Úvod.

Vzdělávací otázky (hlavní část):

1. Obecná informace o elektronických klíčích.

2. Diodové klávesy.

3. Tranzistorové klíče

Závěr

Literatura:

L.15 Bystrov Yu.A., Mironěnko I.V. Elektronické obvody a přístroje, -M: Vyšší škola. 1989 - 287s. S. 138-152,

L.19 Brammer Yu.A., Pashchuk A.V. Pulzní a digitální zařízení. - M.: Vyšší škola, 1999, 351 s. S. 68-81

L21. F. Opadchy, O.P. Gludkin, A.I. Gurov "Analogová a digitální elektronika", M. - Hot line - Telecom, 2000 s. 370-414

Vzdělávací a materiální podpora:

Text přednášky Úvod

Je známo, že pro zajištění chodu pulzních zařízení a získání pulzních kmitů je nutné spínat nelineární prvek (zavřít, otevřít).

Takový režim činnosti nelineárního prvku se nazývá klíč a zařízení, které tento nelineární prvek obsahuje, se nazývá elektronický klíč.

1. Obecné informace o elektronických klíčích.

Elektronický klíč nazývané zařízení, které vlivem řídicích signálů spíná elektrické obvody bezkontaktním způsobem.

Přidělování elektronických klíčů.

Samotná definice obsahuje účel "Zapnutí - vypnutí", "Zavření - otevření" pasivních a aktivních prvků, napájecích zdrojů atd.

Klasifikace elektronických klíčů.

Elektronické klíče jsou klasifikovány podle následujících hlavních vlastností:

Podle typu spínacího prvku:

• tranzistor;

  trinistor, dinistor;

  elektrovakuum;

  plněné plynem (thyratron, tigatron);

  optočleny.

Podle způsobu zapínání spínacího prvku ve vztahu k zátěži.

sériové klíče;

Rýže. jeden

paralelní klíče.

Rýže. 2

Způsobem řízení.

s externím řídicím signálem (externím ve vztahu ke spínanému signálu);

bez externího řídícího signálu (samotný spínaný signál je řídící signál).

Podle typu spínaného signálu.

napěťové klíče;

aktuální klíče.

Podle povahy poklesu vstupního a výstupního napětí.

opakování;

Rýže. 3

invertující.

Rýže. čtyři

Podle stavu elektronického klíče v otevřené poloze.

nasycený (elektronický klíč je otevřen až do nasycení);

nenasycené (elektronický klíč je v otevřeném režimu).

Podle počtu vstupů.

jediný vstup;

Rýže. 5

vícevstupový.

Rýže. 6

Zařízení elektronických klíčů.

Elektronický klíč obvykle obsahuje následující hlavní prvky:

přímo nelineární prvek (spínací prvek);

Princip fungování elektronického klíče.

Rýže. 7

Zvažme princip fungování na příkladu ideálního klíče.

Na obrázku:

1. U in - napětí, vedoucí práce klíč;

   R je odpor v napájecím obvodu;

   E - napájecí napětí (spínané napětí).

V zapnutém stavu (klávesa SA je zavřená) je výstupní napětí U out =0 (odpor R uzavřené ideální klávesy je roven nule).

Ve vypnutém stavu (klíč SA je otevřený) je napětí na výstupu U o = E (odpor R otevřeného ideálního klíče je roven nekonečnu).

Takový ideální spínač způsobí úplné otevření a uzavření obvodu, takže úbytek napětí na výstupu je roven E.

Nicméně ten skutečný elektronický klíč daleko od ideálu.

Rýže. osm

Má konečný odpor v zavřeném stavu -R na zástupce a v otevřeném stavu - R vypnuto najednou. Tito. R zapnutý zámek >0, R vypnutý najednou<. Следовательно, в замкнутом состоянии U вых =U ост >0 (zbytek napětí na klíči klesne).

V otevřeném stavu U out

Aby elektronický klíč fungoval, je nutné splnit podmínku R vypnout najednou >> R včetně náměstka .

Hlavní vlastnosti elektronických klíčů.

přenosová charakteristika.

Toto je závislost výstupního napětí U out na vstupu U in: U out \u003d f (U in).

Pokud není k dispozici žádný externí řídicí signál, pak U o =f(E).

Takové charakteristiky ukazují, jak blízko je elektronický klíč ideálnímu.

Rychlost elektronického klíče - doba sepnutí elektronického klíče.

Otevřený odpor R vypnutý najednou a uzavřený odpor R na svěráku.

Zbytkové napětí U rest.

Prahové napětí, tzn. napětí, když se odpor elektronického klíče dramaticky změní.

Citlivost - minimální pokles signálu, který má za následek nepřerušované spínání elektronického klíče.

Odolnost proti šumu - citlivost elektronického klíče na účinky rušivých impulsů.

Pokles napětí na elektronickém klíči v otevřeném stavu.

Svodový proud v uzavřeném stavu.

Aplikace elektronických klíčů.

Používají se elektronické klíče:

V nejjednodušších schématech tvorby pulsů.

Sestavit hlavní typy logických prvků a základních pulzních zařízení.

Elektronické klíče jsou tedy zařízení, která provádějí spínání bezkontaktním způsobem.

Obecná informace. Elektronický klíč je zařízení, které může být v jednom ze dvou stabilních stavů: uzavřený nebo otevřený. Přechod z jednoho stavu do druhého v ideálním elektronickém klíči nastává náhle pod vlivem řídicího napětí nebo proudu.

V moderní elektronické technice se nejvíce používají tranzistorové spínače.

