В предыдущих разделах рассматривались аналоговые сигналы: постоянный ток, гармоническое напряжение, модулированный сигнал и т.п. У аналоговых сигналов каждое их значение в любой момент времени может использоваться для передачи информации.
В цифровых устройствах, в компьютерах используются импульсные сигналы (рис. 4.1). В этом случае для передачи информации используется факт наличия или отсутствия импульса. Реальный импульсный сигнал (см. рис. 4.1) характеризуется следующими параметрами:
· амплитудой импульса (UМ);
· длительность импульса (tИ), равной 0,5 амплитуды импульса;
· длительностью переднего фронта (tФ);
· длительностью заднего фронта (среза) импульса (tСР).
Длительности переднего и заднего фронтов соответственно равны 0,1UМ и 0,9UМ. Как правило, значения сигнала меньше 0,1UМ, соответствуют отсутствию импульса – логическому нулю (в положительной логике). Если уровень сигнала превышает 0,9 UМ, то импульс считается присутствующим: его значение соответствует логической единице (в положительной логике). Импульсные сигналы, по сравнению с аналоговыми, обладают информационной избыточностью. Но при этом импульсные сигналы с большей надежностью сохраняют информацию о логическом значении в условиях воздействия помех, наводок и шумов.
Используемые в электронно-вычислительных машинах (ЭВМ) импульсные сигналы несут двоичную информацию: большим значениям приписывается значение логической единицы, а малым значениям – логического нуля (здесь и далее используем положительную логику). Импульсному сигналу соответствует в этом случае логический сигнал (рис. 4.2), равный в некоторые моменты времени логической единице, а в другие моменты – логическому нулю.
Отметим, что для простоты временные интервалы, при которых значение логического сигнала не определено, на рис. 4.2 не показаны.
Электронный ключ – это устройство, выполненное, как правило, на транзисторе и предназначенное для получения импульсного (логического) сигнала. Электронный ключ – основа для построения более сложных цифровых устройств, включая микропроцессоры.
Простейшая схема ключа на биполярном транзисторе с резистивной нагрузкой приведена на рис. 4.3. Аналогично строится схема простейшего ключа на полевом транзисторе. На входе ключа включен источник сигнала с внутренним сопротивлением, равным RC. Нагрузкой каскада служит резистор RК. Внешняя нагрузка для простоты не учитывается. На схеме штриховыми линиями показаны две паразитные емкости.
Входная емкость СВХ включает в себя емкость эмиттерного перехода и емкость монтажа, возникающую между элементами входной цепи и корпусом устройства. Выходная емкость CВЫХ образована емкостью между коллектором и эмиттером транзистора и емкостью монтажа в выходной цепи.
 |
Для оценки работы электронного ключа используется переключательная (амплитудная) характеристика (рис. 4.4). При малом входном напряжении (uВХ < UIВХ ) транзистор закрыт, и на выходе устанавливается высокое напряжение, соответствующее логической единице. Если напряжение uВХ > U0ВХ, то транзистор полностью открывается. Через него в этом случае протекает большой ток коллектора, падение напряжения на нагрузочном резисторе RК будет большим, примерно равным напряжению питания (ЕП). Следовательно, потенциал коллектора будет близок к нулю. На выходе ключа устанавливается низкий уровень напряжения, соответствующий логическому нулю.
Транзистор в составе электронного ключа удобно рассматривать как резистор с управляемым сопротивлением. При открытом транзисторе сопротивление между коллектором и эмиттером мало (ключ замкнут), при закрытом – велико (ключ разомкнут).
Напряжение UIВХ определяет помехоустойчивость закрытого ключа. Если уровень помех, наводок или шумов не превышает это напряжение, то переключения ключа в замкнутое состояние с логическим нулем на выходе
