В промышленной электронике, автоматике широко применяются устройства обработки сигналов импульсного типа, когда кратковременное tu воздействие сигнала чередуется с относительно длинными паузами tn (рис.6.12). Импульсный режим обработки сигналов лежит в основе работы всех ЭВМ, калькуляторов. Применение импульсных устройств обусловлено рядом их преимуществ перед устройствами обработки непрерывных сигналов:

1) высокая точность обработки импульсных сигналов;

2) высокая помехозащищенность и устойчивость к воздействиям внешней среды;

3) обработка импульсных сигналов в устройствах любого уровня сложности базируется на небольшом числе простых однотипных элементов, параметры которых, такие как надежность, вес, быстродействие и т. д. могут быть доведены до совершенства, что предопределяет создание качественной аппаратуры с обработкой импульсных сигналов;

4) импульсные устройства экономичны в потреблении энергии.

Базовым элементом всех импульсных устройств является электронный ключ. Схема наиболее распространенного транзисторного ключа, приведенная на рис. 6.13, представляет собой усилитель с ОЭ. Токи покоя базы Т_БО и коллектора I_KO нулевые. Ключ, как усилитель с ОЭ, переворачивает фазу входного сигнала. Если на входе Uвx = 0, то транзистор закрыт и на выходе сигнал максимальный Uвыx = Uun. Если на входе сигнал максимален Uвx = Uun (рис. 6.12), то транзистор открыт, причем ток коллектора i_K такой величины, что транзистор находится в режиме насыщения (U_КЭ ≅ 0), а падение напряжения R_K i_K на R_K равно Uun. В этом случае на входе Uвыx = 0. Таким образом, транзисторный ключ имеет только два состояния: открытое, когда Uвыx = 0, и закрытое, когда Uвыx = Uun.

Рис. 6.12 Периодические импульсы

Рис. 6.13 Электронный ключ

В импульсной и цифровой электронике принято наличие напряжения называть единичным сигналом (I), а отсутствие напряжения - нулевым сигналом (0). Описание работы импульсных и цифровых устройств над сигналами 0 и I проще и не зависит от конкретных электронных схем устройств.

Логические элементы

Устройств обработки информации по назначению и исполнению существует бесконечно много. Но все они могут быть созданы с использованием трех базовых логических элементов - НЕ, ИЛИ, И, Этот набор элементов называют функционально полным. Работу логических элементов удобно описывать в виде таблиц истинности, которыми задается соответствие между набором входных сигналов элемента и выходным сигналом.

Элемент НЕ (рис. 6.14) логическое отрицание или инверсия-описывается (рис.14.) таблицей истинности (а), имеет схему (б), условное обозначение (в) и передаточную характеристику (г). Таблица истинности

Рис. 6.14 Логический элемент НЕ

расшифровывается так: если на входе X = 0, то на выходе Y = 1 или, если X = 1, то Y= 0.

Видно, что элемент НЕ является электронным ключом, работа которого описана в предыдущем п.4.1.

Рис. 6.15 Логический элемент ИЛИ

Элемент ИЛИ - (рис.6.15) - логическое сложение или дизъюнкция -описывается таблицей истинности (а), имеет схему (б) и условное обозначение (в). Таблица истинности отражает следующее: выходной сигнал У = 1, если хотя бы на одном из входов сигнал единичный, т.е. X₁ = 1 ИЛИ Х₂ = 1.

Действительно, если X₁ = 1, то независимо от значения Х₂ открыт диод Д1 и У = 1, если Х₂ = 1, то независимо от X₁ открыт диод Д2 и У= 1.

Элемент И (рис.6.16) - логическое умножение или конъюнкция -описывается таблицей истинности (а), имеет схему (б) и условное обозначение (в). Таблица истинности отражает следующее: выходной сигнал У = 1, если одновременно все входные сигналы единичные, т.е. Х₁ = 1 И Х₂ = 1.

Рис. 6.16 Логический элемент И.

Действительно, если хотя бы один из входных сигналов нулевой, например, Х₂ = 0, то открыт диод Д2 и, следовательно потенциал общей точки диодов Д1, Д2 и резистора R нулевой и, поэтому, У = 0 независимо от значения остальных входных сигналов. Если вое входные сигналы единичные, то все диоды Д1, Д2 закрыты и на выход через резистор R поступает напряжение Uun.

Необходимо отметить, что элементы И и ИЛИ могут иметь любое большее 2-х число входов. Рассмотренные схемные реализации элементов НЕ, ИЛИ, И простейшие и не единственно возможные. На практике применяется до 10 стандартных схемных решений логических элементов, отличающихся напряжением питания, быстродействием и т.д.

Логические элементы вместе с запоминающими устройствами составляют элементную базу устройств цифровой обработки информации.