Sissejuhatus.

Hariduslikud küsimused (põhiosa):

1. Üldine informatsioon elektrooniliste võtmete kohta.

2. Dioodi klahvid.

3. Transistori võtmed

Järeldus

Kirjandus:

L.15 Bystrov Yu.A., Mironenko I.V. Elektroonilised vooluringid ja seadmed, -M: Kõrgkool. 1989 - 287s. Koos. 138-152,

L.19 Brammer Yu.A., Pashchuk A.V. Impulss- ja digitaalseadmed. - M.: Kõrgkool, 1999, 351 lk. Koos. 68-81

L21. F. Opadchy, O.P. Gludkin, A.I. Gurov "Analoog- ja digitaalelektroonika", M. - Kuum liin - Telecom, 2000 lk. 370-414

Õppe- ja materiaalne tugi:

Loengu tekst Sissejuhatus

Teatavasti on impulssseadmete töö tagamiseks ja impulssvõnkumiste saamiseks vaja mittelineaarset elementi lülitada (sulgeda, avada).

Sellist mittelineaarse elemendi töörežiimi nimetatakse võtmeks ja seadet, mis seda mittelineaarset elementi sisaldab, elektrooniliseks võtmeks.

1. Üldteave elektrooniliste võtmete kohta.

Elektrooniline võti nimetatakse seadmeks, mis juhtsignaalide mõjul lülitab elektriahelaid kontaktivaba viis.

Elektrooniliste võtmete määramine.

Määratlus ise sisaldab passiivsete ja aktiivsete elementide, toiteallikate jne eesmärki "sisse-välja lülitada", "sulgeda - avada".

Elektrooniliste võtmete klassifikatsioon.

Elektroonilised võtmed klassifitseeritakse järgmiste põhitunnuste järgi:

Lülituselemendi tüübi järgi:

• transistor;

  trinistor, dinistor;

  elektrovaakum;

  gaasiga täidetud (türatroon, tigatroon);

  optronid.

Vastavalt lülituselemendi sisselülitamise meetodile koormuse suhtes.

jadavõtmed;

Riis. üks

paralleelsed võtmed.

Riis. 2

Juhtimise teel.

välise juhtsignaaliga (lülitatud signaali suhtes väline);

ilma välise juhtsignaalita (lülitatud signaal ise on juhtsignaal).

Lülitatud signaali tüübi järgi.

pinge võtmed;

praegused võtmed.

Sisend- ja väljundpinge olemuse järgi langeb.

kordamine;

Riis. 3

ümberpööramine.

Riis. neli

Elektroonilise võtme oleku järgi avatud asendis.

küllastunud (elektrooniline võti on avatud kuni küllastumiseni);

küllastumata (elektrooniline võti on avatud režiimis).

Sisendite arvu järgi.

üks sisend;

Riis. 5

mitme sisendiga.

Riis. 6

Elektrooniliste võtmete seade.

Elektrooniline võti sisaldab tavaliselt järgmisi põhielemente:

otseselt mittelineaarne element (lülituselement);

Elektroonilise võtme tööpõhimõte.

Riis. 7

Vaatleme ideaalse võtme näitel tööpõhimõtet.

Pildil:

1. U in - pinge, tööjuht võti;

   R on toiteahela takistus;

   E - toitepinge (lülitatud pinge).

Sisselülitatud olekus (SA klahv on suletud) väljundpinge U out =0 (suletud ideaalse võtme takistus R võrdub nulliga).

Väljalülitatud olekus (võti SA on avatud) pinge väljundis U o = E (avatud ideaalse võtme takistus R võrdub lõpmatusega).

Selline ideaalne lüliti avab ja sulgeb vooluringi täielikult, nii et pingelang väljundis on võrdne E-ga.

Siiski tegelik elektrooniline võti ideaalist kaugel.

Riis. kaheksa

Sellel on piiratud takistus suletud olekus -R asendis ja avatud olekus - R korraga väljas. Need. R lukus >0, R korraga väljas<. Следовательно, в замкнутом состоянии U вых =U ост >0 (ülejäänud pinge langeb võtmel).

Avatud olekus U välja

Seega, et elektrooniline võti töötaks, on vaja täita tingimus R korraga välja >> R sh asetäitja .

Elektrooniliste võtmete peamised omadused.

ülekande tunnusjoon.

See on väljundpinge U out sõltuvus sisendist U in: U out \u003d f (U in).

Kui välist juhtsignaali pole, siis U o =f(E).

Sellised omadused näitavad, kui lähedal on elektrooniline võti ideaalsele.

Elektroonilise võtme kiirus – elektroonilise võtme lülitusaeg.

Avatakistus R korraga välja ja suletud takistus R kruustangis.

Jääkpinge U rest.

Lävipinge, s.o. pinge, kui elektroonilise võtme takistus muutub dramaatiliselt.

Tundlikkus - minimaalne signaali langus, mille tulemuseks on elektroonilise võtme katkematu ümberlülitumine.

Mürakindlus – elektroonilise võtme tundlikkus häireimpulsside mõjude suhtes.

Pingelangus avatud olekus elektroonilisel võtmel.

Lekkevool suletud olekus.

Elektrooniliste võtmete rakendamine.

Elektroonilisi võtmeid kasutatakse:

Impulsi moodustumise lihtsaimates skeemides.

Ehitada peamised loogikaelementide tüübid ja põhilised impulssseadmed.

Seega on elektroonilised võtmed seadmed, mis lülituvad kontaktivabalt.

Üldine informatsioon. Elektrooniline võti on seade, mis võib olla ühes kahest stabiilsest olekust: suletud või avatud. Üleminek ühest olekust teise ideaalses elektroonilises võtmes toimub juhtpinge või -voolu mõjul järsult.

Kaasaegses elektroonikatehnoloogias kasutatakse kõige laialdasemalt transistorlüliteid.

