Bevezetés.

Tanulmányi kérdések (fő rész):

1. Általános információ az elektronikus kulcsokról.

2. Dióda kapcsolók.

3. Tranzisztoros kapcsolók

Következtetés

Irodalom:

L.15 Bystrov Yu.A., Mironenko I.V. Elektronikus áramkörök és eszközök,-M: Felsőiskola. 1989 – 287-es. Val vel. 138-152,

L.19 Brammer Yu.A., Pashchuk A.V. Impulzus és digitális eszközök. - M.: Felsőiskola, 1999, 351 p. Val vel. 68-81

L21. F. Opadchy, O.P. Gludkin, A.I. Gurov „Analóg és digitális elektronika”, M. - Hot line - Telecom, 2000 p. 370-414

Oktatási és tárgyi támogatás:

Előadás szövege Bevezetés

Ismeretes, hogy az impulzusos eszközök működésének biztosításához és az impulzusos rezgések eléréséhez szükséges a nemlineáris elem átkapcsolása (zárás, nyitás).

A nemlineáris elemnek ezt a működési módját kulcsnak, az ezt a nemlineáris elemet tartalmazó eszközt pedig elektronikus kulcsnak nevezzük.

1. Általános tudnivalók az elektronikus kulcsokról.

Elektronikus kulcs olyan eszköz, amely vezérlőjelek hatására elektromos áramköröket kapcsol át érintésmentes módon.

Elektronikus kulcsok hozzárendelése.

Maga a definíció tartalmazza a passzív és aktív elemek, tápegységek, stb. „Be-ki”, „Zárás-nyitás” célját.

Elektronikus kulcsok osztályozása.

Az elektronikus kulcsokat a következő főbb jellemzők szerint osztályozzák:

A kapcsolóelem típusa szerint:

• tranzisztor;

  SCR, dinisztor;

  elektrovákuum;

  gázzal töltött (thyratron, tigatron);

  optocsatolók.

A kapcsolóelem terheléshez viszonyított bekapcsolásának módja szerint.

soros kulcsok;

Rizs. 1

párhuzamos billentyűk.

Rizs. 2

Az ellenőrzési módszer szerint.

külső vezérlőjellel (a kapcsolt jelen kívül);

külső vezérlőjel nélkül (maga a kapcsolt jel a vezérlőjel).

A kapcsolt jel típusának megfelelően.

feszültségkapcsolók;

aktuális kulcsok.

A bemeneti és kimeneti feszültségek különbségeinek jellege szerint.

ismétlő;

Rizs. 3

megfordítva.

Rizs. 4

Az elektronikus kulcs nyitott helyzetben lévő állapotának megfelelően.

telített (az elektronikus kulcs telítésig nyitva van);

telítetlen (az elektronikus kulcs nyitott módban van).

A bemenetek számával.

egybemenetes;

Rizs. 5

több bemenet.

Rizs. 6

Elektronikus kulcsos eszköz.

Az elektronikus kulcs általában a következő fő elemeket tartalmazza:

közvetlenül nemlineáris elem (kapcsolóelem);

Az elektronikus kulcs működési elve.

Rizs. 7

Nézzük meg a működési elvet egy ideális kulcs példáján.

A képen:

1. Uin - feszültség, munkavezető kulcs;

   R - ellenállás az áramkörben;

   E - tápfeszültség (kapcsolási feszültség).

Bekapcsolt állapotban (SA kapcsoló zárva) az U out kimeneti feszültség = 0 (a zárt ideális kapcsoló R ellenállása nulla).

Kikapcsolt állapotban (az SA kapcsoló nyitva van) a kimeneti feszültség U out = E (a nyitott ideális kapcsoló R ellenállása végtelen).

Egy ilyen ideális kapcsoló az áramkör teljes nyitását és zárását eredményezi, így a kimeneti feszültségesés egyenlő E-vel.

Azonban az igazi elektronikus kulcs messze az ideálistól.

Rizs. 8

Zárt állapotban véges ellenállása van - R bekapcsolva, nyitott állapotban pedig - R egyszerre. Azok. R helyettes >0, R egyszerre kikapcsolva<. Следовательно, в замкнутом состоянии U вых =U ост >0 (a fennmaradó feszültség leesik a kapcsolón).

Nyitott állapotban U ki

Így ahhoz, hogy az elektronikus kulcs működjön, teljesíteni kell az R feltételt egyszerre le >> R helyettesén .

Az elektronikus kulcsok főbb jellemzői.

Átviteli jellemzők.

Ez az U out kimeneti feszültség függése az U in bemeneti feszültségtől: U out = f (U in).

Ha nincs külső vezérlőjel, akkor U out =f(E).

Az ilyen jellemzők azt mutatják, hogy az elektronikus kulcs milyen közel áll az ideálishoz.

Az elektronikus kulcs sebessége - az elektronikus kulcs kapcsolási ideje.

Az ellenállás nyitott állapotban R egyszerre ki van kapcsolva, és az ellenállás zárt állapotban R be van kapcsolva.

Maradék feszültség U rest.

Küszöbfeszültség, pl. feszültség, amikor az elektronikus kulcs ellenállása élesen megváltozik.

Az érzékenység a minimális jelesés, amely az elektronikus kulcs megszakítás nélküli kapcsolását eredményezi.

Zajvédelem – az elektronikus kulcs érzékenysége az interferenciaimpulzusok hatásaira.

Feszültségesés az elektronikus kulcson nyitott állapotban.

Szivárgó áram zárt állapotban.

Elektronikus kulcsok használata.

Elektronikus kulcsokat használnak:

A legegyszerűbb impulzusgenerálási sémákban.

Alapvető logikai elemek és alapimpulzus-eszközök megépítése.

Így az elektronikus kulcsok olyan eszközök, amelyek érintésmentes kapcsolást végeznek.

