Наконец, стандартные входы ТТЛ имеют низкое напряженр1е пробоя на переходе эмиттер - база, поэтому подключать их к шине Ч-5 В не рекомендуется. (Если в источнике питания выйдет из строя проходной транзистор, напряжение резко подскочит до своего верхнего предела, составляющего обычно 6,5-7 В. Это ниже предельно допустимого напряжения питания ТТЛ, которое равно 7 В, но выше напряжения пробоя для входов.) Поэтому необходимо использовать последовательные резисторы или прибегать к каким-либо другим ухищрениям.

КМОП. Входы элементов КМОП подвержены пробою под воздействием статического электричества. Смертность у КМОП действительно подскакивает в зимнее время! Входы КМОП имеют очень большой разброс по значениям порогового уровня, что в сочетании с высоким выходным импедансом (200-500 Ом) приводит к возникновению проблемы скоса фронтов тактовых импульсов (см. разд. 8.34). При медленно нарастающем сигнале на входе могут возникать двойные переключения на выходах. В устройствах на КМОП все неиспользованные входы, включая входы незадействованных вентилей, обязательно должны быть соединены с шиной ВЫСОКОГО или НИЗКОГО уровня. И наконец, при питании от источника -f 5 В схемы КМОП оказываются просто на редкость медленными.

Аномальное поведение. ТТЛ. С элементами ТТЛ не связано такое большое число таинственных явлений, как с КМОП, однако некоторые одновибраторы ТТЛ срабатывают от иголок в цепи питания (или земли) и вообще, как правило, ведут себя в известной степени нервно . Кроме того, схема, которая прекрасно работает на стандартных ТТЛ, может давать сбои при замене их на LS ТТЛ, так как последние более чувствительны к коротким пичкам по шине земли. В большинстве случаев неправильную работу элементов ТТЛ можно связать с проблемой помех.

КМОП. Элементы КМОП способны кого угодно вывести из состоя-Ьния равновесия! Например, если входной сигнал возникает сразу же г после включения питания, то схема может войти в режим тиристор- ного включения , через входные защитные диоды потечет ток 50 мА, >-корпус начнет нагреваться и, для того чтобы схема снова начала пра-г ВИЛЬНО работать, потребуется отключить питание. Если это не сделать i в течение нескольких секунд, то придется заменить микросхему.

1> Для задания 1 на незадействованные входы от-f 5 В. Это надо делать всегда: эмиттерные переходы многоэмиттерных транзисторов плохо выдерживают обратные напряжения. Из рис. 8.17, а видно, что в случ?е 1 на всех входах на базе Ti иапряже- ние будет около 2 В. При 5 В иа одном нз входных эмиттерных переходов будет около 3 В обратного напряжения, что вызовет восстанавливаемый пробой типа зенеровского. .Но чтобы переход не был поврежден, ток должен быть ограничен на уровне 0,5-1 мА йрезистором 2-3 кОм.- Прим. ред.

Зимой больше статические заряды, так как меньре влщиосп в помещениях.- Прим. ред.

Схема КМОП имеет весьма странные и коварные режимы ложной работы. Один из выходных полевых транзисторов может открыться, приводя к кодозависимым ложным срабатываниям, которые очень трудно обнаружить. Вход может начать работать как источник тока или как токовая нагрузка. Весь корпус ИМС вдруг может начать потреблять от источника питания весьма значительный ток. Для того чтоб;.: легче было обнаружить неисправную микросхему, потребляющую большой ток в статическом режиме, рекомендуется последовательно с контактом Ucc каждой ИМС включить резистор 10 Ом.

Кроме того, кристаллы КМОП имеют большой разброс по входному порогу, а один и тот же кристалл может иметь неодинаковые значения порогового уровня для различных функций, выполняемых по одному и тому же входу. Так, например, в устройстве 4013 выход Q при управлении по /?-входу переходит в состояние ВЫСОКОГО уровня раньше.

ШЧНЫЕ СХЕМЫ J.

ч>-1> -Ш

1020

Те.ЧЬНиТЬ ClCTE-loI

Синурсг.зирсаан с тана системы

-TLTL

ЛП-П П,Л-

а

Рис. 8.79.

а - формиропате.пь имгульса по переднему фронту cm пала; б - формирооатсль импульсн по спаду cnnidd; в-формирователь импульсов по обоим фронтам, г - dcuuxponiibifi форчмро-ватоль последовательности иэ 2 импульсов; д = синхронный форуЩ^ооагель иа 2 н^пул.сов.

чём выход Q установится в состояние НИЗКОГО уровня. Это означает, что сигнал установки нельзя обрывать по изменению выхода Q, поскольку возникающий в этом случае укороченный импульс может не сбросить триггер. Например, схема цифровой задержки, показанная на рис. 8.61, работать не будет, если вы попытаетесь исключить инвертор и сбрасывать счетчик непосредственно от выхода Q.