Klávesy na bipolárních tranzistorech. Nejjednodušší obvod tranzistorového spínače (obr. 5.2, a) je podobný obvodu tranzistorového zesilovače, ale liší se v provozním režimu tranzistoru. Při provozu v režimu klíče může být pracovní bod tranzistoru pouze ve dvou polohách: v odříznuté oblasti(tranzistor uzavřen) a dovnitř saturační oblasti(tranzistor otevřený a nasycený). Takové klíče se nazývají bohatý tranzistorové klíče. Někdy se používají spínače, ve kterých je pracovní bod s otevřeným tranzistorem v aktivní oblasti (obvykle blízko oblasti saturace, ale nedosahuje ji). Takové klíče se nazývají nenasycené. Běžněji se používají tranzistorové nasycené spínače, protože ve stavu „Zapnuto“ má výstupní napětí nižší úroveň a je stabilnější.

Rýže. 5.2. Obvody tranzistorových spínačů (a) a charakteristiky (b) znázorňující změny režimu, když klíč přepne ze sepnutého stavu (bod A) do otevřeného stavu (bod B)

Aby byl zajištěn režim přerušení, musí být na vstup klíče přivedeno záporné napětí
(nebo kladné pro p-n-p tranzistor).

Pro spolehlivé uzamčení tranzistoru absolutní hodnota záporného napětí
musí být alespoň nějaká hodnota prahového napětí
, a podmínka pro zajištění režimu cutoff má tvar

Pro přepnutí tranzistoru do saturačního režimu je nutné přivést na vstup klíče takové kladné napětí , při kterém se v základním obvodu vytvoří proud

kde
- proud báze na hranici mezi aktivním režimem a režimem saturace (bod B na obr. 5.2, b).

Kolektorový proud v saturačním režimu

.

V saturačním režimu kolektorové napětí
zůstává kladný vzhledem k emitoru, ale má velmi malou hodnotu (desetiny voltu pro germaniové tranzistory a 1 ... 1,5 V pro křemíkové). Proto se napětí na kolektoru EAF ukáže jako záporné:

a zapne se ve směru dopředu.

Výkon elektronického klíče závisí na době zapnutí a vypnutí.

Doba zapnutí je určena dobou zpoždění v důsledku setrvačnosti difúzního pohybu minoritních nosičů náboje v základně BT a dobou vzniku fronty (dobou ustálení) výstupního napětí. Doba vypnutí je součtem doby resorpce vedlejších nosičů náboje nashromážděných v bázi a doby vzniku přerušení výstupního napětí.

Zvýšení rychlosti tranzistorového spínače je usnadněno použitím vysokofrekvenčních tranzistorů, zvýšením odblokovacích a zpětných proudů báze a také snížením proudu báze v saturačním režimu.

Pro snížení proudu báze v saturačním režimu se používají nenasycené spínače, u kterých je mezi bázi a kolektor zapojena Schottkyho dioda (obr. 5.3). Schottkyho dioda má spouštěcí napětí o 0,1 ... 0,2 V menší než saturační napětí kolektorového přechodu, takže se otevře dříve, než dojde k saturaci, a část proudu báze prochází otevřenou diodou do kolektorového obvodu tranzistoru, čímž se zabrání akumulaci v nábojové základně menšinových nosičů. Nenasycené spínače se Schottkyho diodou jsou široce používány v integrovaných obvodech. To je způsobeno skutečností, že výroba Schottkyho diod založených na tranzistorové struktuře pomocí integrované technologie nevyžaduje žádné další operace a nezvětšuje plochu krystalu obsazenou spínacími prvky.

Rýže. 5.3. Schéma klíče se Schottkyho diodou

Klávesy na tranzistorech MIS. U kláves na tranzistorech s efektem pole (obr. 5.4) není taková nevýhoda jako akumulace a resorpce minoritních nosičů, proto je doba sepnutí určena nabitím a dobitím mezielektrodových kapacit. Role rezistoru může provádět tranzistory s efektem pole. To značně usnadňuje technologii výroby integrovaných spínačů založených na tranzistorech s efektem pole.

Rýže. 5.4. Schémata elektronických klíčů na FET s p-n-bránou (a) a typu MIS (b).

V klávesách na tranzistorech MIS s indukovaným kanálem (obr. 5.5) hraje roli rezistor vykonávají tranzistory VT1 a rolí aktivního prvku jsou tranzistory VT2. Tranzistory VT2 mají kanál typu p a tranzistory VT1 mají kanál typu n (obr. 5.5, a) nebo n typu (obr. 5.5, b). Jejich přenosové charakteristiky jsou znázorněny na Obr. 5,6, A a 5.6, b respektive. Grafy napětí vysvětlující činnost tlačítek jsou znázorněny na obr. 5.7.

Rýže. 5.5. Schémata elektronických spínačů na bázi MIS tranzistorů s indukovanými kanály stejného (a) a opačného (b) typu elektrické vodivosti

Rýže. 5.6. Přenosové charakteristiky MIS tranzistorů s indukovanými kanály různých typů elektrické vodivosti

Rýže. 5.7. Grafy změn vstupního (a) a výstupního (b) napětí elektronických spínačů na tranzistorech MIS

Když je na vstup přivedeno kladné napětí tranzistory VT2 s kanálem typu p jsou uzavřeny. Tranzistor VT1 prvního klíče (obr. 5.5, a) je otevřený kvůli zápornému předpětí aplikovanému na jeho hradlo
. Tranzistor VT1 druhého klíče, který má kanál typu n (obr. 5.5, b), se také ukáže jako otevřený, protože jeho brána je připojena ke vstupu, který má kladné napětí
. Odpor otevřených tranzistorů VT1 je malý ve srovnání s odporem uzavřených tranzistorů VT2, a
.

