Реферат: Разработки функциональной схемы и определение ее быстродействия

С О Д Е Р Ж А Н И Е

1. Техническое задание...................................2

1.1 Исходныеданные.......................................3

2. Основные принципы работы элементов серии 500..........4

2.1.Отличительные особенности элементовЭСЛ типа..........4

2.2.Описание базовогоэлемента............................4

2.3.Принцип работы базовогоэлемента......................4

3. Расчет статических и динамических параметров..........6

3.1.Расчет статических параметров ........................6

3.2.Расчет динамических параметров......................12

4. Разработка функциональной схемысумматора (по модулю

2) на 13 входов

4.1.Реализация функциональной схемы на элементах

серии500.............................................A

4.2.Определение и расчет параметровсхемы................

4.2.1. Определение задержки переключенияна отрицатель-

ном и положительномфронтах.......................

4.2.2. Определение длительностисигнала..................

4.2.3. Определение средней задержкираспростронения

входногосигнала..................................

4.2.4. Определение работыпереключения...................

4.2.5. Таблица динамическихпараметров...................22

5.Выводы................................................22

Приложение1.............................................

Приложение2.............................................

— 2 -

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ:

1.Разработать функцианальную схемуи определить её быстродей-

ствие.

2.Выполнить проектирование и провестирасчет статического и пе-

реходного режима работы базового элементаЭСЛ типа. Описать принцип

работы элемента в статическом и переходномрежимах, переключения и их

особенностях.

3.Выбрать и расчитать параметры схемыбазового элементав стати-

ческом режиме Rо, Rнагр, Rк1, Rк2, уровнии амплитуды выходного сиг-

нала, суммарную мощность на ЭСЛ схеме.

4.Расчитать и построить входнуюхарактеристику I =f(Uвх), пере-

даточную характеристику Uвых =f(Uвх) дляпрямого и инверсного выхода.

5.Рассчитать и построить переходнуюхарактеристику при включении

двух значений емкости нагрузки 1-Сн=0 и Сн= пФ (Uвых=f(t)) для по-

ложительного и отрицательного фронтовсигнала на прямом и инверсном

выходе.

6.Определить по переходнымхарактеристикам и расчитать параметры

схемы задержка переключения наотрицательном и положительном фронтах,

длительность сигнала, среднюю задержкураспространения входного сиг-

нала, работу переключения (энергию).Всезначения свести в таблицу.

— 3 -

1.1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.

1. Мощность токовогопереключателя: Р0= мВт.

2. Еп1=-5.0 В ; Еп2=-2.0 В; Еп0= 0 В.

Нестабильность Еп1 и Еп2: +-10%

Еоп=-1,2 В

3. Амплитуда выходного сигнала: 0,8 В

Uв=-0,8 В

Uн=-1,6 В

4. Сопротивление нагрузки :

Rн= 100 Ом

Rн= 1000 Ом

5. Емкость нагрузки :

Сн1= 0 пФ

Сн2= пФ

6. Параметры транзистора :

Bo = 100

7. Предельная частота транзистора :

fт= 1,6 ГГц

tпр = 0,1 нс

8. Емкость коллектора:

Ск= 0,5 пФ

9. Падение напряжения :

Uбэо= 0,8 В

— 4 -

2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВСЕРИИ 500.

Серия 500 является системой быстродействующихлогических запоми-

нающих и специальных элементов ЭСЛ-типа.

Интегральные микросхемы серии 500предназначены для применения в

технических средствах и используются дляпостроения быстродействующих

устройств (процессоры, каналы, устройства управления оперативными и

внешними ЗУ и т.п.) Единой Системой ЭВМ.

2.1. ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИЭЛЕМЕНТОВ ЭСЛ ТИПА.

ИМС серии 500 обладают рядом положительных качеств, которые

обеспечивают их оптимальное использованиев быстродействующей цифро-

вой аппаратуре:

1) высоким быстродействием;

2) широкими логическимивозможностями;

3) постоянством потребления мощностипри повышении частоты;

4) большой нагрузочной способностью;

5) постоянством тока потребления отисточника основного

напряжения;

6) малой критичностью динамическихпараметров к технологии

производства;

7) хорошим соотношением фронтасигнала к его задержке;

8) высокой стабильностью динамическихпараметров в диапазоне

рабочих температур и при изменениинапряжения электропитания;