Bipolaarsete transistoride võtmed. Lihtsaim transistori lülitusahel (joonis 5.2, a) sarnaneb transistori võimendi ahelaga, kuid see erineb transistori töörežiimis. Võtmerežiimis töötades saab transistori tööpunkt olla ainult kahes asendis: sisse piirialad(transistor suletud) ja sisse küllastuspiirkonnad(transistor avatud ja küllastunud). Selliseid võtmeid nimetatakse rikas transistori võtmed. Mõnikord kasutatakse lüliteid, mille tööpunkt avatud transistoriga on aktiivses piirkonnas (tavaliselt küllastuspiirkonna lähedal, kuid ei ulatu selleni). Selliseid võtmeid nimetatakse küllastumata. Transistori küllastunud lüliteid kasutatakse sagedamini, kuna nende olekus "Sees" on väljundpinge madalam ja stabiilsem.

Riis. 5.2. Transistori lülitite ahelad (a) ja omadused (b), mis illustreerivad režiimi muutumist, kui võti lülitub suletud olekust (punkt A) avatud olekusse (punkt B)

Väljalülitusrežiimi tagamiseks tuleb võtme sisendile rakendada negatiivset pinget
(või positiivne p-n-p transistori puhul).

Transistori usaldusväärseks lukustamiseks negatiivse pinge absoluutväärtus
peab olema vähemalt mingi lävipinge väärtus
, ja väljalülitusrežiimi tagamise tingimusel on vorm

Transistori küllastusrežiimi lülitamiseks on vaja võtme sisendile rakendada sellist positiivset pinget , mille juures tekib baasahelas vool

kus
- baasvool aktiivse režiimi ja küllastusrežiimi piiril (punkt B joonisel 5.2, b).

Kollektori vool küllastusrežiimis

.

Küllastusrežiimis kollektori pinge
jääb emitteri suhtes positiivseks, kuid on väga väikese väärtusega (germaaniumsistoride puhul kümnendikke volti ja räni transistoride puhul 1 ... 1,5 V). Seetõttu osutub kollektori EAF pinge negatiivseks:

ja see lülitub sisse edasisuunas.

Elektroonilise võtme jõudlus sõltub sisse- ja väljalülitusajast.

Sisselülitusaeg määratakse BT aluses olevate vähemuslaengukandjate difusiooniliikumise inertsist tingitud viivitusajaga ja väljundpinge frondi moodustumise aja (setumisaja) järgi. Väljalülitusaeg on alusesse kogunenud väiksemate laengukandjate resorptsiooni ja väljundpinge katkemise moodustumise aja summa.

Transistorlüliti kiiruse suurendamist soodustab kõrgsagedustransistoride kasutamine, avamis- ja tagurpidi baasvoolude suurenemine, samuti baasvoolu vähenemine küllastusrežiimis.

Baasivoolu vähendamiseks küllastusrežiimis kasutatakse küllastumata lüliteid, milles aluse ja kollektori vahele on ühendatud Schottky diood (joon. 5.3). Schottky dioodi päästikupinge on 0,1 ... 0,2 V väiksem kui kollektori ristmiku küllastuspinge, nii et see avaneb enne küllastumise tekkimist ja osa baasvoolust läheb läbi avatud dioodi transistori kollektoriahelasse, vältides sellega vähemuskandjate vastutusbaasi kuhjumist. Schottky dioodiga küllastumata lüliteid kasutatakse laialdaselt IC-des. See on tingitud asjaolust, et Schottky dioodide valmistamine transistori struktuuril, kasutades integreeritud tehnoloogiat, ei nõua lisatoiminguid ega suurenda lüliti elementide poolt hõivatud kristalli pindala.

Riis. 5.3. Schottky dioodiga võtme skeem

MIS-transistoride võtmed. Väljatransistoride klahvides (joonis 5.4) ei ole sellist puudust nagu vähemuskandjate akumuleerumine ja resorptsioon, seetõttu määrab lülitusaja elektroodidevahelise mahtuvuse laadimine ja taaslaadimine. Takisti roll suudab teostada väljatransistore. See hõlbustab oluliselt väljatransistoridel põhinevate integreeritud lülitite tootmistehnoloogiat.

Riis. 5.4. Elektrooniliste võtmete skeemid p-n-väravaga (a) ja MIS-tüüpi (b) FET-il.

Indutseeritud kanaliga MIS-transistoride klahvides (joonis 5.5) on takisti roll täidavad transistorid VT1 ja aktiivse elemendi roll on transistorid VT2. VT2 transistoridel on p-tüüpi kanal ja VT1 transistoridel n-tüüpi kanal (joonis 5.5, a) või n-tüüpi (joonis 5.5, b). Nende ülekandeomadused on näidatud joonisel fig. 5.6, a ja 5.6, b vastavalt. Klahvide tööd selgitavad pingegraafikud on näidatud joonisel fig. 5.7.

Riis. 5.5. Sama (a) ja vastupidise (b) tüüpi elektrijuhtivuse indutseeritud kanalitega MIS-transistoridel põhinevate elektrooniliste lülitite skeemid

Riis. 5.6. Erinevat tüüpi elektrijuhtivuse indutseeritud kanalitega MIS-transistoride ülekandeomadused

Riis. 5.7. MIS-transistoride elektrooniliste lülitite sisend (a) ja väljund (b) pinge muutuste graafikud

Kui sisendile on rakendatud positiivne pinge p-tüüpi kanaliga transistorid VT2 on suletud. Esimese võtme transistor VT1 (joonis 5.5, a) on avatud selle väravale rakendatud negatiivse eelpinge tõttu
. Teise võtme transistor VT1, millel on n-tüüpi kanal (joonis 5.5, b), osutub samuti avatud, kuna selle värav on ühendatud sisendiga, millel on positiivne pinge
. Avatud transistoride VT1 takistus on väike võrreldes suletud transistoride VT2 takistusega ja
.

