Устойчивость цифровых (дискретных) систем

Введение

В настоящее время цифровая техника получила практически повсеместное распространение. Очевидным её преимуществом является возможность создания сложных систем, которые позволяли бы управлять всё более широким кругом объектов. Это достигается путем представления сигнала двумя значениями, которые могут обрабатываться вентилями с сильно нелинейными передаточными характеристиками без сбоев, накопления и дальнейшего распространения искажений сигнала. Благодаря подобной реализации сигналов удалось создать полупроводниковую технологию, которая позволяет реализовать до десяти элементов на одном кристалле. Сигналы необходимы для переноса информации. Любой сигнал может быть описан следующими параметрами: напряжение, ток, давление, сила и т. д. Время оказывает влияние на амплитудные значения этих величин. Изменение амплитудных значений приводит к изменению информации. При цифровой передаче сигнал вначале должен быть переведен в цифровую форму. В этом случае амплитуда будет предъявляться с помощью последовательности цифр. Каждая цифра представляет собой сигнал с дискретным значением [1].
Целью данного реферата является обзор современного состояния цифровой электроники.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
– рассмотреть развитие цифровой электроники;
– проанализировать импульсный режим работы цифровой электроники.
Решение поставленных задач позволит добиться изучения вопроса по развитию текущего состояния дел в современной цифровой технике.
1 Цифровая электроника в современном мире

Импульсные электронные устройства позволяют сформировать последовательность сигналов, состоящую из импульсов. Преобразоване аналоговой информации в последовательность импульсов называется импульсной модуляцией. Среди известных способов модуляции:
– амплитудная;
– широтно-импульсная;
– фазоимпульсная модуляция [2].
История развития цифровой электроники берёт своё начало в ХХ веке. К текущему дню принято считать, что прошло четыре поколения развития цифровой электроники. Все они представлены на рисунке 1.


Рисунок 1 – Поколения развития цифровой электроники


Широкое распространение цифровой электроники обязано рядом её преимуществ по сравнению с аналоговой:
– возможность реализация сложных систем (микропроцессоров) появилась благодаря тому, что в момент применения цифровых сигналов не осуществляется воспроизведения их искажений

. Кроме того, за счёт этого реализуется передачи информация на большие расстояния.
– удобство проектирования. Основу алгоритмов цифровых систем составляют логические операции (булева алгебра). С точки зрения автоматизации процесса она очень удобна для реализации в физическом исполнении. В настоящее время наблюдается большой рост развития автоматизированных элементов для создания цифровых систем.
Логическая (булева) функция – функция двоичных переменных (аргументов), которая также может принимать одно из двух возможных состояний (значений): «0» или «1». Значение некоторой логической функции n переменных определяется или задается для каждого набора (сочетания) двоичных переменных. Количество возможных различных наборов, которые могут быть составлены из n аргументов равно . Логическая функция обычно обозначается y. Связь между логическими переменными реализуется с помощью таблицы истинности.
Одним из недостатков цифровых систем считается её медленная скорость обработки в области высоких частот. Поэтому в данной отрасли доминирующей остаётся аналоговая электроника [3].


2 Импульсный режим работы электронных устройств

Отличительной чертой импульсного режима работы электронного устройства является резкое изменение токов и напряжений. Отметим, что в промежутках времени между этими изменениями токи и напряжения меняются сравнительно мало. Силовая и информативная цифровая техника работают в импульсном режиме [4].
Устройства электроники, которые функционируют в импульсном режиме, используются как ключи. Основную долю времени находятся или в открытом, или в закрытом состоянии, и только в течение очень коротких отрезков времени располагаются в промежуточном состоянии. Это так называемый ключевой режим работы активных приборов. В соответствии с этим импульсный и ключевой режимы иногда отождествляют. Широкое использование импульсного режима объясняется многими его преимуществами. Импульсный режим устройства силовой электроники позволяет существенно повысить коэффициент полезного действия.
Преимущества импульсного режима работы представлены на рисунке 2.


Рисунок 2 – Преимущества импульсного режима работы
На рисунке 3 представлен трапецеидальный импульс