Простейших электрических

Простейшие логические операции, такие, как И, ИЛИ, Запрет, легко могут быть осуществлены на одной магнитно-полупроводниковой ячейке путем намотки и соответствующего включения ряда входных (записывающих) обмоток. Покажем это на примере (рер-рит-диодной ячейки, имеющей две входные обмотки ( 6.17).

Название цифровых микросхем обусловлено их функциональным назначением — они выполняют простейшие логические операции.

Наиболее распространенные простейшие логические микросхемы содержат логические элементы, выполняющие более сложные логические операции. Это операция И — НЕ (нззывземзя еще логической функцией Шеффера), ИЛИ — НЕ (логическая функция Пирсз), а также операция И — ИЛИ — НЕ, выполняемая соединенными между собой внутри микросхемы более простыми логическими элементами.

Логические микросхемы на МДП-транзисторах. В своем развитии МДП-транзисторы прошли несколько этапов. Первыми широкое распространение в интегральной логике получили МДП-транзисторы с каналами р-типа. Нагрузками инверторов логических элементов на приборах этого типа являются также р-каналь-ные транзисторы, имеющие своеобразную конфигурацию области канала (см. гл. 1). Затворы их соединяются с источником относительно высокого напряжения отрицательного смещения или с отрицательным полюсом общего источника питания. Простейшие логические функции И — НЕ, ИЛИ — НЕ осуществляются последовательным или параллельным включением транзисторов ( 3.10, а, б). Подложка р-канальных МДП-

Логические элементы вместе с запоминающими элементами составляют основу устройств цифровой (дискретной) обработки информации — вычислительных машин, цифровых измерительных приборов и устройств автоматики. Логические элементы выполняют простейшие логические операции над цифровой информацией, а запоминающие элементы служат для ее хранения.

Простейшие логические элементы И и ИЛИ могут быть построены на основе диодных ключей. В качестве элемента НЕ обычно ис-

ИМС малой степени интеграции представляли собой логические вентили, выполняющие простейшие логические функции, триггерные схемы (триггеры, сумматоры, дешифраторы и т.п.) или схемы усилителей. В топологическом отношении первые ИМС — это базовые кристаллы с набором транзисторов, резисторов и других компонентов, которые объединялись путем металлизации в различные логические и триггерные схемы. Схемотехническая организация таких ИМС практически совпадает с организацией базового логического элемента. По мере роста степени интеграции появились возможности реализовать в виде СИС простейшие блоки и узлы традиционных систем обработки и хранения дискретной информации. При этом область применения СИС сужается, что влечет за собой увеличение типов СИС при одновременном уменьшении производства и, следовательно, увеличении стоимости. Таким образом, рост степени интеграции входит в противоречие с экономическими факторами.

10.3. ПРОСТЕЙШИЕ ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

Электронные схемы, выполняющие простейшие логические операции, называют логическими элементами. Логическая переменная X представляется на входе логического элемента напряжением сигнала, принимающим два значения: низкого или высокого уровня (например,

В основе построения цифровых ИМС лежат логические элементы (электронные схемы), выполняющие простейшие логические операции и различные логические функции. Логические функции и логические операции над ними изучаются в алгебре логики, или булевой алгебре.

Схемотехническая реализация многообразия потенциальных ИМС основана на типовых базовых функциональных элементах. По виду реализуемой логической функции функциональные .элементы микросхем условно подразделяют на два класса..К первому классу относят функциональные элементы одноступенчатой логики, реализующие простейшие логические функции (операции): И, ИЛИ, НЕ, И — НЕ, ИЛИ — НЕ. Микросхемы, выполняющие только логические функции И — НЕ или ИЛИ — НЕ, называют основными логическими ИМС. Ко второму классу относят функциональные элементы двухступенчатой логики, реализующие более сложные логические функции: И — ИЛИ, ИЛИ — И, НЕ — И — ИЛИ, И — ИЛИ — НЕ, И — ИЛИ — И и др.

В системах автоматического управления часто происходит нарушение установившихся режимов и они практически работают в условиях переходного режима. В большинстве систем автоматического управления используются электротехнические устройства, поэтому необходимо рассмотреть переходные процессы хотя бы в простейших электрических цепях.

ПРОСТЕЙШИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

§6.8. Основные понятия о круговых диаграммах простейших электрических цепей синусоидального тока ......... 141

— простейших электрических машин 33,40

Основная идея книги заключается в иллюстрации возможностей виртуальной электронной лаборатории на персональном компьютере, какой является пакет программ Electronics Workbench. Доступность для российского потребителя как по стоимости, так и по возможности приобретения является необходимым, но недостаточным условием для освоения этого программного продукта. Не менее важной является детальная проработка всех аспектов организации проведения экспериментов и упражнений в конкретной области применения. Именно такая проработка и предложена в книге для задач самой различной проблематики (от простейших электрических цепей до электронных схем).

В простейших электрических цепях переменного тока с одним источником питания токи в отдельных парал-

Глава?. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПРОСТЕЙШИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

Глава 7. Переходные процессы в простейших электрических цепях

Рассмотрены устройства, принцип действия и характеристики импульсных и логических элементов на полупроводниковой основе и в интегральном исполнении, а также примеры их применения. Особое внимание уделено импульсным процессам в простейших электрических цепях, логических элементах и узлах, формирующих устройствах и генераторах видеоимпульсов различных типов. Предназначено для подготовки механиков по обслуживанию вычислительных машин.

Таким образом, особый интерес представляет детальное знакомство с проблемами построения аналитических решений уравнений состояния таких линейных стационарных электрических цепей, которые содержат только один накопитель энергии — индуктивный или емкостный элемент. Целесообразность выделения в отдельный класс таких цепей и последующего углубленного исследования их уравнений обусловлена следующими обстоятельствами. Во-первых, подобные цепи — наиболее простые электрические цепи, в которых возникают процессы, обусловленные накоплением и расходованием энергии электромагнитного поля. Изучение подобных простейших процессов представляет интерес тем более, что подобные цепи соответствуют достаточно важным в прикладном отношении электротехническим устройствам. Кроме того, простота математической структуры уравнений состояния подобных цепей и наглядность физической картины явлений, им соответствующих, позволяют простыми математическими средствами создать такую методику всестороннего исследования этих уравнений, которая бы в наибольшей мере отвечала особенностям физической природы рассматриваемых явлений. Во-вторых, изучение явлений в подобных цепях представляет интерес в том смысле, что все более сложные цепи с несколькими накопителями энергии фактически состоят из совокупности цепей выделенного класса, рассматриваемых как подцепи. Еще более важным является то, что созданная методика математического исследования уравнений состояния простейших электрических цепей может быть распространена и на уравнения состояния сложных электрических цепей, содержащих большое число накопительных элементов, и даже на уравнения состояния электромагнитных сред. Дело в том, что уравнения состояния простейших электрических цепей x—ax + f, где X—IL(X—UC) —ток индуктивного (или напряжение емкостного) элемента соответствующей цепи, имеют формальное сходство с уравнениями состояния сложных электрических цепей, содержащих несколько накопителей энергии: x=Ax+f, где x~[xi ...хт]* — /n-мерный вектор переменных состояния. Формальным сходством обладает и запись аналитических

решений уравнений x=ax+f и x=Ax+f. Таким образом, детально разобрав все особенности построения аналитических решений уравнений состояния простейших электрических цепей, можно использовать наиболее эффективные из рассмотренных методов для решения уравнений состояния сложных электрических цепей. Запись решения уравнений состояния сложных электрических цепей х= = Ax--f имеет и определенное качественное отличие, поскольку она содержит функции от матрицы А, которые, однако, могут быть сведены к набору обычных скалярных функций. Поэтому в первых двух главах данного пособия подробно на большом числе примеров рассмотрены как методы исследования уравнений состояния простейших электрических цепей, так возможности и особенности применения этих методов для исследования сложных электрических цепей. Как развитие этого подхода в гл. 3 и 4 анализируются методы построения аналитических решений уравнений состояния второго порядка x = Ax+f, описывающих, например, реактивные электрические цепи, и уравнений состояния с переменной матрицей коэффициентов x==A(t)x+f, описывающих линейные нестационарные электрические цепи. Основное внимание в этих главах уделяется проблеме построения установившихся составляющих решений уравнений состояния, численный расчет которых связан с рядом трудностей. В гл. 5 описываются алгоритмы численной обработки полученных в предыдущих главах аналитических решений уравнений состояния. Высокая вычислительная эффективность развитых при этом процедур позволяет их использовать и в алгоритмах численного решения уравнений состояния (см. гл. 6) и машинного расчета электрических цепей (см. гл. 7).