Kui klahvide sisendis saadakse negatiivne pinge
transistorid VT2 avanevad ja transistorid VT1 sulguvad. Peaaegu kogu stress langeb transistori VT1 kanali kõrgele takistusele ja
.

5.4. Põhilised loogikaelemendid bipolaarsetel struktuuridel. Sõltuvalt LE ehitamisel kasutatavatest komponentidest ja komponentide ühendamise meetodist ühes LE-s eristatakse järgmisi LE-tüüpe või loogikatüüpe:

diood-transistori loogika (DTL);

transistor-transistor loogika (TTL);

emitter-sidestatud loogika (ECL);

sissepritsega integreeritud loogika (I 2 L, IIL);

loogilised elemendid MOS-transistoridel (KMDP).

LE on ka teist tüüpi. Mõned neist on vananenud ega ole praegu kasutusel, samas kui teised on väljatöötamisel.

Loogikaelemendid TTL. Transistor-transistor nimetatakse selliseid loogilisi elemente, mille sisendahelas kasutatakse multi-emitteri transistorit (MET). Ehitus- ja tööpõhimõtte järgi on TTL-ahelad lähedased DTL-ahelatele. MET-i emitteri ristmikud toimivad sisenddioodidena ja kollektori üleminek toimib kallutusdioodina. TTL-elemendid on kompaktsemad kui DTL-elemendid, mis suurendab TTL-kiipide integreerimise astet. TTL-il põhinevatel integraallülitustel on võrreldes DTL-mikroskeemidega suurem kiirus, mürakindlus ja töökindlus, suurem kandevõime ja väiksem energiatarve.

Joonisel fig. 5,8, a näitab lihtsa inverteriga vooluringi 3I - NE LE TTL. Kui pinge on rakendatud kõigile MET-sisenditele
mis vastab tasemele 1, siis kõik МЭТВТ1 emitteri ristmikud on tagurpidi eelpingestatud ja kollektori ristmikud päripingestatud. MET-kollektori vool voolab läbi transistori VT2 aluse, mis avaneb ja läheb küllastusrežiimi. LE väljundis on seatud madalpinge
.

Kui vähemalt üks MET-sisend on pingestatud
mis vastab tasemele 0, siis nihutatakse vastav MET emitteri ristmik ettepoole. Selle ülemineku emitteri vool liigub läbi takisti R1, mille tulemusena MET kollektorivool väheneb ja transistor VT2 sulgub. Pinge seatakse LE väljundisse kõrge tase
.

LE kiiruse suurendamiseks sisestatakse sellesse mittelineaarne tagasiside, mis viiakse läbi Schottky dioodi abil (diood VD joonisel 5.10, a). Integreeritud transistori VT2-ga Schottky diood VD moodustab ühe struktuuri, mida mõnikord nimetatakse Schottky transistoriks.

Riis. 5.8. Loogika JA – MITTE TTL-ahelad lihtsate (a) ja keerukate (b) inverteritega

Joonisel fig. 5,8, b näitab loogikaelemendi 2I - NOT TTL skeemi kompleksinverteriga. Sellise inverteri tööst on varem juttu olnud.

Kompleksse inverteri tunnuseks on transistoride VT2, VТЗ ja VT4 ümberlülitamise protsessi inerts. Seetõttu on keeruka inverteri jõudlus halvem kui lihtsal. Kompleksse inverteri kiiruse suurendamiseks sisestatakse sellesse täiendav transistor, mis on paralleelselt ühendatud VT4 emitteri ristmikuga.

Praegu toodetakse mitut sorti TTL elementidega mikroskeemide seeriaid: standardne (seeria 133; K155), kiire (seeria 130; K131), mikrovõimsusega (seeria 134), Schottky dioodidega (seeria 530; K531) ja mikrovõimsusega Schottky dioodid (seeria K555). Neil on suur toodangu protsent, madalad kulud, lai funktsionaalne komplekt ja need on praktiliseks kasutamiseks mugavad.

ESL-i loogikaelemendid. Emitter-sidestatud loogika elemendibaas on voolulülititel põhinevad seadmed.

Lihtsaim voolulüliti ahel on näidatud joonisel fig. 5.9, a.

Riis. 5.9. Voolulüliti (a) lihtsustatud diagramm ja selle toimimist selgitavad pingegraafikud (b).

Transistoride VT1 ja VT2 koguvoolu määrab transistoride emitteri ahelasse kaasatud voolugeneraator I. Kui sisend (baas VT1) saab madalpinge
(loogiline 0), siis transistor VT1 on suletud ja kogu vool voolab läbi transistori VT2, mille alus on varustatud võrdluspingega
, ületades baaspinge VT1 madalamat taset.

Suletud transistori VT1 kollektoril genereeritakse kõrgetasemeline pinge (loogika 1) ja avatud transistori VT2 kollektoril madalpinge (loogika 0), nagu on näidatud joonisel fig. 5.9, b. Kui a
, siis avaneb transistor VT1. Sest
, siis transistor VT2 suletakse ja kogu vool voolab läbi transistori VT1. VT1 kollektoril moodustub madalpinge ja VT2 kollektoril kõrge.

Voolugeneraatori parameetrid on sellised, et transistorid VT1 ja VT2 ei lähe küllastusrežiimi. Sellega saavutatakse ESL-i elementide kõrge jõudlus.

ESL-i põhilise loogilise elemendi skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 5.10. See LE teostab korraga kahte loogilist toimingut: VÕI – EI väljundis 1 ja VÕI väljundis 2.