Když je na vstupu kláves přijato záporné napětí
tranzistory VT2 se otevřou a tranzistory VT1 se zavřou. Téměř veškerý stres poklesy na vysoký odpor kanálu tranzistoru VT1 a
.

5.4. Základní logické prvky na bipolárních strukturách. V závislosti na komponentách, které jsou použity při konstrukci LE, a způsobu připojení komponent v rámci jednoho LE, se rozlišují následující typy LE, respektive typy logik:

diodově-tranzistorová logika (DTL);

tranzistor-tranzistorová logika (TTL);

emitorově vázaná logika (ECL);

injektážně integrovaná logika (I 2 L, IIL);

logické prvky na MOS-tranzistorech (KMDP).

Existují i ​​jiné typy LE. Některé z nich jsou zastaralé a v současné době se nepoužívají, zatímco jiné jsou ve vývoji.

Logické prvky TTL. Tranzistor-tranzistor nazývané takové logické prvky, v jejichž vstupním obvodu je použit tranzistor s více emitory (MET). Principem konstrukce a činnosti jsou obvody TTL blízké obvodům DTL. Emitorové přechody MET fungují jako vstupní diody a kolektorové přechody působí jako předpětí. TTL prvky jsou kompaktnější než DTL prvky, což zvyšuje míru integrace TTL čipů. Integrované obvody na bázi TTL mají oproti DTL mikroobvodům vyšší rychlost, odolnost proti rušení a spolehlivost, větší zatížitelnost a nižší spotřebu.

Na Obr. 5,8, A ukazuje obvod 3I - NE LE TTL s jednoduchým měničem. Pokud jsou napětí přivedena na všechny vstupy MET
odpovídající úrovni 1, pak jsou všechny přechody emitoru МЭТВТ1 obráceny a kolektorové přechody jsou směrované dopředu. Kolektorový proud MET protéká bází tranzistoru VT2, který se otevře a přejde do saturačního režimu. Na výstupu LE je nastaveno nízké napětí
.

Pokud je pod napětím alespoň jeden vstup MET
odpovídající úrovni 0, pak se odpovídající přechod emitoru MET posune v dopředném směru. Emitorový proud tohoto přechodu protéká rezistorem R1, v důsledku čehož kolektorový proud MET klesá a tranzistor VT2 se uzavírá. Napětí se nastavuje na výstupu LE vysoká úroveň
.

Pro zvýšení rychlosti LE je do něj zavedena nelineární zpětná vazba, prováděná pomocí Schottkyho diody (dioda VD na obr. 5.10, a). Schottkyho dioda VD s integrovaným tranzistorem VT2 tvoří jedinou strukturu, která se někdy nazývá Schottkyho tranzistor.

Rýže. 5.8. Logické AND - NOT TTL obvody s jednoduchými (a) a komplexními (b) měniči

Na Obr. 5,8, b ukazuje schéma logického prvku 2I - NOT TTL s komplexním měničem. Provoz takového měniče byl diskutován dříve.

Charakteristickým rysem komplexního měniče je setrvačnost procesu spínání tranzistorů VT2, VТЗ a VT4. Proto je výkon složitého měniče horší než jednoduchý. Pro zvýšení rychlosti složitého měniče je do něj zaveden další tranzistor, který je paralelně připojen k přechodu emitoru VT4.

V současné době se vyrábí několik druhů mikroobvodových řad s TTL prvky: standardní (řada 133; K155), vysokorychlostní (řada 130; K131), mikrovýkonové (řada 134), se Schottkyho diodami (řada 530; K531) a mikrovýkonové s Schottkyho diody (řada K555). Mají vysoké procento výkonu, nízkou cenu, mají širokou funkční sadu a jsou vhodné pro praktické použití.

Logické prvky ESL. Základem prvků emitorově vázané logiky jsou zařízení založená na proudových spínačích.

Nejjednodušší obvod proudového spínače je znázorněn na Obr. 5,9, A.

Rýže. 5.9. Zjednodušené schéma proudového spínače (a) a grafy napětí (b) vysvětlující jeho činnost

Celkový proud tranzistorů VT1 a VT2 je nastaven proudovým generátorem I zařazeným do emitorového obvodu tranzistorů. Pokud vstup (základna VT1) přijímá nízké napětí
(logická 0), pak je tranzistor VT1 uzavřen a celý proud protéká tranzistorem VT2, jehož báze je napájena referenčním napětím
, překračující spodní úroveň základního napětí VT1.

Na kolektoru uzavřeného tranzistoru VT1 je generováno vysokoúrovňové napětí (logická 1) a na kolektoru otevřeného tranzistoru VT2 nízkoúrovňové napětí (logická 0), jak je znázorněno na Obr. 5,9, b. Pokud
, pak se otevře tranzistor VT1. Protože
, pak bude tranzistor VT2 uzavřen a veškerý proud bude proudit přes tranzistor VT1. Na kolektoru VT1 se vytvoří nízké napětí a na kolektoru VT2 se vytvoří vysoká hladina.

Parametry generátoru proudu jsou takové, že tranzistory VT1 a VT2 nepřecházejí do režimu saturace. Tím je dosaženo vysokého výkonu prvků ESL.

Schematický diagram základního logického prvku ESL je na obr. 5.10. Tento LE současně provádí dvě logické operace: OR - NOT na výstupu 1 a OR na výstupu 2.