2.2 ОПИСАНИЕ БАЗОВОГО ЭЛЕМЕНТА

На рисунке 1.1 приведенапринципиальная электрическая схема ба-

зового элемента ЭСЛ-типа с напряжениемпитания Еп1=-5.0 В, с источни-

ком опорного напряжения Еоп =-1,2 В ивспомогательным Еп2 =-2.0 В. По

выходу У1 реализуется функция«И-НЕ» (инверсный выход), по выходу У2

реализуется функция «И» (прямойвыход). Схема элемента состоит из то-

кового переключателя, содержащего двеветви: первая ветвь на транзис-

торах Т1, Т2; вторая — на транзисторе Т3.Мощность токового переключа-

теляравняется 10 мВт.

Логические уровни «0» и«1» — 0,8 и 1,6 В соответственно.

2.3. ПРИНЦИП РАБОТЫ БАЗОВОГО ЭЛЕМЕНТА

Случай 1: На все входы элемента одновременно подаются сигналы

соответствующие логической единице,транзисторы Т1 и Т2 закрываются,

а транзистор Т3 открывается, так какнапряжение на его базе выше, чем

на базах транзисторов Т1, Т2, и черезнего проходит ток, задаваемый

сопротивлением Rо. Этот ток, уменьшенныйна значение тока базы тран-

зистора Т3, создает на сопротивлении Rк2 падение напряжения, равное

-0,8 В. С учетом падения напряжения напереходе база-эмитер транзис-

торов эмитерных повторителей Uбэо=-0,8В получим на прямом выходе

-1.6 В, а на инверсном выходе — 0,8 В .

Случай 2: На один вход элемента,например вход 1, подается сиг-

нал, соответствующий логическому нулю,транзистор Т1 открывается, а

транзистор Т3 закрывается. В этом случаена прямом выходе У2 уровень

напряжения будет -0,8 В, а на инверсном-1,6 В.

— 5 -

ОПИСАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Транзисторы элемента работают вдиапазоне от -1,3В до -0,3В. В

активной области меньше -1,3 В транзисторыработают в отсечке, выше

-0,3 В входят в режимнасыщения.Транзисторы работают в ненасыщенном

режиме, благодаря чему из задержекпереключения исключается рассасы-

вание заряда в транзисторе,увеличивается скорость переключения из

одного логического состояния вдругое. Порог переключения элемента

составляет -1,2 В. Выходные эмиттерныеповторители обеспечивают малое

выходное сопротивление микросхемы, чтоудобно при согласовании эле-

ментов в процессе построениямногокаскадных схем. Сопротивление Rк1 =

365 Ом выбрано меньше сопротивления Rк2 =416 Ом из-за разницы напря-

жений на базах в токовомпереключателе, так на базах транзисторов

Т1, Т2 напряжение -0,8 В а на базе Т3постоянно -1,2 В. Если допустить

изменение сопротивления Rк1 в большуюсторону, то увеличится напряже-

ние на базе соответствующего эмиттерногоповторителя и он призакроет-

ся, и если транзистор Т1 или Т2открыты, то увеличится напряжение на

инверсном выходе. (В этом и последнемпредложении напряжение рассмат-

ривается как разность потенциалов).

В случае изменения сопротивления Rк2- ситуация аналогична, из-

менение сопротивления Rо в большую сторонуприводит к уменьшению то-

ка, протекающего по открытому транзистору, иуменьшению напряжения на

базе эмиттерного повторителя, соответственно уменьшается выходное

напряжение.

ОПИСАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Динамические параметры базовогоэлемента зависят от сопротивле-

ния и емкости нагрузки. При емкостинагрузки, равной нулю, и увеличе-

нии сопротивления нагрузки, время фронтанарастания и спада сигнала, а

также время переключения элемента — уменьшается. Это происходит из-за

того, что уменьшается входная емкость ивместе с ней время переходно-

го процесса. Но при емкости нагрузки,отличной от нуля, характер пе-

реходных процессов изменяется. Времяфронта Uвых(t+) при увеличении

сопротивления нагрузки продолжает немногоуменьшаться, а время фронта

и время переключения Uвых(t-) начинаетрости, и колебательный процесс

на выходе Uвых(t+) становится болеевыраженным. Для уравнивания вре-

мени переключения с «1» в«0» и с «0» в «1», а также для уменьшения

бросков напряжения на Uвых(t+) при переходных процессах выбирается

Rн=100 Ом.