Riis. 5.10. ESL-i põhiloogikaelemendi skeem

Transistoridel VT1, VT2 ja VTZ tehakse voolulüliti, mis tagab loogilised funktsioonid VÕI - EI (kollektoril VT2) ja VÕI (kollektoril VТЗ). Voolugeneraatorina kasutatakse suure takistusega takistit R5, mis sisaldub transistoride VT1, VT2 ja VТЗ kombineeritud emitteri ahelas. Võrdluspinge allikas tehakse transistoril VT4 ja dioodidel VD1 ja VD2. Võrdluspinge, mille tase on ligikaudu 0-le ja 1-le vastavate tasemete keskel, rakendatakse VТЗ-transistori alusele, nii et VТЗ-transistor suletakse kõrgema taseme pinge (loogika 1) rakendamisel. vähemalt ühele sisendile ja avatakse, kui kõigil sisenditel on madalpinge (loogika 0). Loogiline informatsioon kollektoritelt VT2 ja VТЗ edastatakse transistoridel VT5 ja VT6 valmistatud väljundemitter järgijate alustele. Emitter järgijad suurendavad LE koormustaluvust ja nihutavad väljundpinge tasemeid, et tagada selle seeria LE ühilduvus sisendi ja väljundi osas.

LE ESL-i esindajad on 500. seeria integraallülitused.

LE ESL-i eeliseks on nende tootmiseks väljakujunenud tehnoloogia, mis annab sobivate mikroskeemide tootlusest üsna suure protsendi ja nende suhteliselt madala maksumuse. ESL-i elementidel on suurem kiirus võrreldes LE TTL-iga. Seetõttu kasutatakse neid laialdaselt kiires ja suure jõudlusega andmetöötluses. LE ESL diferentsiaalkaskaadid tagavad kõrge mürakindluse, dünaamiliste parameetrite stabiilsuse koos toiteallikate temperatuuri ja pinge muutustega, pideva voolutarbimise, sõltumata lülitussagedusest.

LE ESL-i puuduseks on suur energiatarve.

Loogikaelemendid JA 2 L. LE JA 2 L on valmistatud sissepritsetoitega transistoride keti kujul. Selliste transistoride eripära võrreldes BT-ga on täiendava elektroodi - pihusti - olemasolu. Selles struktuuris saab eristada kahte transistorit: horisontaalne vooluvarustus ja vertikaalne ümberlülitusühendatud nagu näidatud joonisel fig. 5.11, b. Elektroonilise võtme S rolli täidab tavaliselt BT struktuur, mis on ühendatud OE-ga ja töötab võtmerežiimis.

Riis. 5.11. Sissepritsetoitega inverteri skemaatiline diagramm

Pihusti ristmiku nihkumine ettepoole saavutatakse positiivse pinge rakendamisega, mis on võrdne 1 ... Kui võti on avatud (sel juhul on sisendpinge kõrge), siseneb peaaegu kogu generaatori vool transistori VT2 baasi. Transistor on avatud ja küllastunud ning selle väljundpinge on ühikud või kümned millivoldid (eeldusel, et kollektoriga on ühendatud koormus). Kui klahv S on suletud, voolab peaaegu kogu voolugeneraatori vool läbi võtme ja ainult väike osa sellest siseneb transistori VT2 alusesse. Transistor on aktiivses režiimis väljalülituspiirkonna lähedal. Transistori kollektori pinge selles režiimis vastab kõrgele tasemele - umbes 0,8 V.

Seega võib sissepritsetoitega transistori pidada inverteriks ehk LE-ks, mis sooritab EI-operatsiooni.

Joonisel fig. 5.12 näitab kahe sisendi vooluringi LE VÕI - EI. Kui mõlemasse sisendisse saabuvad loogilised nullid, suletakse transistorid VT1 ja VT2 ning väljundisse moodustub loogiline 1. Kui vähemalt üks sisenditest saab loogilise 1, siis on vastav transistor avatud ja küllastunud ning väljund, mis on kõigi kollektsionääride liit, on seatud loogiliseks 0.

Riis. 5.12. LE 2OR - NOT süstimisloogika lihtsustatud skeem

LE ja 2 L eelised on kõrge aste integreeritus, suur kiirus, võime töötada väga väikese vooluga (nanoamprite ühikud) ja madala toitepingega.

5.5. Põhilised loogilised elemendid MIS-i ja CMIS-i struktuurides. MIS-transistoride loogiliste IC-de põhielement on inverter (EI-element). Joonisel fig. 5.13 näitab p-tüüpi kanaliga MIS-transistoride inverteri ahelaid ühe (a) ja kahe (b) toiteallikaga.

Riis. 5.13. MIS-transistoride inverterite skeemid (a, b) ning sisend- ja väljundpingete graafikud (c)

Mõlema ahela transistor VT1 on võrreldes transistoridega VT2 kitsamate ja pikemate kanalitega. Seega, kui mõlemad transistorid VT1 ja VT2 on avatud, siis
. Kui a
, st.
, siis on transistorid VT2 avatud. Kuna samal ajal
, siis on väljundpinge nullilähedane (joon. 5.13, c).

Kui a
, st.
, siis on transistorid VT2 suletud ja transistorid VT1 on blokeerimise äärel. Kus
ja väljund seatakse madalale negatiivsele tasemele, mis vastab loogikale 1.

Transistori VT1 lisapingeallika paisuahelasse kaasamine
suurendab LE mürakindlust.

Joonisel fig. 5.14, a näitab kahesisendilise LE OR - NOT skeemi, mis on tehtud täiendavatel MIS-transistoridel. N-tüüpi kanaliga paralleelselt ühendatud transistorid VТЗ ja VT4 on juhttransistorid ning p-tüüpi kanaliga transistorid VT1 ja VT2 koormustransistorid. Juhttransistorid moodustavad jaguri alumise ja koormustransistorid ülemise õla, millest eemaldatakse väljundpinge.