Rýže. 5.10. Schéma základního logického prvku ESL

Na tranzistorech VT1, VT2 a VTZ je proveden proudový spínač, který zajišťuje logické funkce OR - NOT (na kolektoru VT2) a OR (na kolektoru VТЗ). Jako generátor proudu je použit vysokoodporový rezistor R5, který je součástí kombinovaného emitorového obvodu tranzistorů VT1, VT2 a VТЗ. Zdroj referenčního napětí je vyroben na tranzistoru VT4 a diodách VD1 a VD2. Referenční napětí, jehož úroveň je přibližně uprostřed mezi úrovněmi odpovídajícími 0 a 1, je přivedeno na bázi tranzistoru VТЗ, takže tranzistor VТЗ bude uzavřen, pokud je přivedeno napětí vyšší úrovně (logická 1). k alespoň jednomu ze vstupů a otevřít, pokud mají všechny vstupy nízké napětí (logická 0). Logické informace z kolektorů VT2 a VТЗ jsou přiváděny na báze výstupních emitorových sledovačů vyrobených na tranzistorech VT5 a VT6. Emitorové sledovače slouží ke zvýšení zatížitelnosti LE a posunutí úrovní výstupního napětí pro kompatibilitu LE této řady z hlediska vstupu a výstupu.

Zástupci LE ESL jsou integrované obvody řady 500.

Výhodou LE ESL je osvědčená technologie jejich výroby, která poskytuje poměrně vysoké procento výtěžnosti vhodných mikroobvodů a jejich relativně nízkou cenu. Prvky ESL mají vyšší rychlost ve srovnání s LE TTL. Z tohoto důvodu jsou široce používány ve vysokorychlostních a vysoce výkonných počítačích. Diferenciální kaskády LE ESL poskytují vysokou odolnost proti rušení, stabilitu dynamických parametrů při změnách teploty a napětí napájecích zdrojů, konstantní proudový odběr nezávislý na spínací frekvenci.

Nevýhodou LE ESL je vysoká spotřeba.

Logické prvky AND 2 L. LE A 2 L jsou vyrobeny ve formě řetězce tranzistorů napájených injekcí. Charakteristickým rysem takových tranzistorů ve srovnání s BT je přítomnost další elektrody - injektoru. V této struktuře lze rozlišit dva tranzistory: horizontální přívod proudu a vertikální přepínání zapojený, jak je znázorněno na obr. 5.11, b. Roli elektronického klíče S obvykle plní struktura BT, propojená s OE a pracující v režimu klíče.

Rýže. 5.11. Schematické schéma invertoru napájeného vstřikováním

Posunutí spoje vstřikovače v propustném směru je dosaženo aplikací kladného napětí rovného 1 ... Pokud je klíč otevřený (v tomto případě je vstupní napětí vysoké), pak téměř veškerý proud generátoru vstupuje do základny tranzistoru VT2. Tranzistor je otevřený a nasycený a jeho výstupní napětí je jednotek nebo desítek milivoltů (za předpokladu, že je ke kolektoru připojena zátěž). Při zavřené klávese S protéká klávesou téměř celý proud generátoru proudu a jen malá část vstupuje do báze tranzistoru VT2. Tranzistor je v aktivním režimu blízko oblasti cutoff. Kolektorové napětí tranzistoru v tomto režimu odpovídá vysoké úrovni - přibližně 0,8 V.

Injekčně napájený tranzistor lze tedy považovat za invertor nebo LE, který provádí operaci NOT.

Na Obr. 5.12 ukazuje obvod LE OR - NOT pro dva vstupy. Když na oba vstupy dorazí logické nuly, sepnou se tranzistory VT1 a VT2 a na výstupu se vytvoří logická 1. Pokud alespoň jeden ze vstupů obdrží logickou 1, pak je příslušný tranzistor otevřený a saturovaný a výstup, který je sjednocení všech kolektorů je nastaveno na logickou 0.

Rýže. 5.12. Zjednodušené schéma vstřikovací logiky LE 2OR - NOT

Výhody LE a 2 L jsou vysoký stupeň integrace, vysoká rychlost, schopnost pracovat při velmi nízkých proudech (jednotky nanoampérů) a nízkém napájecím napětí.

5.5. Základní logické prvky na strukturách MIS a CMIS. Základním prvkem logických IO na MIS tranzistorech je invertor (NOT prvek). Na Obr. 5.13 ukazuje invertorové obvody na tranzistorech MIS s kanálem typu p s jedním (a) a dvěma (b) napájecími zdroji.

Rýže. 5.13. Schémata měničů na tranzistorech MIS (a, b) a grafy vstupních a výstupních napětí (c)

Tranzistory VT1 obou obvodů mají ve srovnání s tranzistory VT2 užší a delší kanály. Pokud jsou tedy oba tranzistory VT1 a VT2 otevřené, pak
. Pokud
, tj.
, pak jsou tranzistory VT2 otevřené. Od ve stejnou dobu
, pak je výstupní napětí blízké nule (obr. 5.13, c).

Pokud
, tj.
, pak jsou tranzistory VT2 uzavřeny a tranzistory VT1 jsou na pokraji zablokování. V čem
a výstup je nastaven na nízkou zápornou úroveň odpovídající logické 1.

Zařazení do obvodu hradla tranzistoru VT1 dodatečného zdroje napětí
zvyšuje odolnost LE proti hluku.

Na Obr. 5.14, A ukazuje schéma dvouvstupového LE OR - NOT, vyrobeného na komplementárních tranzistorech MIS. Tranzistory VТЗ a VT4 zapojené paralelně s kanálem typu n jsou řídicí tranzistory a tranzistory VT1 a VT2 s kanálem typu p jsou zátěžové tranzistory. Řídicí tranzistory tvoří spodní a zátěžové tranzistory tvoří horní rameno děliče, ze kterého je odebíráno výstupní napětí.

