Основные результаты седьмой главы

Микроминиатюризация электронных компонентов привела к ситуации, когда источник питания электронного устройства из-за громоздкого силового трансформатора по массогабаритным показателям существенно превышает само электронное устройство.

Разрешение этой ситуации достигается за счет преобразования частоты, в результате частота, на которой работает трансформатор, в сотни – тысячи раз превышает частоту первичного источника, а массогабаритные размеры трансформатора уменьшаются в десятки – сотни раз.

Функционально законченные интегральные стабилизаторы позволяют получить чрезвычайно высокий уровень стабильности выходных напряжений источника питания.

Минимальными потерями обладают стабилизаторы ключевого типа, реализующие принцип ШИМ.

II. Основы цифровой электроники

1. ВВЕДЕНИЕ

Цифровая электроника решает задачи обработки информации, носителем которой являются сигналы бинарного (двоичного) вида. Бинарный сигнал, называемый в технической литературе цифровым, имеет два информативных значения: 0 и 1. Эти цифры отражают не численные значения электрического сигнала, а лишь некоторый его признак, поэтому называются логическим нулем или единицей. Например, наличие на выходе цифрового устройства импульса с некоторым заранее установленным уровнем в конкретный (тактируемый) момент времени может быть обозначено логической единицей, а отсутствие такого импульса – логическим нулем (или наоборот). На практике основное применение нашли потенциальные цифровые устройства с позитивной логикой, в которых 0 или 1 представляются низким (Н) или высоким (В) уровнем потенциала (постоянного напряжения), рис. 1.1. Возможна и так называемая негативная логика, когда высокому потенциалу соответствует 0, а низкому – 1.

Рис. 1.1. Цифровой сигнал в позитивной логике:

1 – уровень логической единицы; 0 – уровень логического нуля

Логической единицей можно обозначить любой высокий уровень, например: 3 В, 5 В, 15 В и т. д., а логическим нулем – любой низкий, например: 0,1 В, 0,5 В и т. д., причем значения этих уровней могут находиться в пределах некоторой допустимой зоны.

Несмотря на простоту, цифровой сигнал обладает большой информационной универсальностью: с его помощью можно представлять числовые величины (в позиционной двоичной системе счисления), сигналы произвольной формы (с помощью кодоимпульсной модуляции), дискретные события (включено-выключено, свободно-занято и др.). Генерация цифровых сигналов производится с помощью электронных ключей (рис. 1.2), техническая реализация которых проще, чем аналоговых усилителей, т. к.:

- не надо задавать и стабилизировать режим покоя;

- не надо вводить ООС для снижения нелинейных искажений, для стабилизации коэффициента усиления;

- мощность, рассеиваемая на усилительном элементе в ключевом режиме, существенно ниже, чем в аналоговом режиме, что позволяет увеличить плотность упаковки элементов в объеме кристалла.

а б

Рис. 1.2. Генерация цифровых сигналов с помощью электронных ключей:

а – логического нуля (усилительный элемент открыт); б – логической
единицы (усилительный элемент заперт); U_y – управляющий сигнал

Для цифрового сигнала небольшая нелинейность передающего канала не имеет значения (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Прохождение цифрового сигнала
через нелинейное устройство [ ] без искажений

Цифровые сигналы легко кодируются, что обеспечивает высокую скрытность и помехозащищенность передачи информации в цифровом виде. Цифровые сигналы можно «запоминать» в виде заряда емкости МДП-структуры. Такие полупроводниковые элементы цифровой «памяти» могут выполняться в виде специализированных микросхем, обладающих большой информационной емкостью.

С помощью лазерного луча бинарные признаки (наличие-отсутствие штриха на шлифованной поверхности) могут с большой плотностью «упаковываться» на миниатюрных дисках, являясь хранилищем огромных объемов информации.

Программное управление цифровыми сигналами позволяет решать неограниченный круг задач преобразования при наличии достаточно большого числа функциональных цифровых преобразователей. Все эти замечательные свойства цифровых сигналов и обусловили революционный характер развития цифровой электроники – компьютерной техники, цифровых систем передачи информации, управления техническими объектами.

2. ЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