NOIUNI INTRODUCTIVEObiectivul cursului- numeroase domenii ale fizicii i tehnicii opereaz cu semnale de tip impuls (calculatoarele numerice, automatica, telecomunicaiile, tehnica nuclear)- viteza de funcionare a componentelor sau a ntregului sistem n ansamblu este un factor primordial, deci funcionarea n regim de impulsuri are o aplicabilitate practic imediat.

Cursul CIRCUITE NUMERICE - prezentare sistematic, adaptat cerinelor actuale:- principalele aspecte referitoare la procesarea impulsurilor i analiza comportrii n regim static i dinamic a circuitelor de comutaie- descrierea principalelor aspecte privind realizarea i proiectarea cu circuite discrete.

NOIUNI INTRODUCTIVECursul contine:- definirea noiunii de impuls electric, prezentndu-se apoi principalele metode de analiz a circuitelor pentru impulsuri.- regimul de comutaie al dispozitivelor semiconductoare, care permite descrierea principalelor aspecte referitoare la circuitele neliniare. circuitele numerice fundamentale ale familiilor de circuite integrate TTL i CMOS.memorii i celule elementare de memorii ROM i RAM.

Digital ?Webster: of or related to the fingers or toes.Horowitz/Hill (pg. 472) Digital electronics: circuits in which there are only two possible states at any point.The mapping between pairs is not an absolute. We will sometimes refer to positive and negative logic, which refers to the mapping of HIGH/LO onto TRUE/FALSE.

HIGH

1

TRUE

OPEN

YES

LO

0

FALSE

CLOSED

NO

Analogic-Digital ?Unele semnale sunt in mod natural digitale .Protectie la zgomot.Achizitie de date cu sisteme numericeProcesare numerica cu sisteme numericeMemorarea semnalelor continue .Corectii (termocupluri).Procese cu evenimente discrete

Definirea noiunii de impuls Funcia realizat de un circuit pentru impulsuri se caracterizeaz prin transformarea calitativ a energiei electrice, care traverseaz de la intrare la ieire circuitul respectiv. Neglijnd pierderile de transfer ca i distribuia spaial a diverselor mrimi (vom considera circuite cu parametri concentrai), putem distinge n funcionarea unui circuit dou regimuri de baz:- regimul de echilibru staionar (pe scurt, regim staionar) ce poate fi definit prin constana n timp a mrimilor ce caracterizeaz energia cmpurilor electromagnetice asociate circuitului;- regimul dinamic sau tranzitoriu ce se caracterizeaz prin existena unor variaii a cel puin uneia dintre aceste mrimi.

Definirea noiunii de impulsRegimul tranzitoriu - condiionat de faptul c energia cmpurilor electromagnetice asociate circuitului este diferit n diverse regimuri staionare ntre care comut circuitul respectivTrecerea de la un regim staionar la altul nu se poate face brusc, prin aceasta ntelegndu-se modificarea unei cantiti importante de energie ntr-un interval de timp infinit de mic. Acest lucru nu este posibil din cauza puterii limitate a surselor de energie existente i din cauza capacitii de acumulare a energiei n unele componente ele circuitului.Mrimile electrice existente la intrarea, ieirea sau n interiorul circuitelor i a cror msurare furnizeaz informaii sunt denumite semnale.

Definirea noiunii de impulsPrin impuls electric se nelege un semnal electric care difer de zero sau de o valoare constant numai pe durata unui interval de timp suficient de scurt, mai mic dect durata regimului tranzitoriu al circuitului prin care se transmite i cu perioada de repetiie mult mai mare dect durata impulsului.

Definirea noiunii de impulsU - amplitudinea impulsuluiTi - durata impulsuluiT - perioada de repetiie a impulsului.fu - factorul de umplere (fu = Ti/T)f - frecvena de repetiie

Definirea noiunii de impulsU - amplitudinea impulsuluiUm - amplitudinea de supradepireUm0- amplitudinea de subdepire U - cderea de tensiune pe palier;Ti - durata impulsului; (definit la 0,5U)tr - timpul de ridicare tc - timpul de coborret0 - durata de revenire invers

Um

Um0

0.9U

0.1U

0.5U

u(t)

t

Figura 1.3.