Rýže. 5.14. Schémata logických prvků OR - NOT (a) a AND - NOT (b) na tranzistorech KMDP

Pokud vstupy a nízké napětí:
, pak jsou tranzistory VТЗ a VT4 uzavřeny. Zdroj tranzistoru VT1 s kanálem typu p je připojen k plusu zdroje , takže jeho hradlové napětí
a překračuje prahové napětí v absolutní hodnotě. Tranzistor VT1 je otevřený, odpor jeho kanálu je malý a zdrojové napětí tranzistoru VT2 je blízko napětí
. V důsledku toho je tranzistor VT2 také otevřený a odpor horního ramene je mnohem menší než odpor spodního ramene. Výstup je nastaven na vysoké napětí blízké napájecímu napětí.

Pokud alespoň jeden vstup nebo je přivedeno vysoké napětí, poté se otevře odpovídající tranzistor spodního ramene a horní rameno se uzavře. Výstup vytváří nízké napětí blízké nule.

V logických prvcích AND - NOT KMDP-TL (obr. 5.14, b) jsou řídicí tranzistory MOS s kanálem typu n VTZ a VT4 zapojeny do série a zátěžové tranzistory s kanály typu p jsou zapojeny paralelně. Odpor spodního ramene bude malý, budou-li oba tranzistory VТЗ a VT4 otevřené, tzn. když u vchodů a napětí odpovídající logickým jednotkám akt. V čem
a odpovídá logické nule. Pokud je na jednom ze vstupů nízké napětí, pak je jeden z tranzistorů VT1 nebo VT2 otevřen a jeden z tranzistorů VT3 nebo VT4 je uzavřen. V tomto případě je odpor horního ramene mnohem menší než odpor dolního ramene a úroveň výstupního napětí odpovídá logické jednotce.

Logické prvky KMDP-TL se vyznačují nízkou spotřebou energie (desítky nanowattů), dostatečně vysokou rychlostí (až 10 MHz a více), vysokou odolností proti šumu a faktorem využití napájecího napětí (
). Jejich nevýhodou je větší složitost výroby oproti LE MDP-TL.

Nákup software v krabicové verzi zpravidla vyžaduje, aby uživatel navštívil prodejnu nebo se minimálně setkal s kurýrem. Pohodlí pořízení elektronických licencí spočívá především v tom, že nemusíte nikam chodit. Licenci si můžete zakoupit v internetovém obchodě distributora a po chvíli dále e-mailem všichni přijdou potřebné pokyny a samotný klíč. Výhody tohoto způsobu distribuce softwarových produktů jsou zřejmé: nákup lze provést v kteroukoli denní i noční dobu a objednávka probíhá naprosto stejným způsobem jako při nákupu jakéhokoli jiného produktu v internetovém obchodě.

Rozdíl mezi krabicovými verzemi a elektronickými

Při nákupu programu v krabici uživatel obdrží fyzické médium s distribuční sadou produktu (obvykle CD nebo ) a aktivační klíče - vytištěné buď na papíře nebo na speciální nálepce. V případě zakoupení elektronického klíče obdrží uživatel poštou klíč vygenerovaný výrobcem; může to být buď soubor se zvláštním oprávněním, nebo jednoduchý kód. V tomto případě lze distribuční balíček produktu jednoduše stáhnout z internetu: buď z webových stránek prodejce, nebo ze serveru digitálního distributora. Prodejce obvykle pošle odkaz ke stažení ve stejném e-mailu jako samotný klíč. Je samozřejmé, že programy nainstalované z krabicové distribuce nebo stažené z internetu se vůbec neliší.

Licence a obnovení

Zakoupení antivirového elektronického klíče nebo zakoupení krabicové verze programu znamená, že antivirové databáze produktu lze aktualizovat po celou dobu trvání licence. Ujistit se o pravosti zakoupeného je velmi snadné: pokud antivirus, jehož distribuční sada byla stažena z webu výrobce, klíč akceptuje, je vše v pořádku.

Antivirové licence jsou zpravidla na jeden rok, poté bude uživatel vyzván k zakoupení prodloužení licence. Proces nákupu je prakticky stejný jako prvotní nákup. Někteří prodejci vás však mohou požádat o poskytnutí předchozího licenčního klíče pro produkt. Často je také možné zakoupit elektronický klíč pro obnovení licence, i když byl software původně zakoupen „v krabici“.

Cena

To je možná nejpodstatnější rozdíl mezi elektronickým klíčem a krabicovou verzí. Vzhledem k tomu, že krabicová verze obsahuje fyzické médium s distribuční sadou a často i doplňkové materiály (návody apod.), může být její cena znatelně vyšší než při nákupu elektronického klíče. To není překvapivé: výrobce nemusí utrácet peníze za tisk krabic, disků a tiskovin, nemusí si pronajímat sklad, nemusí dodávat zboží do Maloobchody. Je zcela logické, že za zbavení se všech těchto starostí je připraven poskytnout výraznou slevu.

(Software) a data z kopírování, nelegálního používání a neoprávněné distribuce.

Moderní elektronické klíče

Princip fungování elektronických klíčů. Klíč je připojen ke specifickému počítačovému rozhraní. Dále do něj chráněný program posílá informace prostřednictvím speciálního ovladače, které jsou zpracovány v souladu se zadaným algoritmem a vráceny zpět. Pokud je odpověď na klíč správná, program pokračuje ve své práci. Jinak může provádět akce definované vývojářem, jako je přepnutí do demo režimu, zablokování přístupu k určitým funkcím.