Általános információ. Elektronikus kulcs egy olyan eszköz, amely két stabil állapot egyikében lehet: zárt vagy nyitott. Az ideális elektronikus kulcsban az egyik állapotból a másikba való átmenet hirtelen történik vezérlőfeszültség vagy áram hatására.

A modern elektronikai technológiában a tranzisztoros kapcsolókat használják a legszélesebb körben.

Bekapcsolja a bipoláris tranzisztorokat. A tranzisztoros kapcsoló legegyszerűbb áramköre (5.2. ábra, a) hasonló a tranzisztoros erősítő áramköréhez, de különbözik a tranzisztor működési módjától. Kulcsos üzemmódban a tranzisztor működési pontja csak két pozícióban lehet: be levágott területek(tranzisztor zárva) és be telítettségi régiók(tranzisztor nyitott és telített). Az ilyen kulcsokat hívják telített tranzisztoros kapcsolók. Néha olyan kapcsolókat használnak, amelyeknél a működési pont, amikor a tranzisztor nyitva van, az aktív tartományban van (általában a telítési tartomány közelében, de nem éri el). Az ilyen kulcsokat hívják telítetlen. A tranzisztoros telített kapcsolókat gyakrabban használják, mivel „Be” állapotban a kimeneti feszültség alacsonyabb és stabilabb.

Rizs. 5.2. Egy tranzisztoros kapcsoló diagramja (a) és jellemzői (b), amelyek a módváltásokat szemléltetik, amikor a kulcs zárt állapotból (A pont) nyitott állapotba (B pont) vált át

A lekapcsolási mód biztosításához negatív feszültséget kell kapcsolni a kulcsbemenetre
(vagy pozitív pnp tranzisztor esetén).

A tranzisztor megbízható kikapcsolásához a negatív feszültség abszolút értéke
legalább egy bizonyos küszöbfeszültségértéknek kell lennie
, és a levágási mód biztosításának feltétele a forma

A tranzisztor telítési módba kapcsolásához ilyen pozitív feszültséget kell adni a kapcsoló bemenetére , amelynél az alapáramkörben áram keletkezik

Ahol
- bázisáram az aktív üzemmód és a telítési mód határán (5.2. ábra B pontja, b).

Gyűjtőáram telítési módban

.

Telítési módban a kollektor feszültsége
pozitív marad az emitterhez képest, de nagyon kicsi az értéke (germánium tranzisztoroknál tized volt, szilícium tranzisztoroknál 1...1,5 V). Ezért az EAF kollektor feszültsége negatívnak bizonyul:

és előrefelé kapcsol be.

Az elektronikus kulcs teljesítménye a be- és kikapcsolási időtől függ.

A bekapcsolási időt a BT alapjában lévő kisebbségi töltéshordozók diffúziós mozgásának tehetetlensége okozta késleltetési idő és a kimeneti feszültség frontjának kialakulásának ideje (létrehozási ideje) határozza meg. A kikapcsolási idő a bázisban felhalmozódott kisebbségi töltéshordozók reszorpciójának idejéből és a kimeneti feszültséglezárás kialakulásának idejéből áll.

A tranzisztoros kapcsoló sebességének növelését elősegíti a nagyfrekvenciás tranzisztorok használata, a feloldó és fordított bázisáramok növelése, valamint az alapáram csökkenése telítési módban.

A telítettségi üzemmódban az alapáram csökkentésére telítetlen kapcsolókat használnak, amelyekben a bázis és a kollektor közé Schottky-diódát kötnek (5.3. ábra). A Schottky-dióda lekapcsolási feszültsége 0,1...0,2 V-tal kisebb, mint a kollektorátmenet telítési feszültsége, így a telítés kezdete előtt kinyílik, és a bázisáram egy része a nyitott diódán keresztül a kollektorkör kollektoráramkörébe kerül. a tranzisztort, ezzel megakadályozva a kisebbségi hordozók töltésbázisának felhalmozódását. A Schottky-diódával ellátott telítetlen kapcsolókat széles körben használják az IC-kben. Ez annak köszönhető, hogy a Schottky-diódák tranzisztorszerkezeten alapuló, integrált technológiával történő gyártása nem igényel további műveleteket, és nem vezet a kapcsolóelemek által elfoglalt kristályterület növekedéséhez.

Rizs. 5.3. Schottky dióda kapcsoló áramkör

MOS tranzisztoros kapcsolók. A térhatású tranzisztorokra épülő kapcsolóknak (5.4. ábra) nincs olyan hátrányuk, mint a kisebbségi vivők felhalmozódása és reszorpciója, ezért a kapcsolási időt az elektródák közötti kondenzátorok töltése és újratöltése határozza meg. Az ellenállás szerepe térhatású tranzisztorok képesek végrehajtani. Ez nagyban megkönnyíti a térhatású tranzisztorokon alapuló integrált kapcsolók gyártási technológiáját.

Rizs. 5.4. Elektronikus kulcsok áramkörei egy PT-n p-n kapuval (a) és MIS típusú (b).

Az indukált csatornás MOS tranzisztorokra épülő kapcsolókban (5.5. ábra) az ellenállás szerepe a A VT1 tranzisztorok az aktív elem szerepét töltik be - a VT2 tranzisztorok. A VT2 tranzisztorok p-típusú csatornával, a VT1 tranzisztorok n-típusú (5.5. ábra, a) vagy n-típusú (5.5. ábra, b) csatornával rendelkeznek. Átviteli jellemzőik az ábrán láthatók. 5.6, Aés 5.6, b illetőleg. A billentyűk működését magyarázó feszültséggrafikonok az ábrán láthatók. 5.7.