Riis. 5.14. KMDP transistoride loogiliste elementide VÕI - EI (a) ja AND - NOT (b) skeemid

Kui sisendid ja madalpinge:
, siis on transistorid VТЗ ja VT4 suletud. P-tüüpi kanaliga transistori VT1 allikas on ühendatud allika plussiga , seega selle värava pinge
ja ületab absoluutväärtuses lävipinge. Transistor VT1 on avatud, selle kanali takistus on väike ja transistori VT2 lähtepinge on pingele lähedane
. Järelikult on avatud ka transistor VT2 ja õlavarre takistus on palju väiksem kui alumise õla takistus. Väljund on seatud kõrgele pingele, mis on lähedane toiteallika pingele.

Kui vähemalt üks sisend või antakse kõrgetasemeline pinge, siis avaneb alumise õla vastav transistor ja õlavars sulgub. Väljund tekitab nullilähedase madalpinge.

Loogikaelementides JA - MITTE KMDP-TL (joonis 5.14, b) on n-tüüpi kanaliga VTZ ja VT4 juht-MOS-transistorid ühendatud järjestikku ning p-tüüpi kanalitega koormustransistorid paralleelselt. Alumise õla takistus on väike, kui mõlemad transistorid VТЗ ja VT4 on avatud, st. kui sissepääsude juures ja toimivad loogikaühikutele vastavad pinged. Kus
ja vastab loogilisele nullile. Kui ühes sisendis on madal pinge, on üks transistoridest VT1 või VT2 avatud ja üks transistoridest VT3 või VT4 suletud. Sel juhul on õlavarre takistus palju väiksem kui alumise õla takistus ja väljundpinge tase vastab loogilisele ühikule.

KMDP-TL loogikaelemente iseloomustab madal energiatarve (kümneid nanovatte), piisavalt suur kiirus (kuni 10 MHz või rohkem), kõrge mürakindlus ja toiteallika pinge kasutustegur (
). Nende puuduseks on tootmise suurem keerukus võrreldes LE MDP-TL-iga.

ostma tarkvara karbis olev versioon nõuab reeglina, et kasutaja külastaks poodi või vähemalt kohtuks kulleriga. Elektrooniliste litsentside hankimise mugavus seisneb eelkõige selles, et teil pole vaja kuhugi minna. Litsentsi saate osta turustaja veebipoest ja mõne aja pärast edasi meili kõik tulevad vajalikud juhised ja võti ise. Selle tarkvaratoodete levitamise meetodi eelised on ilmselged: ostu saab sooritada igal kellaajal päeval või öösel ning tellimus vormistatakse täpselt samamoodi nagu e-poest mistahes muu toote ostmisel.

Erinevus karbis versioonide ja elektrooniliste versioonide vahel

Ostes programmi karbis, saab kasutaja füüsilise andmekandja koos toote jaotuskomplekti (tavaliselt CD või ) ja aktiveerimisvõtmetega – trükituna kas paberile või spetsiaalsele kleebisele. Elektroonilise võtme ostmisel saab kasutaja posti teel tootja poolt genereeritud võtme; see võib olla kas eriloaga fail või lihtne kood. Sel juhul saab toote jaotuspaketi lihtsalt alla laadida Internetist: kas müüja veebisaidilt või digitaalse turustaja serverist. Tavaliselt saadab müüja allalaadimislingi võtme endaga samasse meili. On ütlematagi selge, et kastipõhisest distributsioonist installitud või Internetist alla laaditud programmid ei erine üldse.

Litsents ja uuendamine

Viirusetõrje elektroonilise võtme ostmine või programmi karbis versiooni ostmine tähendab, et toote viirusetõrje andmebaase saab uuendada kogu litsentsi kehtivusaja jooksul. Ostetud ehtsuses on väga lihtne veenduda: kui viirusetõrje, mille jaotuskomplekt laaditi alla tootja kodulehelt, võtab võtme vastu, on kõik korras.

Viirusetõrjelitsentsid kehtivad reeglina üheks aastaks, mille järel palutakse kasutajal litsentsi uuendada. Ostuprotsess on praktiliselt sama, mis esmane ost. Mõned müüjad võivad siiski paluda teil esitada toote eelmine litsentsivõti. Samuti on sageli võimalik osta elektrooniline litsentsi uuendamise võti ka siis, kui tarkvara osteti algselt "karbis".

Hind

See on võib-olla kõige olulisem erinevus elektroonilise võtme ja karbis oleva versiooni vahel. Kuna karbis olev versioon sisaldab füüsilist andmekandjat koos jaotuskomplektiga ja sageli ka lisamaterjale (juhiseid jne), võib selle hind olla märgatavalt kõrgem kui elektroonilise võtme ostmisel. See pole üllatav: tootja ei pea kulutama raha trükikastide, ketaste ja trükimaterjalide peale, ei pea rentima ladu, ei pea kaupu kohale toimetama. Jaekaubanduspoed. On üsna loogiline, et kõigist nendest muredest vabanemiseks on ta valmis tegema märkimisväärset allahindlust.

(tarkvara) ja kopeerimisest, ebaseaduslikust kasutamisest ja volitamata levitamisest tulenevad andmed.

Kaasaegsed elektroonilised võtmed

Elektrooniliste võtmete tööpõhimõte. Võti on kinnitatud konkreetse arvutiliidese külge. Lisaks saadab kaitstud programm talle spetsiaalse draiveri kaudu teavet, mida töödeldakse vastavalt määratud algoritmile ja tagastatakse. Kui võtme vastus on õige, jätkab programm oma tööd. Vastasel juhul võib see teha arendaja määratud toiminguid, näiteks lülituda demorežiimi, blokeerida juurdepääsu teatud funktsioonidele.

