиом подтверждается таблицами истинности для рассмотренных операций. Каждая аксиома представлена в двух видах, что вытекает из принципа дуальности (двойственности) логических операций, согласно которому операции конъюнкции и дизъюнкции допускают взаимную замену, если одновременно поменять логическую 1 на 0, 0 на 1, знак V на ·, а · на V.

Аксиомы операции отрицания: =1; =0.

Аксиомы операции конъюнкции и дизъюнкции

0•1=1; (а) 1V1=1; (б)

1•0=0•1=0; (а) 0V1=1V0=1; (б)

1•1=1; (а) 0V0=0. (б)

Аксиома 1б не имеет аналога в двоичной арифметике, где 1+1=10 (здесь цифры и знаки имеют обычный арифметический смысл).

Законы булевой алгебры вытекают из аксиом и также имеют две формы выражения: для конъюнкции и дизъюнкции. Здесь они приводятся без доказательств. Их правильность легко проверить по таблицам истинности либо путем подстановки 0 и 1 вместо соответствующих значений переменных.

Переместительный закон

x1•x2=x2; (а) x1Vx2=x2Vx1. (б)

Сочетательный закон

x1(x2x3)=(x1x2)x3=x1x2x3; (а) x1V(x2Vx3)=(x1Vx2)Vx3=x1Vx2Vx3. (б)

Закон повторения (тавтологии)

x•x=x; (а) xVx=x. (б)

Закон обращения: если x1=x2, то 1=2.

Закон двойной инверсии =x1.

Закон нулевого множества

x•0=0; (а) xV0=x. (б)

Закон универсального множества

x•1=x; (а) xV1=1. (б)

Закон дополнительности

x•=0; (а) xV=1. (б)

Распределительный закон

x1(x2Vx3)=x1•x2Vx1•x3; (а) x1V(x2•x3)=(x1Vx2)•(x1Vx3). (б)

Закон поглощения

x1Vx1•x2=x1; (а) x1(x1Vx2)=x1. (б)

Закон склеивания

(x1Vx2)•(x1V2)=x1; (а) x1•x2Vx12=x1. (б)

Закон инверсии (закон Де Мортана)

1•2=1V2; (а) 1V2=1•2 (б)

или после инвертирования левых и правых частей

x1•x2=1V2; (в) x1Vx2=1•2. (г)

2. ВИДЫ ТРИГГЕРОВ ПО СПОСОБУ ВВОДА ИНФОРМАЦИИ

Триггеры различаются по способу ввода информации и по этому признаку могут быть асинхронными и синхронными.

У асинхронных триггеров имеются только информационные (логические) входы. Асинхронные триггеры отличает свойство срабатывать непосредственно за изменением сигналов на входах, не считая времени задержки в элементах, образующих триггер.

У синхронных триггеров смены сигналов на входах еще недостаточно для срабатывания. Необходим дополнительный командный импульс, который подается на синхронизирующий, или, как его чаще называют, тактирующий, вход. Синхронизирующие (тактирующие) сигналы вырабатываются специальным генератором тактовых импульсов, которые и задают частоту смены информации в дискретные моменты времени t1,t2,…,tn-1,tn,tn+1. В эти же моменты обновляется информация на выводах триггера, которая поступает на входы последующих устройств. Синхронизация обеспечивает привязку сигналов ко времени и объединяет в общем ритме работу многих узлов аппаратуры.

Рисунок 2.1 - Временные диаграммы работы триггеров: а - асинхронного; б- синхронного.

Для сравнения показаны основные диаграммы работы асинхронного и синхронного триггеров. Для асинхронного триггера тактом считается интервал времени между очередными срабатываниями, причем длительность тактов не регламентируется.

Основной недостаток асинхронных триггеров, ограничивающий их использование в быстродействующей аппаратуре, - незащищенность перед опасными состязаниями сигналов. Явление состязаний, или, как его еще называют, гонок, состоит в том, что сигналы, поступающие на разные информационные входы триггера, проходят по разным целям, пройдя различное число элементов.

Вследствие задержек распространения между сигналами возможны временные сдвиги, которые будут меняться с колебаниями температуры и по мере старения деталей. Состязания сигналов могут оказаться причиной ложных срабатываний триггера. Тактированием этот недостаток удается устранить.

Синхронные триггеры сравнительно с асинхронными обладают также более высокой помехоустойчивостью. Опрокидывание синхронных триггеров происходит только при участии тактовых импульсов, длительность которых гораздо меньше их периода. В остальное время на входные сигналы, равно как и помехи различного происхождения, триггер не реагирует. При асинхронном же управлении опрокидывание может произойти как от полезного сигнала на входе, так и от помехи.