Rizs. 5.5. MOS tranzisztorokon alapuló elektronikus kapcsolók áramkörei azonos (a) és ellentétes (b) típusú elektromos vezetőképességű indukált csatornákkal

Rizs. 5.6. Különféle elektromos vezetőképességű indukált csatornákkal rendelkező MOS tranzisztorok átviteli jellemzői

Rizs. 5.7. A MOS tranzisztorok elektronikus kapcsolóinak bemeneti (a) és kimeneti (b) feszültségének változásai

Ha pozitív feszültséget kapcsolunk a bemenetre A p-típusú csatornával rendelkező VT2 tranzisztorok zárva vannak. Az első kapcsoló VT1 tranzisztora (5.5. ábra, a) nyitott a kapujára adott negatív előfeszítő feszültség miatt
. A második kapcsoló VT1 tranzisztorja, amely n-típusú csatornával rendelkezik (5.5. ábra, b), szintén nyitottnak bizonyul, mivel a kapuja arra a bemenetre csatlakozik, amelyen pozitív feszültség van
. A VT1 nyitott tranzisztorok ellenállása kicsi a VT2 zárt tranzisztorok ellenállásához képest, ill
.

Amikor negatív feszültségkapcsolók érkeznek a bemenetre
A VT2 tranzisztorok nyitnak, a VT1 tranzisztorok zárnak. Szinte minden feszültség csökken a tranzisztor VT1 csatornájának nagy ellenállása esetén, és
.

5.4. Logikai alapelemek bipoláris struktúrákon. Attól függően, hogy milyen komponenseket használnak az LE felépítéséhez, és az összetevők egy LE-n belüli összekapcsolásának módját, a következő LE-típusokat vagy logikai típusokat különböztetjük meg:

dióda-tranzisztoros logika (DTL);

tranzisztor-tranzisztor logika (TTL);

emitter-csatolt logika (ECL);

befecskendezés-integrál logika (I 2 L, IIL);

MOS tranzisztorokon (CMOS) alapuló logikai elemek.

Vannak más típusú LE is. Egy részük elavult és jelenleg nem használatos, mások fejlesztés alatt állnak.

TTL logikai kapuk. A tranzisztor-tranzisztor logikai elemek azok, amelyek bemeneti áramköre több emitteres tranzisztort (MET) használ. A felépítés és működés elve szerint a TTL áramkörök közel állnak a DTL áramkörökhöz. A MET emitter átmenetei bemeneti diódaként, a kollektor átmenet pedig előfeszítő diódaként működik. A TTL elemek kompaktabbak, mint a DTL elemek, ami növeli a TTL chipek integráltságát. A TTL alapú integrált áramkörök a DTL mikroáramkörökhöz képest nagyobb teljesítményt, zajtűrést és megbízhatóságot, nagyobb terhelhetőséget és alacsonyabb energiafogyasztást mutatnak.

ábrán. 5,8, A egy 3I - NOT LE TTL áramkört mutat egy egyszerű inverterrel. Ha az összes MET bemenetre feszültség van kapcsolva
, az 1. szintnek megfelelő, akkor a METVТ1 összes emitter átmenete ellenkező irányba, a kollektor átmenet pedig előrefelé van előfeszítve. A MET kollektoráram átfolyik a VT2 tranzisztor bázisán, amely kinyílik és telítési módba lép. A LE kimeneti feszültsége alacsony szintre van állítva
.

Ha legalább egy MET bemenetre feszültség van kapcsolva
, a 0. szintnek megfelelő, akkor a MET megfelelő emitter csomópontja előre torzított. Ennek a csomópontnak az emitterárama átfolyik az R1 ellenálláson, aminek következtében a MET kollektorárama csökken, és a VT2 tranzisztor zár. A feszültség az LE kimeneten van beállítva magas szint
.

Az LE teljesítményének növelése érdekében nemlineáris visszacsatolást vezetünk be egy Schottky-dióda (VD dióda az 5.10. ábrán a) segítségével. A Schottky-dióda VD VT2 tranzisztorral integrált kialakításban egyetlen szerkezetet alkot, amelyet néha Schottky-tranzisztornak neveznek.

Rizs. 5.8. Logikai ÉS áramkörök – NEM TTL egyszerű (a) és összetett (b) inverterekkel

ábrán. 5,8, b egy 2I - NOT TTL logikai elem diagramját mutatja komplex inverterrel. Egy ilyen inverter működéséről korábban volt szó.

A komplex inverter jellemzője a VT2, VT3 és VT4 tranzisztorok kapcsolási folyamatának tehetetlensége. Ezért egy összetett inverter teljesítménye rosszabb, mint egy egyszerűé. A komplex inverter teljesítményének növelése érdekében egy további tranzisztort vezetnek be, amely párhuzamosan csatlakozik a VT4 emitter csomóponthoz.

Jelenleg többféle TTL elemes mikroáramkör sorozat készül: szabványos (133-as sorozat; K155-ös), nagysebességű (130-as sorozat; K131-es sorozat), mikroteljesítményű (134-es sorozat), Schottky-diódákkal (530-as sorozat; K531-es sorozat), ill. mikro teljesítmény Schottky diódákkal (K555 sorozat). Nagy hozamúak, alacsony költséggel rendelkeznek, sokféle funkcióval rendelkeznek, és kényelmesek a gyakorlati használatra.

Logikai elemek ESL. Az emitter-csatolt logika elemi alapja áramkapcsolókra épülő eszközökből áll.

A legegyszerűbb áramkapcsoló áramkör az ábrán látható. 5.9, A.

Rizs. 5.9. Egy áramkapcsoló (a) egyszerűsített diagramja és működését magyarázó feszültséggrafikonok (b).

A VT1 és VT2 tranzisztorok összáramát a tranzisztor emitter áramköréhez csatlakoztatott I áramgenerátor állítja be. Ha a bemenet (alap VT1) alacsony szintű feszültséget kap
(logikai 0), akkor a VT1 tranzisztor zárva van és minden áram van átfolyik a VT2 tranzisztoron, melynek alapja referenciafeszültséggel van ellátva
meghaladja az alsó VT1 alapfeszültségszintet.

