22 березня 2021р.
Предмет: Iмпульсна та цифрова техника.
Урок 20: Компаратори: принцип роботи і застосування.
Урок 21: Двійкова система числення. Структура двійкового числа.
Компаратор – це порівняльний пристрій. Аналоговий компаратор застосовується для порівняння сигналів, що безперервно змінюються. На вході компаратора присутні два сигнали: Uвх- сигнал, який аналізується і Uоп- опорний сигнал порівняння, а вихідний сигнал Uвих – дискретний або логічний сигнал, що містить 1 біт інформації:
Вихідний сигнал компаратора майже завжди діє на входи логічних ланцюгів і тому узгоджується за рівнем і потужності з їх входами. Таким чином, компаратор – це елемент переходу від аналогових до цифрових сигналів, його ще називають аналого – цифровим перетворювачем.
Невизначеність стану виходу компаратора при нульовій різниці вхідних сигналів практично відсутня, тому що реальний компаратор завжди має або кінцевий коефіцієнт підсилення, або петлю гістерезису.
Рис.2. Процеси переключення компараторів
Щоб вихідний сигнал компаратора змінився на кінцеву величину | U1вих - U0вих | при нескінченно малій зміні вхідного сигналу, компаратор повинен мати нескінченно великий коефіцієнт підсилення (епюра 1 на рис. 2) при повній відсутності шумів у вхідному сигналі. Таку характеристику можна імітувати двома способами - або просто використовувати підсилювач з дуже великим коефіцієнтом підсилення, або ввести позитивний зворотний зв'язок.
Розглянемо перший шлях. Яким би великим підсилення не було, при Uвхблизькому до нуля характеристика буде мати вигляд рис. 1а. Це призведе до двох неприємних наслідків. Перш за все, при дуже повільній зміні Uвх вихідний сигнал також буде змінюватися уповільнено, що погано позначиться на роботі наступних логічних схем (епюра 2 на рис. 2). Ще гірше те, що при такій повільній зміні Uвх поблизу нуля вихід компаратора може багаторазово з великою частотою змінювати свій стан під впливом перешкод (так званий "брязкіт", епюра 3). Це призведе до помилкових спрацьовувань в логічних елементах і до величезних динамічним втрат в силових ключах. Задля усунення цього явища зазвичай вводять позитивний зворотний зв'язок (ПЗЗ), який забезпечує перехідній характеристиці компаратора гістерезис (рис. 1.б). Наявність гістерезису хоча і викликає деяку затримку в перемиканні компаратора (епюра 4 на рис. 2), але істотно зменшує або навіть усуває брязкіт Uвих.
В якості компаратора може бути використаний операційний підсилювач (ОП) так, як це показано на рис. 3. Підсилювач включений по схемі інвертуючого суматора, однак, замість резистора в ланцюзі зворотного зв'язку включені паралельно стабілітрон VD1 і діод VD2.
Рис.3.Схема компаратора на ОП
Нехай R1 = R2. Якщо Uвх - Uоп> 0, то діод VD2 відкритий і вихідна напруга схеми мала негативна, дорівнює падінню напруги на відкритому діоді. При Uвх - Uоп<0 на стабілітроні встановиться напруга, що дорівнює його напрузі стабілізації Uст. Ця напруга має відповідати одиничного логічному рівню цифрових інтегральних мікросхем (ІМС), входи яких підключені до виходу компаратора. Таким чином, вихід ОП приймає два стани, причому в обох підсилювач працює в лінійному режимі.Багато типів ОП не допускають будь-яку істотну вхідну диференціальну напругу. Включення за схемою на рис. 3 забезпечує роботу ОП в режимі компаратора практично з нульовими диференціальними і синфазними вхідними напругами. Недоліком даної схеми є відносно низька швидкодія, зумовлена необхідністю частотної корекції, так як ОП працює в лінійному режимі з 100% зворотним зв'язком. Використовуючи для побудови компаратора звичайні ОП, важко отримати час перемикання менше 1 мкс.
Двійкова система числення використовує для запису чисел тільки два символи, зазвичай 0 (нуль) та 1 (одиницю). Двійкова система числення є позиційною системою числення, база якої дорівнює двом. Завдяки тому, що таку систему доволі просто використовувати у електричних схемах, двійкова система отримала широке розповсюдження у світі обчислювальних пристроїв.
Двійкове число можна представити як послідовність будь-яких об'єктів, які можуть знаходитися в одному з двох можливих станів. Наприклад:
- числа, що можуть приймати значення 0 або 1:
- позиції, на яких можуть стояти хрестики або нулики: х о х о о х х;
- вузли електричної схеми, які можуть бути, а може не бути знеструмлено;
- ділянки магнітної смужки, які можуть бути, а можуть не бути намагнічено.
Застосування: у дискретній математиці, інформатиці, програмуванні.
Найпоширенішою для подання чисел у пам'яті комп'ютера є двійкова система числення. За допомогою двійкового коду кодується вся інформація к комп’ютері. Для зображення чисел у цій системі необхідно дві цифри: 0 і 1, тобто достатньо двох стійких станів фізичних елементів. Ця система є близькою до оптимальної за економічністю.
Системи числення, похідні від двійкової – системи числення з основою 2К.
Оскільки 23=8, а 24=16 , то кожних три двійкових розряди зображення числа утворюють один вісімковий, а кожних чотири двійкових розряди – один шістнадцятковий. Тому для скорочення запису адрес та вмісту оперативної пам'яті комп'ютера використовують шістнадцяткову й вісімкову системи числення.
Лічба у двійковій системі числення.
Лічити у двійковій системі не складніше, ніж у будь-якій іншій. Скажімо, у десятковій системі, коли число у поточному розряді сягає десяти, то розряд обнуляється і одиниця додається до старшого. Наприклад: 9+1=10, 44+7=51; Аналогічним чином у двійковій системі: коли число в розряді сягає двох - розряд обнуляється і одиниця додається до старшого розряду. Тобто: 1+1=10. Зверніть увагу, "10" у цьому записі - двійкове число, у десятковій системі це число записується як "2". А десяткове 9+1=10 у двійковій системі буде виглядати так: 1001+1=1010 (після додавання одиниці число в останньому розряді дорівнює двом, тож розряд обнуляється і одиниця додається до передостаннього (старшого) розряду).
Завдання :
1. Складіть конспект, який має містити схеми, пояснення до них і основні положення.
Контрольні завдання :
1.Нарисувати практичну схему і пояснити роботу компаратора.
2.Поясніть як реалізується двійкова система числення в комп"ютерній техніці.
Виконання завдань відправляйте на електронну пошту :
honor7valera@gmail.com
Немає коментарів:
Дописати коментар