Нельзя оставлять входы корпуса КМОП неподключенньип!. В этом случае схема может время от йремени вести себя неправильно. Для того чтобы выявить неисправность, вы поставили щуп осциллографа в какую-то точку схемы и обнаружили там уровень О В, как и должно было быть. После этого в течение нескольких минут схема работает прекрасно, а потом снова сбивается! А произошло вот что: осциллограф разрядил неподключенный вход и потребовалось доста-ючно большое время, чтобы он снова мог зарядиться до порогового )ровня.

Дальше идет уже чистая фантастика: вы забыли подключить контактный вывод Uaz корпуса КМОП, но тем не менее схема работает просто идеально! А дело все в том, что она получает питание по одному 113 своих логических входов (от входа через защитный диод к цепи Uqc корпуса). Вы можете не замечать этого в течение длительного времени, пока не возникнет ситуация, Konja одновременно на всех входах корпуса будет действовать НИЗКИЙ уровень: кристалл потеряет питание и забудет свое состояние. В любом случае такой режим не .может считаться нормальным, поскольку выходной каскад не запитан надлежащим образом и не в состоянии обеспечить номинального тока. Сложность состоит в том, что подобная ситуация может давать о себе знать лишь эпизодически и вам придется пробежать не один круг, пока вы наконец додумаетесь, что же в действительности происходит.

СХЕМЫ, НЕ ТРЕБУЮЩИЕ ПОЯСНЕНИЙ

8.36. Удачные схемы

На рис. 8.79 показано несколько полезных применений цифровых схем.

8.37. Негодные схемы

На рис. 8.80 показан ряд классических ошибок, совершаемых разработчиками при построении цифровых схем.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УПРАЖНЕНИЯ

(1) Покажите, как построить (-триггер с помощью D-триггера и ком.чутатора-муль-типлексора, на 4 входа. Подсказка: в качестве J к К используйте адресные входы коммутатора.

(2) Разработайте схему, которая на 7-сегментном индикаторе будет показывать время (в миллисекундах), в течение которого была нажата кнопка. После каждого измерения

D Q

JITL

1,0 hOm

2 nvcK/ocT;\HOB

1.0 Kfl

j-СБРОС

счетчик

4-знаковый Z7-регистр

-знаковый дешифраюо-формирователь- индикатор

1кОМ1 л--

5 И

п п ги

Вадна частота

ХРАНЕНИЕ; £-6ЫШИЙр1)б1;№ ВВОД/ВЫВОД:£-НИЗКИЙ (ювень

Риб. 8.80.

в 1- формирователь короткого импульса; б - хронометр (с одииочиоН кнопкой ПУСК/ОСТАНОВ); й ключ о подавителем дребезга; s - схема для исключения каждого второго импульса из входной Последовательности импульсов с длительностью 1 мкс (гонкий случай), б - счетный час тотомер с буферным регистром.

устройство должно автоматически возвращаться в исходное состояние. Используйте генератор 1,0 МГц.

(3) Постройте измеритель реакции. После того как А нажимает кнопку, загорается светодиод и счетчик начинает отсчет. Когда свою кнопку нажимает В , светодиод гаснет, а на цифровом индикаторе воспроизводится время в миллисекундах. Позаботьтесь о том, чтобы схема работала нормально даже в случае, когда А успевает отпустить свою кнопку до того, как В нажмет свою.

(4) Постройте измеритель периода - устройство, измеряющее число микросекунд в одном периоде гармонического входного сигнала. Для формирования уровней ТТЛ установите на входе компаратор на триггере Шмитта; используйте тактовую частоту ШГц. Сделайте так, чтобы каждое очередное измерение начиналось после нажатия кнопки.

(5) Добавьте к счетчику периода буферный регистр, если вы еще не успели его поставить.

(6) Теперь сделайте так, чтобы схема намеряла время десяти периодов. Кроме того, пусть во время счета загорается светодиод.

(7) Сконструируйте настоящий электронный секундомер. Кнопка А начинает и останавливает счет, кнопка В производит сброс. Выход должен иметь вид хх -х (секунды и десятые доли). Считайте, что в схеме имеются прямоугольные импульсы, следующие с частотой I МГц.

(8) В некоторых секундомерах используется только одна Кнопка (при каждом нажатии выполняется одна из операций цикла: пуск, останов, сброс, затем снова пуск и т. д.). Постройте электронный эквивалент такого секундомера.

