Invertorius

Straipsnis iš Vikipedijos, laisvosios enciklopedijos.

Paprasčiausio invertoriaus schema

Invertoriaus įtampos perdavimo charakteristikos pavyzdys

Invertoriaus sutartinis ženklas loginėse schemose

Invertorius - skaitmeninėse schemose taikoma schema, keičianti sutartą loginio vieneto lygį (dažnai apie 2.4 volto ir daugiau) sutarto loginio nulio lygiu (dažnai 0,4 volto ir mažiau) bei atvirkščiai. Loginėse grandinėse ši schema dažnai taip pat ir sustiprina signalą. Kitos loginės operacijos - IR, ARBA - gali būti atliekamos su schemomis, kurios signalo nesustiprina (pavyzdžiui, su diodais). Invertorius yra loginis elementas.

Kaip matyti iš diagramos pavyzdžio, realaus invertoriaus perdavimo charakteristika nebūtinai yra "šuolis ties loginio slenksčio riba". Nuožulniojoje dalyje invertorius dirba kaip stiprintuvas. Kai kada skaitmeninės inversijos operaciją atliekančios mikroschemos panaudojamos ir analoginėje elektronikoje, tokios charakteristikos pagrindu kuriant (Šmito trigerius, generatorius, net įtampos stabilizatorius).

Paprasčiausio invertoriaus schema labai panaši į bendro emiterio stiprintuvą. Panašus ir veikimo principas: pakankama įėjimo įtampa sukuria (per R_b) bazės-emiterio srovę. Tranzistorius atsidaro, ir įtampa elemento išėjime nukrinta beveik iki nulio. Šios būsenos metu schema vartoja palyginus daug energijos, nes tranzistoriumi teka rezistoriaus R_C apribota srovė.

Mažėjant įėjimo įtampai, patenkame į sritį, kur kolektoriaus srovė lygi bazės srovei, padaugintai iš tranzistoriaus srovės stiprinimo koeficiento bendro emiterio schemoje (β₀ = I_C / I_B). Šis koeficientas skirtingų tipų transiztoriams svyruoja nuo dešimčių iki kelių šimtų. Tai yra nuožulnioji charakteristikos dalis. Kuo silpnesė kolektoriaus srovė, tuo (pagal Omo dėsnį) mažiau įtampos tenka rezistoriui R_C. Taigi tuo didesnė išėjimo įtampa (gaunama iš maitinimo šaltinio įtampos atėmus šiam rezistoriui tenkančią įtampą).

Pakankamai sumažinus įėjimo įtampą, kolektoriaus srovė (taigi ir R_c tenkanti įtampa) sumažėja tiek, jog išėjimo įtampa padidėja iki sutartos loginio vieneto ribos.

Invertoriai neretai naudojami ne vien signalui invertuoti, bet ir tiesiog jam sustiprinti. Pavyzdžiui, Intel 8080 išėjimą buvo galima apkrauti tik vienu kitos mikroschemos įėjimu. Jei reikėdavo prijungti daugiau įėjimų, prie mikroprocesoriaus buvo jungiamas invertorius (jei signalo invertuoti nereikėdavo - du nuosekliai sujungi invertoriai). Kiti įėjimai buvo jungiami prie šių invertorių išėjimų.

Nuosekliai sujungus nelyginį skaičių invertorių, gaunamas sudėtinis invertorius, kurio perdavimo charakteristikos nuožulnioji dalis yra statesnė. Toks invertorius šiuo požiūriu artimesnis "idealiam invertoriui", kurio charakteristika yra status laiptelis. Tačiau signalas jame nuo įėjimo iki išėjimo turi nueiti ilgesnį kelią, todėl toks invertorius dirba lėčiau.

Į invertorių panašių schemų galima rasti ir ne skaitmeninėse schemose, jei reikia sustiprinti nuolatinės srovės signalą. Jei invertorius turi uždegti šviesos diodą ar aktyvuoti kokį kitą panašų prietaisą, jis dažnai jungiamas vietoje R_c. Jei visas invertorius yra mikroschemos viduje, tokia apkrova neretai vis viena prijungiama tarp išėjimo ir maitinimo šaltinio (o ne tarp išėjimo ir žemės), nes daugelį invertorių būtent taip jungiant galima daugiau apkrauti.

Yra žinoma ir sudėtingesių invertorių schemų, tame tarpe ir su lauko tranzistoriais.