Анализ и расчет цифрового устройства

1 )

Для упрощения расчета, можно объединить входы X0, X1 и X2, обозначив за Z:

Когда на входе Z логический ноль, схема играет роль повторителя со входа X0 на выход Y. Когда Z = «1», значение на выходе Y схемы не зависит от значения X0, и всегда равно «0».

Z=X1*X2*X3

Для расчета достаточно рассмотреть всего 3 случая:
а) на всех входах X1,X2,X3 логический уровень «1», на выходе «0»
б) хотя бы на одном из входов X1,X2,X3 «0», на X0 «1»
в) хотя бы на одном из входов X1,X2,X3 «0», на X0 «0»

2) Расчет токов и напряжений в элементах схемы

Типовые значения напряжений:
U_БЭ любого открытого транзистора – 0.7В,
U_БК насыщенного транзистора – 0.6В,
U_КЭ.НАС. насыщенного транзистора – 0.1В,
= £ 0.1В
= ³ 3.3В

а) Состояние 1111 (X3=”1”, X2=”1”, X1=”1”, X0=”1”).

Эмитерный переход VT1 закрыт, VT2 закрыт.

Состояния ППП:
VT1 – инверсный
VT2 - инверсный
VT3 - насыщение
VT4 – отсечка
VT5 - насыщение
VD1 – открыт
VD2 – открыт

Расчет токов.

Открытый транзистор VT3 создает в точке C потенциал, равный . Этого напряжения недостаточно для открытия транзистора VT4, он находится в отсечке. Транзистор выходного каскада VT5 находится в насыщении.

б) Состояние 0001 (X3=”0”, X2=”0”, X1=”0”, X0=”1”).

Эмитерный переход VT1 закрыт, VT2 открыт.

Состояния ППП:
VT1 – инверсный
VT2 – насыщение с оборванным коллектором
VT3 - отсечка
VT4 – насыщение
VT5 - отсечка
VD1 – открыт
VD2 – закрыт

Расчет токов.

Резистор R5 оказывается шунтированным сопротивлением открытого p-n перехода Б-Э VT4. Открытый транзистор VT4 создает в точке D потенциал, равный . Этого напряжения недостаточно для открытия транзистора VT5, он находится в отсечке.

Логический уровень на выходе схемы – «1».

в) Состояние 0000 (X3=”0”, X2=”0”, X1=”0”, X0=”0”).

Эмитерный переход VT1 открыт, VT2 открыт.

Состояния ППП:
VT1 – насыщение с оборванным коллектором
VT2 - насыщение с оборванным коллектором
VT3 - отсечка
VT4 – отсечка
VT5 - насыщение
VD1 – закрыт
VD2 – закрыт

Расчет токов.

Транзисторы входного каскада открыты. Напряжения в точке C недостаточно для открытия транзистора VT4, он находится в отсечке. Транзистор выходного каскада VT5 находится в насыщении.

3) Определение степени насыщения транзисторов

а) VT4

б) VT5

4) Расчет потребляемой мощности

Рассмотрим три случая, как и ранее:

а) Состояние 1111 (X3=”1”, X2=”1”, X1=”1”, X0=”1”).

VT3 - насыщение
VT5 - насыщение
VD1 – открыт
VD2 – открыт

б) Состояние 0001 (X3=”0”, X2=”0”, X1=”0”, X0=”1”).

VT4 – насыщение
VD1 – открыт

в) Состояние 0000 (X3=”0”, X2=”0”, X1=”0”, X0=”0”).

VT5 – насыщение

Всего различных комбинаций на 4 входах существует 16. Первый случай, когда на входах X1, X2, X3 логическая «1», имеет вероятность 2/16 (две комбинации из 16 возможных, 1110 и 1111). Второй и третий рассмотренный случай имеют вероятность 7/16 каждый (на X1, X2, X3 хотя бы один «0», на X0 либо «1», либо «0»).

Средняя потребляемая мощность:

Полная таблица истинности:

*Жирным шрифтом выделены рассмотренные комбинации.