(9) Сконструируйте высокочувствительный цифровой частотомер, который будет измерять число периодов входного сигнала в 1 с. Число значащих цифр должно быть достаточно большим. Во время каждого цикла счета число, отсчитанное на предыдущем интервале, запоминайте в буферном регистре. Интервалы счета возьмите равными 1, 0,1 и 0,01 с. Полезно добавить в устройство хорошую входную схему, которая позволит работать при различных значениях чувствительности. Эта схема представляет собой триггер Шмитта с регулируемыми гистерезисом и точкой запуска (используйте быстродействующий компаратор). Можно также добавить сигнальный вход для уровней ТТЛ.

Лхоцное число

Входное число

Рис. 8.81.

СуташТло модулю 16) 8CEX чисел, В8епенныц в -момента последней

Подумайте, как организовать двончно-десятичный выход: с помощью коммутации или путем параллельного вывода каждой цифры? Потратьте некоторое время на раздумье. (10) Сконструируйте схему для регистрации пролета снаряда или пули, используя логические элементы ТТЛ. Летящий снаряд разрывает тонкий провод, пересекающий путь его полета, затем, преодолев по ходу своего полета некоторое расстояние, разрывает второй провод. Не забывайте о проблеме дребезга контактов. Считайте, что в вашем распоряжении есть последовательность прямоугольных импульсов частотой 10 МГц с

fb . Pi

Рис 8 8?,

(14) В упражнении 8.14 сделали схему умножения 2X2, используя карсы Карно для каждого выходного бита. Теперь решите ту же задачу, используя операции сдвига и сложения. Для начала запишите произведение тем самым способом, который вам известен из начальной школы Этот процесс имеет простую повторяющуюся схему (рис. 8.82) и требует для своей реализации несколько 2-входовых вентилей (какого типа?), которые будут вырабатывать промежуточные члены ( обо и т. п.), и 1-разрядных полусумматоров (сумматоры, которые имеют выход переноса, но не имеют входа переноса) для сложения промежуточных членов.

(15) Теперь по тому же принципу постройте умножитель 4X4, используя 4-paci-рядные полные сумматоры (74LS83) н шестнадцать 2-входовых вентилей.

уровнями ТТЛ, и постройте схему, воспроизводящую на индикаторе интервал времени между моментами разрыва двух проводов в микросекундах (4 цифры). Схема должна готовиться к очередному выстрелу путем нажатия кнопки. (Т1) С помощью двух схем 74LS42 ( 1 из 10 ) постройте дешифратор 1 из 16 . Входной сигнал представляет собой 4-разрядное двоичное число. На выходе должны действовать уровни отрицательной логики (как это имеет место для74Ь542). Подсказка: в качестве входа старшего разряда используйте цепь разрешения.

(12) Представьте себе, что у вас есть четыре ПЗУ на 256 бит семейства ТТЛ, каждое из которых имеет 8-разрядный параллельный адресный вход, выходные схемы с тремя состояниями (в положительной логике) и вход для их отпирания, использующий отрицательную логику (т. е ПЗУ подает на выход выбранный информационный бит, когда отпирающий сигнал имеет низкий уровень). Покажите, как с помощью этих устройств, используя любые необходимые средства, построить ПЗУ иа 1024 бита. (Возможно, окажется удобным применить 74LS42, а может быть, это проще будет сделать с помощью вентилей. Попробуйте оба способа )

(13) Попытайтесь сделать схему, которая хранила бы текущую сумму последовательно вводимых в нее 4-разрядных двоичных чисел. Сохраняйте только 4 разряда результата (т. е. производите суммирование по модулю 16). Подобные схемы используются для получения контрольных сумм , которые записываются на носитель информации, чтобы выявлять ошибки, например, при записи па перфоленту. Считайте, что каждое новое число, поступающее на вход схемы, сопровождается положительным импульсом готовности, который имеет длительность 1 мкс и уровень ТТЛ. Предусмотрите установочный вход. Таким образом, общий вид вашей схемы будет соответствовать рис. 8.81.

К этой схеме добавьте еще одну деталь, а именно выходной бит, которьп'г будет равен 1, если общее число единиц всех чисел, поступивших на вход с момента последней установки, нечетно, и О, если оно четно. Подсказка: с помощью паритетного дерева Исключающее ИЛИ можно определить, когда сумма единиг1> в каждом числе будет нечетной; на основе этого постройте схему.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие редактора перевода..................... 5

Предисловие...............................