Existují speciální klíče schopné licencovat (omezující počet kopií programu spuštěného v síti) chráněnou aplikaci přes síť. V tomto případě stačí jeden klíč pro celou lokální síť. Klíč je nainstalován na jakékoli pracovní stanici nebo síťovém serveru. Chráněné aplikace přistupují ke klíči pomocí lokální síť. Výhodou je, že pro práci s aplikací v rámci lokální sítě nepotřebují s sebou nosit dongle.

Na ruský trh Nejznámější jsou tyto produktové řady (v abecedním pořadí): CodeMeter od WIBU-SYSTEMS, Guardant od Aktiv, HASP od Aladdin, LOCK od Astroma Ltd., Rockey od Feitian, SenseLock od Seculab atd.

Příběh

Ochrana softwaru před nelicencovaným používáním zvyšuje zisk vývojáře. K dnešnímu dni existuje několik přístupů k řešení tohoto problému. Drtivá většina softwarových vývojářů používá různé softwarových modulů, které kontrolují přístup uživatelů pomocí aktivačních klíčů, sériových čísel atd. Taková ochrana je levné řešení a nelze si nárokovat spolehlivost. Internet je plný programů, které umožňují nelegálně vygenerovat aktivační klíč (generátory klíčů) nebo zablokovat požadavek na sériové číslo / aktivační klíč (záplaty, cracky). Kromě toho nezapomínejte na to, že své sériové číslo může zveřejnit i sám legální uživatel.

Tyto zjevné nedostatky vedly k vytvoření hardwarové softwarové ochrany v podobě elektronického klíče. Je známo, že první elektronické klíče (tedy hardwarová zařízení na ochranu softwaru před nelegálním kopírováním) se objevily na počátku 80. let, nicméně z pochopitelných důvodů je velmi obtížné ustanovit prvenství v nápadu a přímém vytvoření zařízení.

Softwarová ochrana elektronickým klíčem

Software Development Kit

Dongle jsou klasifikovány jako hardwarové metody ochrany softwaru, ale moderní hardwarové klíče jsou často definovány jako multiplatformní systémy hardwarově-softwarových nástrojů pro ochranu softwaru. Faktem je, že kromě samotného klíče poskytují společnosti, které elektronické klíče vydávají, SDK (Software Developer Kit – sada pro vývoj softwaru). SDK obsahuje vše, co potřebujete, abyste mohli začít používat prezentovanou technologii ve svém softwarových produktů- vývojové nástroje, kompletní technická dokumentace, podpora pro různé operační systémy, podrobné příklady, úryvky kódu, nástroje automatické ochrany. SDK může také obsahovat ukázkové klíče pro vytváření testovacích projektů.

Technologie ochrany

Technologie ochrany před neoprávněným použitím softwaru je založena na implementaci požadavků ze spustitelného souboru nebo dynamické knihovny na klíč s následným přijetím a případně analýzou odpovědi. Zde jsou některé typické dotazy:

• kontrola přítomnosti klíčového spojení;
• načtení z klíče dat nezbytných pro program jako spouštěcí parametr (využívá se především pouze při hledání vhodného klíče, nikoliv však pro ochranu);
• požadavek na dešifrování dat nebo spustitelného kódu nutného pro chod programu, zašifrovaný při ochraně programu (umožňuje „srovnání se standardem“; v případě šifrování kódu vede provedení nedešifrovaného kódu k chybě);
• požadavek na dešifrování dat dříve zašifrovaných samotným programem (umožňuje pokaždé odeslat různé požadavky na klíč a chránit se tak před emulací knihoven API / samotného klíče)
• ověření integrity spustitelného kódu porovnáním jeho aktuálního kontrolního součtu s původním kontrolním součtem načteným z klíče (například provedením digitálního podpisu kódu nebo jiných přenášených dat algoritmem klíče a kontrolou tohoto digitálního podpisu v rámci aplikace; protože digitální podpis je vždy jiný – vlastnost kryptografického algoritmu – to také pomáhá chránit před emulací API/klíče);
• požadavek na hodiny reálného času zabudované v hardwarovém klíči (pokud existují; lze provést automaticky, když je provozní doba hardwarových algoritmů hardwarového klíče omezena jeho vnitřním časovačem);
• atd.

Stojí za zmínku, že některé moderní klíče (Guardant Code od společnosti Aktiv, LOCK od společnosti Astroma Ltd., Rockey6 Smart od společnosti Feitian, Senselock od společnosti Seculab) umožňují vývojářům ukládat vlastní algoritmy nebo dokonce samostatné části kódu aplikace (např. algoritmy specifické pro vývojáře, které přijímají velké množství parametrů) a provést je v klíči na vlastním mikroprocesoru. Kromě ochrany softwaru před nelegálním používáním vám tento přístup umožňuje chránit algoritmus použitý v programu před studiem, klonováním a používáním v jeho aplikacích konkurenty. U jednoduchého algoritmu (a vývojáři často dělají chybu, když si vyberou nedostatečně složitý algoritmus k načtení), lze kryptoanalýzu provést pomocí metody analýzy „černé skříňky“.

Jak vyplývá z výše uvedeného, ​​„srdcem“ elektronického klíče je převodní algoritmus (kryptografický či jiný). V moderních donglech je implementován v hardwaru - to prakticky vylučuje vytvoření úplného emulátoru klíče, protože šifrovací klíč se nikdy nepřenáší na výstup dongle, což vylučuje možnost jeho zachycení.