Seal on spetsiaalsed võtmed, mis võimaldavad litsentsida (piiravad võrgus töötava programmi koopiate arvu) kaitstud rakendust võrgu kaudu. Sel juhul piisab ühest võtmest kogu kohaliku võrgu jaoks. Võti on installitud igasse tööjaama või võrguserverisse. Kaitstud rakendused pääsevad võtmele ligi järgmiselt kohalik võrk. Eeliseks on see, et kohalikus võrgus rakendusega töötamiseks ei pea nad donglit kaasas kandma.

peal Venemaa turg Tuntumad (tähestikulises järjekorras) on järgmised tootesarjad: CodeMeter firmalt WIBU-SYSTEMS, Guardant firmalt Aktiv, HASP firmalt Aladdin, LOCK firmalt Astroma Ltd., Rockey firmalt Feitian, SenseLock firmalt Seculab jne.

Lugu

Tarkvara kaitsmine litsentseerimata kasutamise eest suurendab arendaja kasumit. Praeguseks on selle probleemi lahendamiseks mitu lähenemisviisi. Valdav enamus tarkvaraarendajaid kasutab erinevaid tarkvara moodulid, mis kontrollivad kasutajate juurdepääsu aktiveerimisvõtmete, seerianumbrite jne abil. Selline kaitse on odav lahendus ega saa väita, et see on usaldusväärne. Internet on täis programme, mis võimaldavad teil ebaseaduslikult genereerida aktiveerimisvõtit (võtmegeneraatorid) või blokeerida seerianumbri / aktiveerimisvõtme päringu (plaastrid, praod). Lisaks ärge unustage, et seaduslik kasutaja võib ise oma seerianumbri avalikustada.

Need ilmsed puudused viisid riistvaratarkvara kaitse loomiseni elektroonilise võtme kujul. Teatavasti ilmusid esimesed elektroonilised võtmed (ehk riistvaraseadmed tarkvara ebaseadusliku kopeerimise eest kaitsmiseks) 1980. aastate alguses, kuid arusaadavatel põhjustel on seadme idees ja otseses loomises ülimuslikkust väga raske kehtestada.

Tarkvarakaitse elektroonilise võtmega

Tarkvaraarenduskomplekt

Dongleid klassifitseeritakse riistvarapõhisteks tarkvarakaitsemeetoditeks, kuid tänapäevaseid dongleid määratletakse sageli tarkvarakaitse mitmeplatvormiliste riistvara-tarkvara tööriistasüsteemidena. Fakt on see, et lisaks võtmele endale pakuvad elektroonilisi võtmeid väljastavad ettevõtted SDK-d (Software Developer Kit – tarkvaraarenduskomplekt). SDK sisaldab kõike, mida vajate esitletud tehnoloogia enda kasutamiseks tarkvaratooted- arendustööriistad, täielik tehniline dokumentatsioon, tugi erinevatele operatsioonisüsteemidele, üksikasjalikud näited, koodijupid, automaatsed kaitsevahendid. SDK võib sisaldada ka testprojektide ehitamise demovõtmeid.

Kaitsetehnoloogia

Tarkvara volitamata kasutamise vastase kaitse tehnoloogia põhineb käivitatavast failist või dünaamilisest teegist päringute rakendamisel võtmele koos järgneva vastuvõtmisega ja vajadusel vastuse analüüsiga. Siin on mõned tüüpilised päringud:

• võtmeühenduse olemasolu kontrollimine;
• võtmest käivitamisparameetrina programmi jaoks vajalike andmete lugemine (kasutatakse peamiselt ainult sobiva võtme otsimisel, kuid mitte kaitseks);
• programmi kaitsmise käigus krüpteeritud programmi tööks vajalike andmete või käivitatava koodi dekrüpteerimise taotlus (võimaldab "võrdlust standardiga"; koodi krüptimise korral viib dekrüpteerimata koodi täitmine veani);
• taotlus programmi enda poolt varem krüptitud andmete dekrüpteerimiseks (võimaldab teil võtmele iga kord erinevaid päringuid saata ja seega kaitsta end API-teekide / võtme enda emuleerimise eest)
• käivitatava koodi terviklikkuse kontrollimine, võrreldes selle praegust kontrollsummat võtmest loetud algse kontrollsummaga (näiteks koodi või muude edastatud andmete digitaalallkirja täitmine võtmealgoritmi abil ja selle digitaalallkirja kontrollimine rakenduse sees; kuna digiallkiri on alati erinev - krüptoalgoritmi omadus - aitab see kaitsta ka API/võtme emulatsiooni eest);
• päring donglisse sisseehitatud reaalajas kellale (kui see on olemas; saab teostada automaatselt, kui dongli riistvaraalgoritmide tööaeg on piiratud selle sisemise taimeriga);
• jne.

Väärib märkimist, et mõned kaasaegsed võtmed (Guardant Code firmalt Aktiv Company, LOCK firmalt Astroma Ltd., Rockey6 Smart firmalt Feitian, Senselock firmalt Seculab) võimaldavad arendajal salvestada oma algoritme või isegi rakenduse koodi eraldi osi (näiteks arendajapõhised algoritmid, mis saavad sisendit suurel hulgal parameetreid) ja sooritage need võtmes oma mikroprotsessoril. Lisaks tarkvara kaitsmisele ebaseadusliku kasutamise eest võimaldab see lähenemine kaitsta programmis kasutatavat algoritmi selle eest, et konkurendid seda uuriksid, klooniksid ja selle rakendustes kasutaksid. Lihtsa algoritmi puhul (ja arendajad teevad sageli vea, valides laadimiseks ebapiisavalt keeruka algoritmi) saab krüptoanalüüsi teha "musta kasti" analüüsimeetodi abil.

Nagu ülaltoodust järeldub, on elektroonilise võtme "süda" teisendusalgoritm (krüptograafiline või muu). Kaasaegsetes donglites rakendatakse seda riistvaras - see välistab praktiliselt täisvõtmeemulaatori loomise, kuna krüpteerimisvõtit ei edastata kunagi dongli väljundisse, mis välistab selle pealtkuulamise võimaluse.