A zárt VT1 tranzisztor kollektorában magas szintű feszültség (logikai 1), a nyitott VT2 tranzisztor kollektorában pedig alacsony szintű feszültség (logikai 0) keletkezik (logikai 0), amint az ábra mutatja. 5.9, b. Ha
, akkor kinyílik a VT1 tranzisztor. Mert
, akkor a VT2 tranzisztor zárva lesz, és a teljes áram keresztül fog áramlani a VT1 tranzisztoron. A VT1 kollektoron alacsony, a VT2 kollektoron magas feszültségszint jön létre.

Az áramgenerátor paraméterei olyanok, hogy a VT1 és VT2 tranzisztorok nem lépnek telítési módba. Ezzel az ESL elemek nagy teljesítménye érhető el.

Az ESL alapvető logikai elemének sematikus diagramja a 2. ábrán látható. 5.10. Ez az LE egyidejűleg két logikai műveletet hajt végre: VAGY - NEM az 1. kimeneten és VAGY a 2. kimeneten.

Rizs. 5.10. Az ESL alapvető logikai elemének vázlata

A VT1, VT2 és VTZ tranzisztorokon áramkapcsolás történik, amely az VAGY - NEM (a VT2 kollektoron) és a VAGY (a VTZ kollektoron) logikai funkciókat biztosítja. Áramgenerátorként egy nagy ellenállású R5 ellenállást használnak, amely a VT1, VT2 és VTZ tranzisztorok kombinált emitter áramköréhez kapcsolódik. A referenciafeszültség forrása a VT4 tranzisztor és a VD1 és VD2 diódák. A VTZ tranzisztor bázisára a referenciafeszültség, amelynek szintje körülbelül félúton van a 0-nak és 1-nek megfelelő szintek között, a VTZ tranzisztor bázisára kerül, így a VTZ tranzisztor zárva lesz, ha magasabb szintű feszültséget (logikai 1) kapcsolunk. legalább az egyik bemenetre, és akkor nyissa meg, ha az összes bemenet alacsony szintű feszültséggel rendelkezik (logikai 0). A VT2 és VT3 kollektorok logikai információi a VT5 és VT6 tranzisztorokon készült kimeneti emitter követők alapjaira kerülnek. Az emitterkövetők az LE terhelhetőségének növelésére és a kimeneti feszültségszintek eltolására szolgálnak, hogy a sorozat LE-je kompatibilis legyen a bemenet és a kimenet tekintetében.

A LE ESL képviselői az 500-as sorozat integrált áramkörei.

A LE ESL előnye a jól bevált gyártási technológia, amely biztosítja a használható mikroáramkörök meglehetősen magas hozamát és viszonylag alacsony költségét. Az ESL elemek nagyobb teljesítményt nyújtanak az LE TTL-hez képest. Ennek köszönhetően széles körben elterjedtek a nagy sebességű és nagy teljesítményű számítástechnikában. A LE ESL differenciálkaszkádjai magas zajtűrést, a dinamikus paraméterek stabilitását a tápegységek hőmérsékletének és feszültségének megváltoztatásakor, valamint állandó áramfelvételt biztosítanak, függetlenül a kapcsolási frekvenciától.

A LE ESL hátránya a nagy fogyasztás.

ÉS kapuk 2 L. Az LE és 2 L befecskendező teljesítményű tranzisztorok láncaként készül. Az ilyen tranzisztorok megkülönböztető jellemzője a BT-hez képest egy további elektróda - egy injektor jelenléte. Ebben a szerkezetben két tranzisztor különböztethető meg: vízszintes árambeállításÉs függőleges kapcsolásábrán látható módon csatlakoztatva. 5.11, b. Az S elektronikus kulcs szerepét általában a BT szerkezete látja el, az OE-hez csatlakozik, és kulcs üzemmódban működik.

Rizs. 5.11. Befecskendező teljesítményű inverter vázlata

A befecskendezési csomópont előfeszítését úgy érjük el, hogy a p-típusú injektorra 1...1,5 V pozitív feszültséget kapcsolunk, S elektronikus kapcsoló segítségével a VT2 tranzisztor alapja ennek a tranzisztornak az emitterére, ill. áramgenerátor (T1 kollektor). Ha a kulcs nyitva van (és a bemeneti feszültség magas szinten van), akkor szinte az összes generátoráram a VT2 tranzisztor alapjába áramlik. A tranzisztor nyitott és telített, kimeneti feszültsége egységekben vagy tíz millivoltban van (feltéve, hogy terhelés van a kollektorhoz csatlakoztatva). Amikor az S kapcsoló zárva van, az áramgenerátor szinte teljes árama átfolyik a kapcsolón, és csak egy kis része jut be a VT2 tranzisztor alapjába. A tranzisztor aktív üzemmódban van a levágási tartomány közelében. A tranzisztor kollektorfeszültsége ebben az üzemmódban magas szintnek felel meg - körülbelül 0,8 V.

Így a befecskendezéses tranzisztor a NEM műveletet végrehajtó inverternek vagy LE-nek tekinthető.

ábrán. Az 5.12. ábra a LE OR - NOT áramkört mutatja két bemenethez. Amikor mindkét bemenetre logikai nullák érkeznek, a VT1 és VT2 tranzisztorok zárva vannak, és a kimeneten logikai 1 jön létre. Ha legalább az egyik bemenet logikai 1-et kap, akkor a megfelelő tranzisztor nyitott és telített, és logikai 0 kerül beállításra. a kimeneten, ami az összes gyűjtő egyesülése.

Rizs. 5.12. LE 2ILI egyszerűsített áramköre – NEM befecskendezési logika

A LE ÉS 2 L előnyei a következők magas fokozat integráció, nagy sebesség, nagyon alacsony áramerősséggel (több nanoamper) és alacsony tápfeszültséggel tud működni.

5.5. Alapvető logikai elemek MDP és KMDP struktúrákon. A MOS tranzisztorokra épülő logikai IC-k alapeleme egy inverter (NOT elem). ábrán. Az 5.13. ábra MOS tranzisztorokon alapuló inverterek áramköreit mutatja p-típusú csatornával, egy (a) és két (b) tápegységgel.