Глава 1. Основы электроники...................... II

Введенпе............................. П

Напряжение, ток и сопротивление................. 12

Сигналы............................. 29

Конденсаторы и цепи переменного тока.............. 37

Индуктивности и трансформаторы................. 47

Полное и реактивное сопротивление ................ 49

Диоды и диодные схемы...................... 65

Другие пассивные компоненты.................. 78

Дополнительные упражнения................... 86

Глава 2. Транзисторы.......................... 88

Введение.....,....................... 88

Некоторые основные транзисторные схемы............. 90

Модель Эберса - Молла для основных транэпсторных схем..... 113

Некоторые типы усилительных каскадов.............. 127

Некоторые типичные транзисторные схемы............. 146

Схемы, ие тоебующие пояснении.................. 150

Дополнительные упражнения.................... 150

Глава 3. Обратная связь и операционные усилители........... 154

Предварительные сведения об обратной связи и операционных усилителях 1Г4

Основные схемы включения операционных усилителей........ 157

Калейдоскоп схем на операционных усилителях......... 164

Подробный аналич работы операционных усилителей ....... 172

Подробный анализ работы некоторых схем на ОУ......... 20

Компараторы и триггер Шкштта.................. 212

Обратная связь и усилители о конечным усилением......... 216

Некоторые типичные схемы о операционными усилителями..... 226

Частотная коррекция усилителен с обратной связью........ 230

Схемы, не требующие пояснений................. 242

Дополнительные упражнения................... 24б

Глава 4. Активные фильтры и генераторы............... 243

Активные фильтры........................ 248

Схемы активных фильтров.................... 2Ь2

Генераторы............................ 270

Схемы, понятные без пояснении.................. 281

Допатнптельнь1е упражнения.................... 283

Глава 5. Стабилизаторы напряжения и источники питания ,....... 284

Базовые схемы стабилизаторов па основе классической Ш\С 723 , . . 285

Проектирование теплоотвода мощных схем..... 291

Нестабилизированные источники питания............. 305

Источники опорного напряжения........,........ 314

Трехвыводные и четырехвыводные стабилизаторы.......... 325

Источники питания специального назначения ............ 335

Схемы, не требующие пояснений................. 356

Дополнительные упражнения................... 360

Глава 6. Полевые транзисторы...................... 361

Характеристики полевых транзисторов............... 361

Основдые схемы на ПТ...................... 374

Ключи на ПТ . . . ........................ 390

Примеры схем на ПТ....................... 402

Схемы, понятные без поясненпй.................. 418

Глава 7. Прецизионные схемы и малошумящая аппаратура....... . 419

Разработка прецизионной аппаратуры на операционных усилителях 419

Дифференциальные и приборные усилители............. 446

Шумы усилителей......................... 458

Измерение шума и источники шума................ 480

Помехи: экранирование и заземление ................ 486

Схемы, не требующие пояснений................. 496

Допатнительные упражнения................... 496

Глава 8. Цифровые схемы........................ 499

Основные логические понятия................... 499

ТТЛ и КМОП.......................... 516

Комбинационная логика ..... ................. 524

Последовательная логика..................... 540

Диаграмма состояний как инструмент проектирования....... 552

Стандартные ИМС для выполнения последовательных функций ... 563

Некоторые типовые схемы цифровой техники . . ......... 576

Патологии в логических схемах.................. 587

Схемы, не требующие пояснений................. 593

Дополнительные упражнения................... 593

УВАЖАЕМЫЙ ЧИТАТЕЛЬ!

Ваши замечания о содержании книги, ее оформлении, качестве перевода и другие просим присылать по адресу: 129820, Москва, И-110, ГСП, 1-й Рижский пер., д. 2,

ИЗД-ВО Мир!9.

МОНОГРАФИЯ

Пауль Хоровиц, Уинфилд Хилл ИСКУССТВО СХЕМОТЕХНИКИ В 2-х томах Том 1

Издание 3-е, стереотипное

Старши!) научный редактор И В. Серегина Младший научный редактор Ю. Л. Евдокимова Художник Л. А. Кулагин

Художественный редактор Л. Е. Безручеиков Технический редактор И. Д. Толстякова Корректор в. И. Постнова

ИБ № 6079

Подписано к печати 04.11.85. Формат бОХЭО'/и. Бумага кн.-журн. имп. Гарнитура литературная. Печать высокая. Объем 18.75 бум. л. Усл. печ. л. 37.50. Усл. кр.-отт. 37,50. Уч.-изд. л. 40,27. Изд. Ws 6/4875. Тираж 50 000 экз. Заказ К} 804. Цена 3 р. 20 к.

ИЗДАТЕЛЬСТВО Мир

129320, Москва, И-110, ГСП, 1-Л Рижский пер., 2

Отпечатано в Ленинградской типографии 2 головном предприятии ордена Трудового Красного Знамени Ленинградского объединения Техническая книга им. Евгении Соколовой Союзполиграфпрома прн Государствен* ном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 198052, г. Ленинград. Л-52, Измайловский проспект, 29 с матриц ордена Октябрьской Ре-

волюции и ордена Т

)УДового Красного Знамени Первой

Образцовой типографии имени А. А. Жданова Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфин и книжной торговли. Москва, М-54, Валовая, 2 .