Регулировка цифрового функционального узла (фу).

В данной лабораторной работе регулируется цифровой ФУ, который представляет собой ячейку ЭУ, изготовленную на стеклотекстолитовой плате. Плата получена по субтрактивной технологии, содержит электропроводящие дорожки с контактными площадками (КП) для электрических соединений с навесными компонентами и КП (ламели) для обеспечения внешнего электрического соединения с измерительным стендом. Макетный образец ФУ закреплен на технологическом основании с объемным штыревым соединителем ХР2, упрощающим процесс регулировки цифровой ячейки (рис. 7).

Рис. 7. Эскиз сборочного чертежа макетного образца ФУ; К – ключевые метки (нанесены белой краской).

Навесными компонентами ячейки являются два транзистора (BC847B n-p-n структуры), шесть диодных сборок (типа BAV99, содержащих по два диода в корпусе, соединенных последовательно), а также десять чип-резисторов (типоразмера 0805) различных номиналов. Схемы, собранные на этих компонентах, представляют собой два логических элемента (ЛЭ), реализующие функцию 2ИЛИ-НЕ (рис. 8) типа диодно-транзисторной логики (ДТЛ). Каждый из логических элементов содержит резисторы R2.1 – R2.3 (т.е. резисторы R2 в канале 1 и канале 2), которые могут быть использованы в процессе регулировки функциональных параметров ФУ.

Fout! Geen onderwerp opgegeven.

Рис. 8. Электрические схемы логических элементов и их обозначения; цифры в кружках соответствуют расположению контактов на соединителе ХР1 (рис. 7), цифры без кружков соответствуют расположению контактов на соединителе ХР2 (рис. 7).

В статическом режиме входные диоды (диодные сборки VD1, VD2) должны иметь достаточно высокое обратное пробивное напряжение (так как в процессе работы схемы в устройстве они могут смещаться в обратном направлении), а также минимальное падение напряжения при протекании через них прямого тока (так как уменьшение прямого напряжения на входных диодах повышает статическую помехоустойчивость схемы).

В динамическом режиме входные диоды должны обладать возможно меньшими емкостями и малым временем восстановления обратного сопротивления, так как время заряда и разряда емкостей и рассасывания зарядов во входных диодах могут вносить значительный вклад в среднее время задержки сигнала.

Резистор R1 в значительной степени определяет мощность потребления микросхемы и среднее время задержки, так как задает ток, включающий транзистор и заряжающий емкости входных диодов и транзистора. Паразитная емкость резистора R1 должна быть как можно меньшей.

Смещающий диод VD2 предназначен для увеличения порога запирания и помехоустойчивости схемы в закрытом состоянии. В динамическом режиме этот диод должен при включении схемы восстанавливать свое обратное сопротивление после того, как рассосется избыточный заряд, накопленный транзистором в режиме насыщения. В связи с этим постоянная времени рассасывания для смещающего диода VD2 должна быть значительно больше, чем для транзистора VT1, благодаря чему через них может протекать значительный ток, способствующий рассасыванию избыточного заряда в транзисторе и уменьшению задержки выключения схемы.

Основное назначение резистора R3 – удерживать транзистор в статике в закрытом состоянии, а резистора R2 – уменьшать выходное сопротивление схемы в закрытом состоянии и обеспечивать в процессе ее запирания выходной ток, необходимый для заряда емкости нагрузки.

Так как нагрузками элементов ДТЛ-типа являются аналогичные схемы, то уровень «1» будет примерно равен U_ИП, а уровень «0» - напряжению U_{КЭ НАС.} транзистора VT1 (U_ВХ. «0»  0,4В U_ВХ. «1» > 2,4В).

Если на одном или нескольких входах уровень напряжения соответствует U₀ = U_{КЭ НАС.}, то транзистор VT1 закрыт, и на выходе будет уровень U₁  U_ИП; если на всех входах уровень напряжения соответствует U₁  U_ИП, то транзистор открыт, и на выходе уровень напряжения будет U₁  U_КЭ НАС.

Следует принять, что прямое падение напряжения на диодах и переходе база-эмиттер соответствует 0,7 В, а величина U_КЭ НАС. соответствует 0,3В.

Основными параметрами схемы являются пределы изменения I_ВХ «0», I_ВХ «1», I_{ВЫХ «0»}, I_{ВЫХ «1»}, U_{ВЫХ «0»}, U_{ВЫХ «1»}, а также время задержки переключения схемы. Токи задаются резисторами R1 и R3, а время задержки резистором R2. С одной стороны номинальное сопротивление R2 хорошо выбирать очень маленьким, чтобы увеличить скорость рассасывания не основных носителей в базе, но уменьшение R2 приводит к тому, что уменьшится I_б и транзистор может перестать работать в ключевом режиме, а будет работать в активном режиме, и схема перестанет выполнять свою функцию.

Необходимость регулировки обусловлена значительным технологическим разбросом сопротивлений при их изготовлении, а также несколько отличающимися параметрами транзисторов, применяемых в схеме ДТЛ. Величина разброса сопротивлений может достигать 5% от номинального значения. Для данной схемы ФУ в качестве регулируемого параметра целесообразно выбрать сопротивление резистора R2. Для его подгонки проще всего использовать навесные перемычки, без труда устанавливаемые на штырьки соединителя ХР2.