Rizs. 5.13. Inverterek áramkörei MOS tranzisztorokon (a, b) és a bemeneti és kimeneti feszültségek grafikonjain (c)

Mindkét áramkör VT1 tranzisztorának keskenyebb és hosszabb csatornája van a VT2 tranzisztorokhoz képest. Ezért, ha mindkét VT1 és VT2 tranzisztor nyitva van, akkor
. Ha
, azaz
, akkor a VT2 tranzisztorok nyitottnak bizonyulnak. Mivel ebben az esetben
, akkor a kimeneti feszültség közel nulla (5.13. ábra, c).

Ha
, azaz
, akkor a VT2 tranzisztorok bezáródnak, a VT1 tranzisztorok pedig a kikapcsolás határán vannak. Ahol
és a kimeneti feszültség alacsony negatív szintre van állítva, az 1-es logikának megfelelően.

További feszültségforrás csatlakoztatása a VT1 tranzisztor kapuáramköréhez
növeli az LE zajtűrő képességét.

ábrán. 5.14, A egy kétbemenetes LE OR - NOT áramkörét mutatja, amely komplementer MOS tranzisztorokon készült. Az n-típusú csatornával párhuzamosan kapcsolt VT3 és VT4 tranzisztorok vezérlők, a p-típusú csatornával rendelkező VT1 és VT2 tranzisztorok pedig terhelésesek. A vezérlőtranzisztorok az osztó alsó, a terhelési tranzisztorok az osztó felső karját alkotják, amelyből a kimeneti feszültség lekerül.

Rizs. 5.14. VAGY - NEM (a) és ÉS - NEM (b) logikai elemek áramkörei CMOS tranzisztoron

Ha a bejáratoknál És alacsony szintű feszültség:
, akkor a VT3 és VT4 tranzisztorok zárva vannak. A p-típusú csatornával rendelkező VT1 tranzisztor forrása a forrás pluszjához csatlakozik , tehát a kapufeszültsége
és abszolút értékben meghaladja a küszöbfeszültséget. A VT1 tranzisztor nyitott, csatornájának ellenállása kicsi és a VT2 tranzisztor forrásfeszültsége közel van a feszültséghez
. Következésképpen a VT2 tranzisztor is nyitva van, és a felkar ellenállása lényegesen kisebb, mint az alsó kar ellenállása. A kimeneti feszültség magas szintre van állítva, közel az áramforrás feszültségéhez.

Ha legalább egy bemenet vagy Ha magas szintű feszültség érkezik, az alsó oldal megfelelő tranzisztorja kinyílik, a felső oldal megfelelő tranzisztorja pedig zár. A kimeneten alacsony szintű, nullához közeli feszültség keletkezik.

Az AND - NOT KMDP-TL logikai elemekben (5.14. ábra, b) a VT3 és VT4 n-típusú csatornás vezérlő MOS tranzisztorok sorba, a p-típusú csatornás terhelő tranzisztorok pedig párhuzamosan kapcsolódnak. Az alsó kar ellenállása kicsi lesz, ha mindkét VT3 és VT4 tranzisztor nyitva van, pl. amikor a bejáratoknál És logikai egységeknek megfelelő feszültségek működnek. Ahol
és a logikai nullának felel meg. Ha az egyik bemeneten alacsony feszültség van, akkor az egyik VT1 vagy VT2 tranzisztor nyitva van, és az egyik VT3 vagy VT4 tranzisztor zárva van. Ebben az esetben a felkar ellenállása lényegesen kisebb, mint az alsó kar ellenállása, és a kimeneti feszültség szintje logikusnak felel meg.

A KMDP-TL logikai elemeket alacsony fogyasztás (tíz nanowatt), meglehetősen nagy sebesség (akár 10 MHz vagy több), nagy zajtűrés és tápfeszültség kihasználási tényező (
). Hátrányuk az LE MDP-TL-hez képest bonyolultabb gyártás.

Vásárlás szoftver a dobozos változatban általában megköveteli a felhasználótól, hogy látogassa meg az üzletet, vagy legalább találkozzon egy futárral. Az elektronikus licencek vásárlásának kényelme elsősorban abban rejlik, hogy nem kell sehova mennie. Licenceket vásárolhat a forgalmazó online áruházában, majd egy idő után tovább email mindenki eljön szükséges utasításokatés magát a kulcsot. Ennek a szoftvertermék-terjesztési módnak az előnyei nyilvánvalóak: a vásárlás a nap és az éjszaka bármely szakában lebonyolítható, és a rendelés pontosan ugyanúgy történik, mint bármely más termék online áruházban történő vásárlásakor.

A különbség a dobozos és az elektronikus változatok között

A program dobozos vásárlásakor a felhasználó fizikai adathordozót kap a termék forgalmazásával (általában CD vagy ) és aktiváló kulcsokkal - papírra vagy speciális matricára nyomtatva. Elektronikus kulcs vásárlása esetén a felhasználó postai úton kap egy, a gyártó által generált kulcsot; lehet speciális felbontású fájl vagy egyszerű kód. Ebben az esetben a termék forgalmazása egyszerűen letölthető az internetről: vagy az eladó webhelyéről, vagy a digitális forgalmazó szerveréről. Általában az eladó ugyanabban a levélben küld letöltési linket, mint maga a kulcs. Magától értetődik, hogy a dobozos disztribúcióból telepített vagy az internetről letöltött programok egyáltalán nem különböznek egymástól.

Licenc és megújítás

Az elektronikus víruskereső kulcs vásárlása vagy a program dobozos verziójának vásárlása azt jelenti, hogy a termék víruskereső adatbázisait frissíteni lehet a teljes licencidőszak alatt. Nagyon egyszerű megbizonyosodni arról, hogy amit vásárol, az eredeti: ha a víruskereső, amelynek terjesztését a gyártó webhelyéről töltötték le, elfogadja a kulcsot, akkor minden rendben van.