Асинхронный триггер по большей части используют в качестве ключей, прерывателей, делителей частоты, асинхронных счетчиков и т.п. В вычислительной и цифровой технике, связанной с обработкой и преобразованием информации, почти везде используются синхронные системы.

3. ПОСТОЯННЫЕ РЕЗИСТОРЫ. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

В зависимости от назначения различают постоянные и переменные резисторы.

Наибольшее распространение имеют постоянные резисторы общего назначения, которые используются практически во всех видах радиоаппаратуры и блоках питания. Номинальные значения таких резисторов находятся в пределах от 1 Ом до 10 Мом, а номинальные мощности составляют 0,125 … 100 Вт. Класс точности резисторов общего назначения составляет 2, 5, 10 или 20% номинала.

Кроме того, применяются постоянные резисторы специального назначения. К ним относятся, например, прецизионные (особо точные) резисторы, которые используются в основном в измерительных приборах в качестве шунтов. Допуск этих резисторов составляет от ±0,001 до 1%. Они отличаются высокой стабильностью.

Высокочастотные резисторы также являются резисторами специального назначения. Они отличаются низкой собственной индуктивностью и предназначены для работы в высокочастотных узлах. Кроме того, имеются и другие виды постоянных резисторов.

Параметры резисторов характеризуют эксплуатационные возможности применения конкретного типа резистора в конкретной электрической схеме.

1. Номинальная мощность рассеивания Рном определяет допустимую электрическую нагрузку, которую способен выдержать резистор в течение длительного времени при заданной стабильности сопротивления.

Как уже отмечалось, протекание тока через резистор связано с выделением в нем тепла, которое должно рассеиваться в окружающую среду. Мощность, выделяемая в резисторе в виде тепла, определяется величиной приложенного к нему напряжения U и протекающего тока I и равна

Мощность, рассеиваемая резистором в окружающую среду, пропорциональна разности температур резистора TR и окружающей среды ТO

и зависит от условий охлаждения резистора, определяемых величиной теплового сопротивления Rт которое тем меньше, чем больше поверхность резистора и теплопроводность материала резистора.

Следовательно, при увеличении мощности, выделяемой в резисторе, возрастает его температура TR , что может привести к выходу резистора из строя. Для того чтобы этого не произошло, необходимо уменьшить RT , что достигается увеличением размеров резистора. Для каждого типа резистора существует определенная максимальная температура Tmax , превышать которую нельзя.

Температура TR , как следует из выше изложенного, зависит также от температуры окружающей среды. Если она очень высока, то температура TR может превысить максимальную, чтобы этого не произошло, необходимо уменьшать мощность, выделяемую в резисторе . Номинальные мощности стандартизованы ( ГОСТ 9663-61 ) и соответствуют ряду: 0,01; 0,025; 0,05; 0,121; 0,25; 0,5; 1; 1,2; 5; 8; 10; 16; 25; 50; 75; 100; 160; 250; 500.

2. Предельное рабочее напряжение UПРЕД определяет величину допустимого напряжения, которое может быть приложено к резистору. Для резисторов с небольшой величиной сопротивления ( сотни ОМ ) эта величина определяется конструкцией резистора и рассчитывается по формуле:

Для остальных резисторов предельное рабочее напряжение определяется конструкцией резистора и ограничивается возможностью электрического пробоя, который, как правило, происходит по поверхности между выводами резистора или между витками спиральной нарезки. Напряжение пробоя зависит от длины резистора и давления воздуха. При длине резистора, не превышающей 5 см, оно определяется по формуле:

 где Р - давление в мм рт. ст., l - длина резистора в см.

Величина Uпред указывает в ТУ, она всегда меньше Uпроб. При испытании резисторов на них подают испытательное напряжение Uисп, которое больше Uпред и меньше Uпроб.

3. Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) характеризует относительное изменение сопротивления при изменении температуры

Он может быть как положительным, так и отрицательным. Если резистивная пленка толстая, то она ведет себя как объемное тело, сопротивление которого с ростом температуры возрастает.

Если же резистивная пленка тонкая, то она состоит из отдельных "островков", сопротивление такой пленки с ростом температуры уменьшается, так как улучшается контакт между отдельными "островками". У различных резисторов эта величина лежит в пределах ± (7-12)10-4.

4. Коэффициент старения bR характеризует изменение сопротивления, которое вызывается структурными изменениями резистивного элемента за счет процессов окисления, кристаллизации и т.д.