Krüpteerimisalgoritm võib olla salajane või avalik. Salajased algoritmid töötab välja kaitsevahendite tootja, sealhulgas iga kliendi jaoks eraldi. Selliste algoritmide kasutamise peamiseks puuduseks on krüptograafilise tugevuse hindamise võimatus. Algoritmi usaldusväärsust sai kindlalt väita alles tagantjärele: kas see oli häkitud või mitte. Avalikul algoritmil ehk “avatud lähtekoodil” on võrreldamatult suurem krüptograafiline tugevus. Selliseid algoritme ei testi mitte juhuslikud inimesed, vaid hulk krüptograafia analüüsile spetsialiseerunud eksperte. Selliste algoritmide näideteks on laialdaselt kasutatav GOST 28147-89, AES, RSA, Elgamal jne.

Kaitse automaatsete vahenditega

Enamiku riistvaradonglite perede jaoks on välja töötatud automaatsed tööriistad (sisalduvad SDK-s), mis võimaldavad kaitsta programmi "mõne hiireklõpsuga". Sel juhul on rakenduse fail "mähitud" arendaja enda koodi. Selle koodi rakendatav funktsionaalsus varieerub olenevalt tootjast, kuid enamasti kontrollib kood võtme olemasolu, kontrollib litsentsipoliitikat (määrab tarkvara müüja), rakendab mehhanismi käivitatava faili kaitsmiseks silumise ja dekompileerimise eest ( näiteks käivitatava faili tihendamine) jne.

Oluline on see, et automaatse kaitsetööriista kasutamiseks pole vaja juurdepääsu rakenduse lähtekoodile. Näiteks välismaiste toodete lokaliseerimisel (kui puudub võimalus tarkvara lähtekoodi sekkuda) on selline kaitsemehhanism hädavajalik, kuid ei luba realiseerida ja kasutada elektrooniliste võtmete kogu potentsiaali ning rakendada paindlikku ja individuaalset kaitset.

Turvalisuse rakendamine API funktsioonidega

Lisaks automaatse kaitse kasutamisele antakse tarkvara arendajale võimalus iseseisvalt kaitset arendada, integreerides kaitsesüsteemi lähtekoodi tasemel rakendusse. Selleks sisaldab SDK erinevate programmeerimiskeelte teeke, mis sisaldavad selle võtme API funktsionaalsuse kirjeldust. API on funktsioonide kogum, mis on loodud andmevahetuseks rakenduse, süsteemidraiveri (võrgudonglite puhul serveri) ja dongli enda vahel. API funktsioonid tagavad täitmise erinevaid operatsioone võtmega: otsige, lugege ja kirjutage mälu, krüptige ja dekrüptige andmeid riistvaraalgoritmide abil, võrgutarkvara litsentsimine jne.

Selle meetodi oskuslik rakendamine tagab rakenduste turvalisuse kõrge taseme. Rakendusse sisseehitatud kaitset on üsna keeruline neutraliseerida selle unikaalsuse ja programmi kehas esineva "hägususe" tõttu. Iseenesest on vajadus uurida ja muuta kaitstud rakenduse käivitatavat koodi, et kaitsest mööda minna, selle murdmisel tõsine takistus. Seetõttu on turvaarendaja ülesanne ennekõike kaitsta võimalike automatiseeritud häkkimismeetodite eest, rakendades võtmehalduse API abil oma kaitset.

Turvalisuse ümbersõit

Kaasaegsete Guardanti donglite täieliku emuleerimise kohta teave puudus. Olemasolevaid tabeliemulaatoreid rakendatakse ainult konkreetsete rakenduste jaoks. Nende loomise võimalus oli tingitud elektrooniliste võtmete põhifunktsioonide mittekasutamise (või kirjaoskamatu kasutamise) puudumisest kaitsearendajate poolt.

Samuti puudub teave LOCK-klahvide täieliku või vähemalt osalise emuleerimise või muude võimaluste kohta, kuidas sellest kaitsest mööda hiilida.

Tarkvaramooduli häkkimine

Ründaja uurib programmi enda loogikat, et pärast kogu rakenduse koodi analüüsimist kaitseplokk isoleerida ja deaktiveerida. Programmide purustamine toimub silumise (või astumise), dekompileerimise ja põhimälu tühjendamise teel. Neid programmi käivitatava koodi analüüsimeetodeid kasutavad ründajad kõige sagedamini koos.

Silumine toimub spetsiaalse programmi - siluri abil, mis võimaldab teil samm-sammult käivitada mis tahes rakendusi, emuleerides selle jaoks töökeskkonda. Siluri oluline funktsioon on seadistusvõimalus peatuspunktid (või tingimused) koodi täitmine. Neid kasutades on ründajal lihtsam jälgida kohti koodis, kus võtmele ligipääsud realiseeritakse (nt täitmine peatub sellisel teatel nagu "Võti puudub! Kontrollige võtme olemasolu USB-liideses"). ).

Lahtivõtmine- viis käivitatavate moodulite koodi teisendamiseks inimesele loetavaks programmeerimiskeeleks - Assembler. Sel juhul saab ründaja väljatrüki (loendi) selle kohta, mida rakendus teeb.

Dekompileerimine- rakenduse käivitatava mooduli teisendamine kõrgkeeles programmikoodiks ja lähtekoodile lähedase rakenduse esituse saamine. Seda saab teha ainult mõne programmeerimiskeele jaoks (eelkõige C#-s loodud ja baitkoodis levitatud .NET-rakenduste puhul, mis on suhteliselt kõrgetasemeline tõlgekeel).