Šifrovací algoritmus může být tajný nebo veřejný. Tajné algoritmy jsou vyvíjeny výrobcem ochranných prostředků, a to i individuálně pro každého zákazníka. Hlavní nevýhodou použití takových algoritmů je nemožnost posouzení kryptografické síly. S jistotou bylo možné říci, jak spolehlivý byl algoritmus poté: zda byl hacknut nebo ne. Veřejný algoritmus neboli „open source“ má nesrovnatelně větší kryptografickou sílu. Takové algoritmy netestují náhodní lidé, ale řada odborníků, kteří se specializují na analýzu kryptografie. Příklady takových algoritmů jsou široce používané GOST 28147-89, AES, RSA, Elgamal atd.

Ochrana automatickými prostředky

Pro většinu rodin hardwarových klíčů byly vyvinuty automatické nástroje (součástí SDK), které umožňují chránit program „několika kliknutími myší“. V tomto případě je soubor aplikace „zabalen“ do vlastního kódu vývojáře. Funkčnost implementovaná tímto kódem se liší v závislosti na výrobci, ale nejčastěji kód kontroluje přítomnost klíče, řídí licenční politiku (nastavenou dodavatelem softwaru), implementuje mechanismus pro ochranu spustitelného souboru před laděním a dekompilací ( například komprimace spustitelného souboru) atd.

Důležité je, že pro použití nástroje automatické ochrany nepotřebujete přístup ke zdrojovému kódu aplikace. Například při lokalizaci cizích produktů (kdy neexistuje možnost zásahu do zdrojového kódu softwaru) je takový ochranný mechanismus nepostradatelný, ale nedovoluje realizovat a využívat plný potenciál elektronických klíčů a implementovat flexibilní a individuální ochranu.

Implementace zabezpečení pomocí funkcí API

Kromě použití automatické ochrany dostává vývojář softwaru možnost samostatně vyvíjet ochranu integrací systému ochrany do aplikace na úrovni zdrojového kódu. K tomu SDK obsahuje knihovny pro různé programovací jazyky, které obsahují popis funkčnosti API pro tento klíč. API je sada funkcí navržených pro výměnu dat mezi aplikací, systémovým ovladačem (a serverem v případě síťových klíčů) a samotným hardwarovým klíčem. Funkce API zajišťují provádění různé operace s klíčem: vyhledávání, čtení a zápis paměti, šifrování a dešifrování dat pomocí hardwarových algoritmů, licencování síťového softwaru atd.

Šikovná aplikace této metody poskytuje vysokou úroveň zabezpečení aplikace. Neutralizovat ochranu zabudovanou v aplikaci je poměrně obtížné kvůli její jedinečnosti a „rozmazanosti“ v těle programu. Potřeba studovat a upravovat spustitelný kód chráněné aplikace za účelem obejití ochrany je sama o sobě vážnou překážkou pro její prolomení. Úkolem vývojáře zabezpečení je proto především chránit před možnými automatizovanými metodami hackerů implementací vlastní ochrany pomocí API pro správu klíčů.

Bezpečnostní bypass

Neexistovaly žádné informace o úplné emulaci moderních klíčů Guardant. Stávající emulátory tabulek jsou implementovány pouze pro konkrétní aplikace. Možnost jejich vytvoření byla způsobena nevyužíváním (nebo negramotným používáním) hlavní funkčnosti elektronických klíčů vývojáři ochrany.

Chybí také informace o úplné nebo alespoň částečné emulaci LOCK klíčů, ani o jiných způsobech, jak tuto ochranu obejít.

Hacknutí softwarového modulu

Útočník zkoumá logiku samotného programu, aby po analýze celého kódu aplikace izoloval ochranný blok a deaktivoval jej. Rozbití programů se provádí laděním (nebo krokováním), dekompilací a vyprázdněním hlavní paměti. Tyto metody analýzy spustitelného kódu programu útočníci nejčastěji používají v kombinaci.

Ladění se provádí pomocí speciálního programu - debuggeru, který vám umožňuje krok za krokem spouštět jakoukoli aplikaci a emulovat pro ni operační prostředí. Důležitou funkcí debuggeru je možnost nastavení body zastavení (nebo podmínky) provádění kódu. Pomocí nich je pro útočníka snazší sledovat místa v kódu, kde jsou implementovány přístupy ke klíči (například se provádění zastaví na zprávě jako „Klíč chybí! Zkontrolujte přítomnost klíče v rozhraní USB“ ).

Demontáž- způsob, jak převést kód spustitelných modulů do lidsky čitelného programovacího jazyka - Assembler. V tomto případě útočník získá výtisk (výpis) toho, co aplikace dělá.

Dekompilace- převod spustitelného modulu aplikace do programového kódu v jazyce vyšší úrovně a získání reprezentace aplikace, která se blíží zdrojovému kódu. Lze to provést pouze pro některé programovací jazyky (zejména pro aplikace .NET vytvořené v C# a distribuované v bajtkódu, což je interpretovaný jazyk na relativně vysoké úrovni).

Podstata útoku výpis paměti je načíst obsah RAM v okamžiku, kdy se aplikace začala normálně spouštět. Výsledkem je, že útočník obdrží pracovní kód (nebo část, která ho zajímá) v "čisté formě" (pokud byl například kód aplikace zašifrován a je pouze částečně dešifrován během provádění té či oné sekce). Hlavní věcí pro útočníka je vybrat správný okamžik.