A víruskereső licencek általában egy évig érvényesek, ezután a felhasználónak meg kell vásárolnia a licenc megújítását. A vásárlás folyamata gyakorlatilag nem különbözik a kezdeti vásárlástól. Egyes szállítók azonban megkérhetik Önt, hogy adja meg a termék korábbi licenckulcsát. Gyakran lehetőség van elektronikus licencmegújító kulcs vásárlására is, még akkor is, ha a szoftvert eredetileg „dobozban” vásárolták.

Ár

Talán ez a leglényegesebb különbség az elektronikus kulcs és a dobozos változat között. Tekintettel arra, hogy a dobozos változat fizikai adathordozókat tartalmaz a terjesztési készlettel és gyakran további anyagokat (utasításokat stb.), ára észrevehetően magasabb lehet, mint az elektronikus kulcs vásárlásakor. Ez nem meglepő: a gyártónak nem kell pénzt költenie nyomtatási dobozokra, lemezekre és nyomtatott anyagokra, nem kell raktárt bérelnie, nem kell árut szállítania Kiskereskedelmi üzletek. Teljesen logikus, hogy kész jelentős kedvezményt nyújtani, hogy megszabaduljon ezektől a gondoktól.

(szoftver) és másolásból, illegális felhasználásból és jogosulatlan terjesztésből származó adatok.

Modern elektronikus kulcsok

Az elektronikus kulcsok működési elve. A kulcs egy adott számítógépes interfészhez van csatlakoztatva. Ezután a védett program egy speciális illesztőprogramon keresztül információt küld neki, amelyet egy adott algoritmus szerint feldolgoz, és visszaküld. Ha a kulcs válasza helyes, akkor a program folytatja munkáját. Ellenkező esetben a fejlesztők által meghatározott műveleteket hajthatja végre, például átválthat bemutató módba, blokkolhatja bizonyos funkciókhoz való hozzáférést.

Vannak speciális kulcsok, amelyek engedélyezhetik (korlátozzák a hálózaton futó programpéldányok számát) egy védett alkalmazást a hálózaton keresztül. Ebben az esetben egy kulcs elegendő a teljes helyi hálózathoz. A kulcs a hálózat bármely munkaállomására vagy szerverére telepítve van. A védett alkalmazások a kulcs használatával érik el helyi hálózat. Előnye, hogy nem kell elektronikus kulcsot magukkal vinniük ahhoz, hogy a helyi hálózaton belül dolgozhassanak az alkalmazással.

Tovább orosz piac a leghíresebbek a következő termékcsaládok (ábécé sorrendben): CodeMeter a WIBU-SYSTEMS-től, Guardant az Aktiv-tól, HASP az Aladdintól, LOCK az Astroma Ltd.-től, Rockey a Feitian-tól, SenseLock a Seculab-tól stb.

Sztori

A szoftverek engedély nélküli használat elleni védelme növeli a fejlesztő profitját. Manapság többféle megközelítés létezik a probléma megoldására. A szoftverkészítők túlnyomó többsége különféle szoftver modulok, amely a felhasználói hozzáférést aktiváló kulcsokkal, sorozatszámokkal stb. szabályozza. Az ilyen védelem olcsó megoldás, és nem mondható megbízhatónak. Az internet tele van olyan programokkal, amelyek lehetővé teszik az aktiváló kulcs illegális generálását (kulcsgenerátorok), vagy blokkolják a sorozatszám/aktiváló kulcs kérését (foltok, repedések). Emellett nem szabad elhanyagolni azt a tényt sem, hogy a jogszerű felhasználó maga is nyilvánosságra hozhatja sorozatszámát.

Ezek a nyilvánvaló hiányosságok a hardver alapú szoftveres védelem létrehozásához vezettek elektronikus kulcs formájában. Ismeretes, hogy az első elektronikus kulcsok (vagyis a szoftverek illegális másolással szembeni védelmét szolgáló hardvereszközök) az 1980-as évek elején jelentek meg, de nyilvánvaló okokból az eszköz ötletében és közvetlen létrehozásában az elsőbbséget nagyon nehéz megállapítani.

Szoftvervédelem elektronikus kulccsal

Szoftverfejlesztő készlet

A hardverkulcsokat a szoftvervédelem hardveres módszerei közé sorolják, de a modern elektronikus hardverkulcsokat gyakran többplatformos hardver- és szoftvereszköz-rendszerként határozzák meg a szoftvervédelemhez. Az a tény, hogy magán a kulcson kívül az elektronikus kulcsokat gyártó cégek egy SDK-t (Software Developer Kit) is biztosítanak. Az SDK mindent tartalmaz, amire szüksége van a bemutatott technológia használatának megkezdéséhez szoftver termékek- fejlesztő eszközök, teljes műszaki dokumentáció, különböző operációs rendszerek támogatása, részletes példák, kódrészletek, eszközök az automatikus védelemhez. Az SDK demo kulcsokat is tartalmazhat a tesztprojektek létrehozásához.