Rünnaku olemus mälupilt on RAM-i sisu lugemine hetkel, kui rakendus hakkas normaalselt täitma. Selle tulemusena saab ründaja töötava koodi (või teda huvitava osa) "puhtal kujul" (kui näiteks rakenduse kood oli krüpteeritud ja dekrüpteeritakse ainult osaliselt ühe või teise jaotise täitmise ajal). Ründaja jaoks on peamine valida õige hetk.

Pange tähele, et silumise vastu võitlemiseks on palju viise ja turbearendajad kasutavad neid: mittelineaarne kood (mitmelõimeline), mittedeterministlik täitmisjada, koodide risustamine (kasutud funktsioonid, mis teevad ründaja segadusse ajamiseks keerulisi toiminguid), kasutades silurite endi ja teiste puudusi

Impulssseadmetes võib sageli leida transistori võtmeid. Transistorlülitid on olemas klappides, lülitites, multivibraatorites, blokeerivates ostsillaatorites ja muudes elektroonilistes vooluringides. Igas vooluringis täidab transistori võti oma funktsiooni ja sõltuvalt transistori töörežiimist võib võtmeahel tervikuna muutuda, kuid transistori võtme põhiskeem on järgmine:

Transistorlülitil on mitu peamist töörežiimi: tavaline aktiivne režiim, küllastusrežiim, väljalülitusrežiim ja aktiivne pöördrežiim. Kuigi transistorlüliti lülitusahel on põhimõtteliselt ühisemitteriga transistori võimendiahel, erineb see ahel funktsioonide ja režiimide poolest tavalisest võimendiastmest.

Võtmerakenduses toimib transistor kiire lülitina ja peamisi staatilisi olekuid on kaks: transistor on suletud ja transistor avatud. Lukustatud olek – avatud olek, kui transistor on väljalülitusrežiimis. Suletud olek - transistori küllastusseisund või küllastuslähedane olek, selles olekus on transistor avatud. Kui transistor lülitub ühest olekust teise, on see aktiivne režiim, milles protsessid kaskaadis kulgevad mittelineaarselt.

Staatilisi olekuid kirjeldatakse vastavalt transistori staatilistele omadustele. On kaks tunnust: väljundperekond - kollektori voolu sõltuvus kollektori-emitteri pingest ja sisendperekond - baasvoolu sõltuvus baasemitteri pingest.

Lõikerežiimi iseloomustab mõlema nihe p-n ristmikud transistor vastupidises suunas ning seal on sügav ja madal piir. Sügav katkestus on siis, kui ristmike pinge on 3-5 korda kõrgem kui lävipinge ja sellel on töötavaga võrreldes vastupidine polaarsus. Selles olekus on transistor avatud ja selle elektroodide voolud on äärmiselt väikesed.

Madala katkestuse korral on ühele elektroodile rakendatav pinge madalam ja elektroodide voolud on suuremad kui sügava katkestuse korral, mistõttu voolud sõltuvad juba rakendatud pingest vastavalt väljundkarakteristiku madalamale kõverale. perekonda, nimetatakse seda kõverat "läbilõike karakteristikuks" .

Näiteks teostame takistuslikul koormusel töötava transistori võtmerežiimi lihtsustatud arvutuse. Transistor on pikka aega ainult ühes kahest põhiolekust: täielikult avatud (küllastus) või täielikult suletud (katkestus).

Olgu transistori koormuseks relee SRD-12VDC-SL-C mähis, mille pooli takistus nimipingel 12 V on 400 oomi. Jätame tähelepanuta relee mähise induktiivsuse, las arendajad pakuvad kaitset mööduvate liigpingete eest, kuid arvutame selle põhjal, et relee lülitatakse sisse üks kord ja väga pikaks ajaks. Leiame kollektori voolu järgmise valemi järgi:

Ik \u003d (Upit-Ukenas) / Rн.

Kus: Ik - alalisvoolu kollektori vool; Upit - toitepinge (12 volti); Ukenas - bipolaarse transistori küllastuspinge (0,5 volti); Rн - koormustakistus (400 Ohm).

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

Et olla kindel, võtame transistor, mille varu piirvoolu jaoks ja jaoks ülim stress. Sobiv BD139 SOT-32 pakendis. Sellel transistoril on parameetrid Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Seal on hea varu.

28,7 mA kollektorivoolu tagamiseks on vaja tagada sobiv baasvool. Baasvool määratakse valemiga: Ib = Ik / h21e, kus h21e on staatiline voolu ülekandetegur.

Kaasaegsed multimeetrid võimaldavad teil seda parameetrit mõõta ja meie puhul oli see 50. Seega Ib \u003d 0,0287 / 50 \u003d 574 μA. Kui koefitsiendi h21e väärtus pole teada, võite usaldusväärsuse huvides võtta selle transistori dokumentatsioonist miinimumi.

Baastakisti vajaliku väärtuse määramiseks. Baasemitteri küllastuspinge on 1 volt. Niisiis, kui juhtimine toimub signaaliga loogilise mikrolülituse väljundist, mille pinge on 5 V, siis vajaliku baasvoolu 574 μA tagamiseks, kui üleminekul 1 V, saame :

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

Valime 6,8 kOhm takisti standardseeriast väiksema (et täpselt voolu oleks piisavalt).

AGA selleks, et transistor lülituks kiiremini ja töö oleks usaldusväärne, kasutame aluse ja emitteri vahel täiendavat takistit R2 ja sellele langeb võimsust, mis tähendab, et on vaja alandada takisti R1. Võtame R2 = 6,8 kOhm ja reguleerime R1 väärtust:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (läbi takisti R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

Olgu see R1 = 5,1 kOhm ja R2 = 6,8 kOhm.

Arvutame võtme kaod: P \u003d Ik * Ukenas \u003d 0,0287 * 0,5 \u003d 0,014 W. Transistor ei vaja jahutusradiaatorit.