В ТУ обычно указывается относительное изменение сопротивления в процентах за определенное время (1000 или 10000 ч).

5. Коэффициент напряжения Кн характеризует влияние величины приложенного напряжения на сопротивление. В некоторых типах резисторов при высоких напряжениях изменяется величина сопротивления. В непроволочных резисторах это обусловлено уменьшением контактного сопротивления между отдельными зернами резистивной пленки. В проволочных резисторах это обусловлено дополнительным разогревом проволоки при повышенных напряжениях:

где R100- сопротивление резистора при напряжении UПРЕД,

R10 -сопротивление резистора при напряжении 0,1 Uпред.

6. ЭДС шумов резистора. Электроны в резистивном элементе находятся в состоянии хаотического теплового движения, в результате которого между любыми точками резистивного элемента возникает случайно изменяющееся электрическое напряжение и между выводами резистора появляется ЭДС тепловых шумов. Тепловой шум характеризуется непрерывным, широким, практически равномерным спектром. Величина ЭДС тепловых шумов определяется соотношением:

где К = 1,38 · 10 -23 Д ж/град- постоянная Больцмана,

Т - абсолютная температура в градусах шкалы Кельвина,

R - сопротивление. Ом,

Df- полоса частот, в которой измеряются шумы. При комнатной температуре (Т =300° К)

Если резистор включен на входе высокочувствительного усилителя, то на его выходе будет слышен характерный шум. Уменьшить уровень этих шумов можно лишь уменьшая величину сопротивления R или температуру 7.

Помимо тепловых шумов существует токовый шум, возникающий при протекании через резистор тока.

Этот шум обусловлен дискретной структурой резистивного элемента.При протекании тока возникают местные перегревы, в результате которых изменяются контакты между отдельными частицами токопроводящего слоя и, следовательно, флюктуирует (изменяется) величина сопротивления, что ведет к появлению между выводами резистора ЭДС токовых шумов Еi . Токовый шум, также как и тепловой, имеет непрерывный спектр, но интенсивность его увеличивается в области низких частот. Поскольку величина тока, протекающего через резистор, зависит от величины приложенного напряжения U, то в первом приближении можно считать, что

где Кi - коэффициент, зависящий от конструкции резистора, свойств резистивного слоя и полосы частот

Величина , Кi указывает в ТУ и лежит в пределах от 0,2 до 20 мкВ/В. Чем однороднее структура, тем меньше токовый щум. У металлопленочных и углеродистых резисторов величина Кi Ј1,5 мкВ/В, у композиционных поверхностных Кi Ј 40 мкВ/В, у композиционных объемных Кi Ј 45 мкВ/В. У проволочных резисторов токовый шум отсутствует. Токовый щум измеряется в полосе частот от 60 до 6000 Гц. Его величина значительно превышает величину теплового шума.

7. Номинальное сопротивление - это электрическое сопротивление, обозначенное на корпусе резистора и являющееся исходным для определения его допустимых отклонений. Резисторы выпускаются с таким значением номинального сопротивления, чтобы вместе с допуском оно было приблизительно равно значению сопротивления следующего номинала минус его допуск. Установлены следующие диапазоны номинальных сопротивлений: для постоянных резисторов - от долей ома до единиц тераом; для переменных проволочных - от 0,47 Ом до 1 Мом; для переменных непроволочных - от 1 Ом до 10 Мом. Иногда допускается отклонение от указанных пределов.

Численные значения номинальных сопротивлений резисторов, выпускаемых отечественной промышленностью, стандартизованы (ГОСТ 2825-67).

Разница между номинальным и действительным значениями (из-за

погрешностей изготовления) сопротивления, отнесенная к номинальному значению, характеризует допускаемое отклонение (допуск) от номинального сопротивления (в%). Допуски также стандартизованы и согласно ГОСТ 9667-74 имеют следующие значения: ±0,001, ±0,002, ±0,005, ±0,01, ±0,02, ±0,05, ±0,1, ±0,25, ±0,5, ±1, ±2, ±5, ±10, ±20 и ±30. Допуски указывают максимальное и минимальное значение номинального сопротивления.

Фактические значения сопротивлений могут отличаться от номинальных на величину стандартных допусков. Допуски указываются в процентах (от ±0,001 до ±30).

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре 1986г.

 Ярочкина Г.В. Радиоэлектронная аппаратура и приборы: Монтаж и регулировка 2002г.

Размещено на Allbest.ru