Všimněte si, že existuje mnoho způsobů, jak čelit ladění a vývojáři zabezpečení je používají: nelineární kód, (multitreading), nedeterministická sekvence provádění, „zahazování“ kódu (zbytečné funkce, které provádějí složité operace za účelem zmást útočníka), pomocí nedokonalostí samotných debuggerů a dalších

V pulzních zařízeních lze často nalézt tranzistorové klíče. Tranzistorové spínače jsou přítomny v klopných obvodech, spínačích, multivibrátorech, blokovacích oscilátorech a dalších elektronických obvodech. V každém obvodu plní tranzistorový klíč svou funkci a v závislosti na provozním režimu tranzistoru se může obvod klíče jako celek změnit, avšak hlavní schéma zapojení tranzistorového klíče je následující:

Existuje několik hlavních režimů činnosti tranzistorového spínače: normální aktivní režim, režim saturace, režim cutoff a aktivní inverzní režim. Ačkoli je obvod tranzistorového spínače v principu obvod tranzistorového zesilovače se společným emitorem, tento obvod se liší funkcí a režimem od typického zesilovacího stupně.

V klíčové aplikaci slouží tranzistor jako vysokorychlostní spínač a hlavní statické stavy jsou dva: tranzistor je uzavřený a tranzistor otevřený. Latched state - otevřený stav, kdy je tranzistor v režimu cutoff. Sepnutý stav - stav nasycení tranzistoru, nebo stav blízký saturaci, v tomto stavu je tranzistor otevřený. Když se tranzistor přepne z jednoho stavu do druhého, jedná se o aktivní režim, ve kterém procesy v kaskádě probíhají nelineárně.

Statické stavy jsou popsány podle statických charakteristik tranzistoru. Jsou dvě charakteristiky: výstupní rodina - závislost kolektorového proudu na napětí kolektor-emitor a vstupní rodina - závislost proudu báze na napětí báze-emitor.

Režim cutoff se vyznačuje posunem obou p-n přechody tranzistoru v opačném směru a je zde hluboké a mělké odříznutí. Hluboké přerušení je, když je napětí aplikované na přechody 3-5krát vyšší než prahové napětí a má opačnou polaritu než pracovní. V tomto stavu je tranzistor otevřený a proudy jeho elektrod jsou extrémně malé.

Při mělkém přerušení je napětí aplikované na jednu z elektrod nižší a proudy elektrod jsou větší než při hlubokém přerušení, v důsledku čehož proudy již závisí na použitém napětí v souladu s nižší křivkou z výstupní charakteristiky Tato křivka se nazývá „mezní charakteristika“.

Provedeme například zjednodušený výpočet pro klíčový režim tranzistoru, který bude pracovat na odporové zátěži. Tranzistor bude dlouhou dobu pouze v jednom ze dvou hlavních stavů: plně otevřený (saturace) nebo plně uzavřený (cutoff).

Tranzistorovou zátěží nechť je vinutí relé SRD-12VDC-SL-C, jehož odpor cívky při jmenovitých 12 V bude 400 ohmů. Zanedbejme indukčnost vinutí relé, nechme vývojáři poskytnout tlumič na ochranu proti přechodným rázům, ale budeme počítat na základě skutečnosti, že relé bude sepnuto jednou a na velmi dlouhou dobu. Kolektorový proud najdeme podle vzorce:

Ik \u003d (Upit-Ukenas) / Rn.

Kde: Ik - DC kolektorový proud; Upit - napájecí napětí (12 voltů); Ukenas - saturační napětí bipolárního tranzistoru (0,5 voltu); Rн - zátěžový odpor (400 Ohm).

Získáme Ik \u003d (12-0,5) / 400 \u003d 0,02875 A \u003d 28,7 mA.

Pro jistotu si vezměme tranzistor s rezervou pro omezovací proud a pro konečný stres. Vhodné BD139 v balení SOT-32. Tento tranzistor má parametry Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Bude tam dobrá rezerva.

Pro zajištění kolektorového proudu 28,7 mA je nutné zajistit odpovídající základní proud. Základní proud je určen vzorcem: Ib = Ik / h21e, kde h21e je koeficient statického přenosu proudu.

Moderní multimetry umožňují měřit tento parametr a v našem případě to bylo 50. Takže Ib \u003d 0,0287 / 50 \u003d 574 μA. Pokud je hodnota koeficientu h21e neznámá, pro spolehlivost si můžete z dokumentace k tomuto tranzistoru vzít minimum.

K určení požadované hodnoty základního rezistoru. Saturační napětí báze-emitor je 1 volt. Pokud je tedy řízení prováděno signálem z výstupu logického mikroobvodu, jehož napětí je 5 V, pak pro zajištění požadovaného základního proudu 574 μA s poklesem při přechodu 1 V získáme :

R1 \u003d (Uin-Ubenas) / Ib \u003d (5-1) / 0,000574 \u003d 6968 Ohm

Zvolme menší (aby byl přesně dostatečný proud) ze standardní řady rezistoru 6,8 kOhm.

ALE, aby tranzistor spínal rychleji a provoz byl spolehlivý, použijeme mezi bází a emitorem přídavný rezistor R2 a na něm klesne výkon, což znamená, že je nutné snížit odpor odpor R1. Vezměme R2 = 6,8 kOhm a upravíme hodnotu R1:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (přes rezistor R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

R1 \u003d (5-1) / (0,000574 + 1/6800) \u003d 5547 ohmů.

Nechť je to R1 = 5,1 kOhm a R2 = 6,8 kOhm.

Vypočítejme ztráty na klíči: P \u003d Ik * Ukenas \u003d * 0,5 \u003d 0,014 W. Tranzistor nepotřebuje chladič.