Védelmi technológia

A szoftverek jogosulatlan használata elleni védelem technológiája azon alapul, hogy egy végrehajtható fájlból vagy dinamikus könyvtárból egy kulcshoz küldik a kéréseket, majd fogadják, és adott esetben elemzik a választ. Íme néhány tipikus lekérdezés:

• annak ellenőrzése, hogy a kulcs csatlakoztatva van-e;
• a program számára szükséges adatok kiolvasása a kulcsból, mint indítási paraméter (főleg csak megfelelő kulcs keresésekor használatos, védelemre nem);
• a program működéséhez szükséges, a program védelme során titkosított adatok vagy végrehajtható kód visszafejtésének kérése (lehetővé teszi a „szabvánnyal való összehasonlítást”; kódtitkosítás esetén a visszafejtetlen kód végrehajtása hibához vezet);
• kérés a program által korábban titkosított adatok visszafejtésére (lehetővé teszi, hogy minden alkalommal különböző kéréseket küldjön a kulcsnak, és ezáltal megvédje magát az API-könyvtárak / maga a kulcs emulációjától)
• a végrehajtható kód sértetlenségének ellenőrzése az aktuális ellenőrző összeg és a kulcsból kiolvasott eredeti ellenőrző összeg összehasonlításával (például a kód vagy más továbbított adatok digitális aláírásának végrehajtásával a kulcsalgoritmus segítségével, és ennek a digitális aláírásnak az alkalmazáson belüli ellenőrzésével; a digitális aláírás mindig más - a kriptográfiai algoritmus egyik jellemzője - ez is segít az API/kulcs emuláció elleni védelemben);
• kérés a kulcsba épített valós idejű órához (ha van; automatikusan végrehajtható, ha a kulcs hardveres algoritmusainak működési idejét a belső időzítő korlátozza);
• stb.

Érdemes megjegyezni, hogy egyes modern kulcsok (Guardant Code az Aktiv Companytól, LOCK az Astroma Ltd.-től, Rockey6 Smart a Feitiantól, Senselock a Seculabtól) lehetővé teszik a fejlesztő számára, hogy saját algoritmusait vagy akár az alkalmazáskód különálló részeit tárolja (pl. , specifikus fejlesztői algoritmusok kapnak nagyszámú paramétert a bemenethez) és hajtsa végre őket a kulcsszóban saját mikroprocesszorán. Amellett, hogy megvédi a szoftvereket az illegális használattól, ez a megközelítés lehetővé teszi, hogy megvédje a programban használt algoritmust a versenytársak általi tanulmányozástól, klónozástól és az alkalmazásokban való használattól. Egy egyszerű algoritmus esetében azonban (és a fejlesztők gyakran elkövetik azt a hibát, hogy olyan algoritmust választanak, amely nem elég bonyolult a betöltéshez), a kriptográfiai elemzés elvégezhető a fekete doboz elemzési módszerrel.

A fentiekből következően az elektronikus kulcs „szíve” a konverziós algoritmus (kriptográfiai vagy egyéb). A modern kulcsokban hardverben valósítják meg - ez gyakorlatilag kiküszöböli a teljes kulcs emulátor létrehozását, mivel a titkosítási kulcs soha nem kerül továbbításra a dongle kimenetére, ami kiküszöböli annak elfogásának lehetőségét.

A titkosítási algoritmus lehet titkos vagy nyilvános. A titkos algoritmusokat maga a biztonsági berendezések gyártója fejleszti, beleértve az egyes ügyfelek számára külön-külön is. Az ilyen algoritmusok használatának fő hátránya a kriptográfiai erősség értékelésének képtelensége. Az algoritmus megbízhatóságát csak utólag lehetett megmondani magabiztosan: feltörték vagy sem. Egy nyilvános algoritmus vagy „nyílt forráskód” összehasonlíthatatlanul nagyobb kriptográfiai erővel rendelkezik. Az ilyen algoritmusokat nem véletlenszerű emberek tesztelik, hanem számos kriptográfiai elemzésre szakosodott szakértő. Ilyen algoritmusok például a széles körben használt GOST 28147-89, AES, RSA, Elgamal stb.

Automatizált védelem

A legtöbb hardverkulcs-családhoz automatikus eszközöket fejlesztettek ki (amelyek az SDK-ban vannak), amelyek lehetővé teszik a program védelmét „néhány egérkattintással”. Ebben az esetben az alkalmazásfájl a fejlesztő saját kódjába van „csomagolva”. A kód által megvalósított funkcionalitás a gyártótól függően változik, de leggyakrabban a kód ellenőrzi a kulcs jelenlétét, vezérli a licencelési szabályzatot (a szoftverszállító által beállítva), olyan mechanizmust valósít meg, amely megvédi a végrehajtható fájlt a hibakereséstől és a visszafejtéstől ( például a futtatható fájl tömörítése) stb.

A lényeg az, hogy az automatikus védelmi eszköz használatához nincs szükség az alkalmazás forráskódjához való hozzáféréshez. Például külföldi termékek lokalizálásakor (amikor nincs lehetőség a szoftver forráskódjába való beavatkozásra) egy ilyen védelmi mechanizmus nélkülözhetetlen, de nem engedi az elektronikus kulcsokban rejlő lehetőségek teljes kihasználása, valamint rugalmas és egyéni védelem megvalósítása.

Védelem megvalósítása API függvények segítségével

A szoftverfejlesztő az automatikus védelem alkalmazása mellett lehetőséget kap arra, hogy a védelmi rendszert forráskód szinten az alkalmazásba integrálva önállóan fejlessze a védelmet. Ebből a célból az SDK különféle programozási nyelvek könyvtárait tartalmazza, amelyek egy adott kulcshoz tartozó API-funkciók leírását tartalmazzák. Az API egy olyan funkciókészlet, amely az alkalmazás, a rendszer-illesztőprogram (hálózati kulcsok esetén a szerver) és maga a kulcs közötti adatcserére szolgál. Az API-funkciók biztosítják a végrehajtást különféle műveletek kulccsal: memória keresése, olvasása és írása, adatok titkosítása és visszafejtése hardveres algoritmusok segítségével, hálózati szoftverek licencelése stb.

Ennek a módszernek a szakszerű alkalmazása magas szintű alkalmazásbiztonságot biztosít. Az alkalmazásba épített védelmet annak egyedisége és a programtörzsben „fuzzy” jellege miatt elég nehéz semlegesíteni. Egy védett alkalmazás futtatható kódjának tanulmányozása és módosítása a védelem megkerülése érdekében komoly akadálya a feltörésnek. Ezért a biztonsági fejlesztő feladata mindenekelőtt az esetleges automatizált hackelési módszerek elleni védelem a saját védelmének megvalósításával a kulcskezelő API segítségével.