— 6 -

3. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХПАРАМЕТРОВ

3.1. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВБАЗОВОГО ЭЛЕМЕНТА

Важнейшими характеристиками ИМС серии500 являются входная, пере-

даточная и выходная характеристики.

ВХОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Входная характеристика используетсядля определения нагрузочной

способности элементов при работе нааналогичные элементы или при под-

ключении их в качестве нагрузки кспециальным элементам, а также для

оценки помехозащищенности элементов.Входная характеристика представ-

ляет собой зависимость входного тока отвходного напряжения.

На входной характеристике ЭСЛэлемента можно выделить четыре об-

ласти, соответствующие четырем возможнымрежимам работы входной цепи

ИС: 1 — входной транзистор закрыт;входной ток определяется сопро-

тивлением базового резистора, подключенногоко входу; 2 - происходит

отпирание входного транзистора; нелинейныйучасток определяется воз-

растающим базовым током входноготранзистора; 3 — входной транзистор

открыт; входной ток незначительно увеличивается из-за увеличения

эмиттерного тока ТП и увеличения токачерез базовый резистор; 4 -

входной транзистор открыт до насыщения;базовый ток транзистора зна-

чительно увеличивается при повышении входного напряжения (режим нера-

бочий).

ПЕРЕДАТОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Передаточная характеристикапредставляет собой зависимость вы-

ходного напряжения микросхем от входного напряженияпри переключении

схемы из одного состояния в другое.На передаточной хапрактеристике

можно выделить четыре области: 1 — область установившгося значения

низкого выходного напряжениялог.«1» для прямого и высокого напряже-

ния лог.«0» для инверсноговыходов; 2-зона переключения из «1» в «0»

для прямого и из «0» в«1» инверсного выходов; 3 - область устано-

вившегося значения «0» дляпрямого и «1» для инверсного выходов ( в

этой области характеристика имеетнекоторый наклон, вследствие неиде-

альности генератора тока ТП ); 4 — область насыщения для инверснго

плеча ТП.

Передаточная характеристика основногоэлемента может быть ис-

пользована для анализа выходных уровнейнапряжения в различных режи-

мах работы, оценки формирующих средств ипомехозащищенности элемен-

тов, определения их совместной работы сдругими логическими элемен-

тами или специальными элементами.

— 7 -

Для всех расчетов статических идинамических параметров базового

элемента принят вариант его работы:

Вариант работы: Ро= Сн= M= 6

┌───────────────────────────────────────────────────────────────────┐

│ Расчёт статического режима работы ЛЭ ЭСЛ │

│ │

├───────────────────────────────────────────────────────────────────┤

│ │

│ Rн= 100 Ом E1= -4.5 В │

╞═══════════════════════════════════════════════════════════════════╡

│ │

├─────────────────────────── E2= -1.8 В ──────────────────────────┤

│ │

│ Ro( 0) = 400.00 Ом RK1( 0) = 111.56 Ом RK2( 0) = 129.64 Ом │

│ Io = 6.25 мА Io*B = 7.25 мА Io*H = 5.25 мА │

│ Iвбэп = 99.01 мкА Iнбэп = 19.80 мкА │

│ Iвэп = 10.00 мА Iнэп = 2.00 мА │

│ Pвэп = 10.00 мВт Pнэп = 2.00 мВт │

│ Pсум = 37.00 мВт Po = 25.00 мВт │

│ │

├─────────────────────────── E2= -2.0 В ──────────────────────────┤

│ │

│ Ro( 1) = 400.00 Ом RK1( 1) = 111.56 Ом RK2( 1) = 129.64 Ом │

│ Io = 6.25 мА Io*B = 7.25 мА Io*H = 5.25 мА │

│ Iвбэп = 118.81 мкА Iнбэп = 39.60 мкА │

│ Iвэп = 12.00 мА Iнэп = 4.00 мА │

│ Pвэп = 24.00 мВт Pнэп = 8.00 мВт │

│ Pсум = 57.00 мВт Po = 25.00 мВт │

│ │

├─────────────────────────── E2= -2.2 В ──────────────────────────┤

│ │

│ Ro( 2) = 400.00 Ом RK1( 2) = 111.56 Ом RK2( 2) = 129.64 Ом │

│ Io = 6.25 мА Io*B = 7.25 мА Io*H = 5.25 мА │

│ Iвбэп = 138.61 мкА Iнбэп = 59.41 мкА │

│ Iвэп = 14.00 мА Iнэп = 6.00 мА │

│ Pвэп = 28.00 мВт Pнэп = 12.00 мВт │

│ Pсум = 65.00 мВт Po = 25.00 мВт │

│ │

│ Rн= 100 Ом E1= -5.0 В │

— 8 -

│ │

├─────────────────────────── E2= -1.8 В ──────────────────────────┤

│ │

│ Ro( 3) = 600.00 Ом RK1( 3) = 143.18 Ом RK2( 3) = 162.58 Ом │

│ Io = 5.00 мА Io*B = 5.67 мА Io*H = 4.33 мА │

│ Iвбэп = 99.01 мкА Iнбэп = 19.80 мкА │

│ Iвэп = 10.00 мА Iнэп = 2.00 мА │

│ Pвэп = 10.00 мВт Pнэп = 2.00 мВт │

│ Pсум = 37.00 мВт Po = 25.00 мВт │

│ │

├─────────────────────────── E2= -2.0 В ──────────────────────────┤

│ │

│ Ro( 4) = 600.00 Ом RK1( 4) = 143.18 Ом RK2( 4) = 162.58 Ом │

│ Io = 5.00 мА Io*B = 5.67 мА Io*H = 4.33 мА │

│ Iвбэп = 118.81 мкА Iнбэп = 39.60 мкА │

│ Iвэп = 12.00 мА Iнэп = 4.00 мА │

│ Pвэп = 24.00 мВт Pнэп = 8.00 мВт │

│ Pсум = 57.00 мВт Po = 25.00 мВт │

│ │

├─────────────────────────── E2= -2.2 В ──────────────────────────┤

│ │

│ Ro( 5) = 600.00 Ом RK1( 5) = 143.18 Ом RK2( 5) = 162.58 Ом │

│ Io = 5.00 мА Io*B = 5.67 мА Io*H = 4.33 мА │

│ Iвбэп = 138.61 мкА Iнбэп = 59.41 мкА │

│ Iвэп = 14.00 мА Iнэп = 6.00 мА │

│ Pвэп = 28.00 мВт Pнэп = 12.00 мВт │

│ Pсум = 65.00 мВт Po = 25.00 мВт │

│ │

│ Rн= 100 Ом E1= -5.5 В │

│ │

├─────────────────────────── E2= -1.8 В ──────────────────────────┤

│ │

│ Ro( 6) = 700.00 Ом RK1( 6) = 145.66 Ом RK2( 6) = 162.58 Ом │

│ Io = 5.00 мА Io*B = 5.57 мА Io*H = 4.43 мА │

│ Iвбэп = 99.01 мкА Iнбэп = 19.80 мкА │

│ Iвэп = 10.00 мА Iнэп = 2.00 мА │

│ Pвэп = 10.00 мВт Pнэп = 2.00 мВт │

│ Pсум = 37.00 мВт Po = 25.00 мВт │

│ │

├─────────────────────────── E2= -2.0 В ──────────────────────────┤

│ │

│ Ro( 7) = 700.00 Ом RK1( 7) = 145.66 Ом RK2( 7) = 162.58 Ом │

│ Io = 5.00 мА Io*B = 5.57 мА Io*H = 4.43 мА │

│ Iвбэп = 118.81 мкА Iнбэп = 39.60 мкА │

│ Iвэп = 12.00 мА Iнэп = 4.00 мА │

│ Pвэп = 24.00 мВт Pнэп = 8.00 мВт │

│ Pсум = 57.00 мВт Po = 25.00 мВт │

└───────────────────────────────────────────────────────────────────┘

— 9 -

├─────────────────────────── E2= -2.2 В ──────────────────────────┤

│ │

│ Ro( 8) = 700.00 Ом RK1( 8) = 145.66 Ом RK2( 8) = 162.58 Ом │

│ Io = 5.00 мА Io*B = 5.57 мА Io*H = 4.43 мА │

│ Iвбэп = 138.61 мкА Iнбэп = 59.41 мкА │

│ Iвэп = 14.00 мА Iнэп = 6.00 мА │

│ Pвэп = 28.00 мВт Pнэп = 12.00 мВт │

│ Pсум = 65.00 мВт Po = 25.00 мВт │

├────────────────────

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Проектирование усилителя мощности на основе ОУ

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Вторично-ионная масса спектрометрия

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Расчет многокаскадного усилителя

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Расчет апериодического каскада усилительного устройства

29 Августа 2013