U

tr

0.1Um0

tc

t0

Ti

U

Generarea impulsului Impuls - dreptunghiular, trapezoidal, triunghiular, dinte de fierstruPoate fi aproximat prin nsumarea algebric a unor semnale elementare.semnalul treapt : u(t) = U, pentru t t1 u(t) = 0, pentru t < t1

semnalul liniar variabil (ramp):

semnalul exponenial ( - constanta de timp a semnalului):

U

t

u

t1

t

u

t1

t1

t

u

u(t)=kt

b.

a.

U

=arctg k

Figura 1.4.

c.

Generarea impulsului

Tranzistorul bipolar

Regimurile de funcionare ale tranzistorului

Jonciunea emitor-baz polarizat directJonciunea emitor-baz polarizat inversJonciunea colector-baz polarizat directRegiunea de saturaieRegiunea activ inversJonciunea colector-baz polarizat inversRegiunea activ normalRegiunea de blocare

IC[mA]

IB=0A

IB=20A

2

8

IB=30A

UCE[V]

4

10

30

IB=10A

20

6

Figura 4.13.

IB[A]

UCE=-0,2

200

UCE=0

UBE[V]

100

0,1

0,3

UCE=-0,1

0,2

Figura 4.14.

Regim dinamic

tf

ICS

Ui

0.9U

0.1ICS

t

RB

IC

t

U

0.9ICS

IC

EC

tr

UCE

U2

Figura 4.16.

0.9EC

ti

0.1U

IB

U1

U1

ts

t

RB

U2

tcd

0.1EC

tci

t

t

IC0

Accelerarea comutrii

supraacionarea la deblocare pentru micorarea timpului de comutare directsupraacionarea la blocare pentru reducerea timpului de comutare invers evitarea intrrii n saturaie pentru anularea timpului de stocare.

Accelerarea comutrii

tci

t

N0

ICS

N0

IC0

tcd

t

IB

NdICS

NbIC0

UCE

UCES

EC

Figura 4.17

t

U1

IB

IBi

t

ui

U2

IBd

IBd0

ti

IC0

+EC

Ui

T

RC

RB

C

Rg

Accelerarea comutrii

UB-UC=UD2-UD1=0.7V-0.3V=0.4V

.

+EC

Ui

-EB

T

RC

Rg

D1

D2

RB

+EC

Ui

T

R1

RC

DS

+EC

Ui

T1

RB

RC

R2

T2

Tranzistoare cu efect de camp

n

Source

n

SIO2

Drain

Gate

Substrate

p

Tranzistoare cu efect de camp

MOSFET-simboluriMOS cu canal indusMOS cu canal initialCanal N canal P General

+VG

+VD

VG

VD

VS(GND)

-VG

VS(GND)

-VD

VS(GND)

+VG

+VD

VG

VD

VS(GND)

-VG

VS(GND)

-VD

VS(GND)

Inversor MOS

VD

VG

Ue

VD

VG

Ue

T1

T2

T1

T2

G

D

S

G

D

S

G

D

S

D

G

S

O

Inversor MOS

VD

T2

Cp

T1

Figura 4.30.

Ui

I1

I2

Ue

RS

Ui

tr

t

U

VD

Ue

ti

Figura 4.31.

0.9VD

Vr

tc

VD

t

0.1VD

Circuit inversor cu tranzistor bipolarUBEb 0V i IB = IC0 IR + IC0 = IRB

IR

+EC

Ui

Ue

-EB

T

C

R

RC

RB

Figura 4.32.

IRB

IC0

IBd

Circuit inversorIBd IBs = ICs/N0 IR - IRB = IBd

IR

+EC

Ui

Ue

-EB

T

C

R

RC

RB

Figura 4.32.

IRB

IC0

IBd

Circuitul inversorParametrii dinamici la deblocarea tranzistorului: tr=f(IBd) la blocare : tc=f(IBi) , ts=f(IBi)

- Tranzistorul se debloceaza in intervalul t egal cu tr- Blocarea tranzistorului in t egal cu tc+ts- IBd curentul direct in baza corespunzator intrarii in saturatie- IBd0 curentul de supraactionare la deblocare:deblocare :

Ic=IBd0-IBd

Circuit inversor- Rezulta o prima valoare pentru capacitatea C:In mod similar se va calcula C2 , valoarea capacitatii C calculata pentru a indeplinii parametrii dinamici la blocare. Valoarea finala pentru C C = max (C1 , C2 )