Bypass védelem

Nincs információ a modern Guardant kulcsok teljes emulációjáról. A meglévő táblaemulátorok csak meghatározott alkalmazásokhoz vannak implementálva. Létrehozásuk lehetőségét az adta, hogy a biztonsági fejlesztők nem (vagy írástudatlan) használták az elektronikus kulcsok alapvető funkcióit.

Nincs információ a LOCK billentyűk teljes vagy legalább részleges emulációjáról, vagy a védelem megkerülésének bármely más módjáról.

Szoftvermodul feltörése

A támadó magának a programnak a logikáját vizsgálja meg, hogy a teljes alkalmazáskód elemzése után kiválasszon egy védelmi blokkot és deaktiválja azt. A programok feltörése hibakereséssel (vagy lépésről lépésre történő végrehajtással), dekompilációval és RAM-kiíratással történik. A végrehajtható programkód elemzésének ezeket a módszereit a támadók leggyakrabban kombinálva alkalmazzák.

A hibakeresés egy speciális programmal - egy hibakeresővel történik, amely lehetővé teszi bármely alkalmazás lépésről lépésre történő végrehajtását, emulálva az operációs környezetet. A hibakereső fontos jellemzője a telepítés lehetősége megállási pontok (vagy feltételek) kód végrehajtása. Segítségükkel a támadó könnyebben nyomon követheti a kódban azokat a helyeket, ahol a kulcshoz való hozzáférés megvalósul (például leállíthatja a végrehajtást egy ilyen üzenet esetén: „A kulcs hiányzik! Ellenőrizze a kulcs jelenlétét az USB interfészen ”).

Szétszerelés- egy módszer a végrehajtható modulok kódjának ember számára érthető programozási nyelvre konvertálására - Assembler. Ebben az esetben a támadó kinyomtatva (listát) kap arról, hogy mit csinál az alkalmazás.

Dekompilálás- az alkalmazás futtatható moduljának konvertálása programkóddá magas szintű nyelven és az alkalmazás forráskódhoz közeli reprezentációjának beszerzése. Csak néhány programozási nyelv esetében hajtható végre (különösen a C#-ban létrehozott és bájtkódban terjesztett .NET-alkalmazásokhoz - ez egy viszonylag magas szintű értelmezett nyelv).

A támadás lényege segítségével memória dump a RAM tartalmának beolvasásából áll, abban a pillanatban, amikor az alkalmazás elkezd normálisan futni. Ennek eredményeként a támadó a működő kódot (vagy az érdeklődésre számot tartó részt) „tiszta formájában” kapja meg (ha például az alkalmazás kódja titkosítva volt, és csak részben dekódolják egyik vagy másik szakasz végrehajtása során). A támadó számára a legfontosabb a megfelelő pillanat kiválasztása.

Megjegyzendő, hogy a hibakeresés ellen sokféle módon lehet védekezni, és a biztonsági fejlesztők ezeket használják: a kód nemlinearitása (többszálú), nem determinisztikus végrehajtási sorrend, a kód „szemettelése” (haszontalan függvényekkel, amelyek összetett műveleteket hajtanak végre sorrendben hogy megzavarja a támadót), maguknak a hibakeresőknek a hiányosságait használva stb.

Az impulzusos eszközökben gyakran találhat tranzisztoros kapcsolókat. A tranzisztoros kapcsolók flip-flopokban, kapcsolókban, multivibrátorokban, blokkoló oszcillátorokban és más elektronikus áramkörökben találhatók. Mindegyik áramkörben a tranzisztoros kapcsoló saját funkcióját látja el, és a tranzisztor működési módjától függően a kulcsáramkör egésze változhat, de a tranzisztoros kapcsoló alapvető kapcsolási rajza a következő:

A tranzisztoros kapcsolónak több fő működési módja van: normál aktív mód, telítési mód, levágási mód és aktív inverz üzemmód. Bár a tranzisztoros kapcsolóáramkör elvileg egy közös emitteres tranzisztoros erősítő áramkör, funkciói és üzemmódjai eltérnek egy tipikus erősítő fokozattól.

Kulcsfontosságú alkalmazásokban a tranzisztor nagy sebességű kapcsolóként szolgál, és a fő statikus állapotok kétféle: a tranzisztor ki van kapcsolva és a tranzisztor be van kapcsolva. A zárolt állapot nyitott állapot, amikor a tranzisztor levágási módban van. Zárt állapot - a tranzisztor telítettségének állapota, vagy a telítettséghez közeli állapot, ebben az állapotban a tranzisztor nyitott. Amikor egy tranzisztor egyik állapotból a másikba vált, ez egy aktív üzemmód, amelyben a kaszkád folyamatai nemlineárisan mennek végbe.

A statikus állapotok leírása a tranzisztor statikus jellemzőinek megfelelően történik. Két jellemző van: a kimeneti család - a kollektoráram függése a kollektor-emitter feszültségtől és a bemeneti család - az alapáram függése a bázis-emitter feszültségtől.

A levágási módot mindkettő eltolódása jellemzi p-n csomópontok tranzisztor az ellenkező irányba, és van egy mély és egy sekély vágás. Mélylezárásról beszélünk, amikor az átmenetekre adott feszültség 3-5-szöröse a küszöbértéknek, és ellentétes polaritású a működő feszültséggel. Ebben az állapotban a tranzisztor nyitott, és elektródáinak árama rendkívül kicsi.

Sekély levágás esetén az egyik elektródára adott feszültség kisebb, az elektródaáramok pedig nagyobbak, mint a mélylezárásnál, ennek eredményeként az áramok már az alkalmazott feszültségtől függenek a család alsó görbéjének megfelelően. kimeneti karakterisztikát, ezt a görbét „vágási karakterisztikának” nevezik.

Példaként egyszerűsített számítást hajtunk végre egy olyan tranzisztor kulcsmódjára vonatkozóan, amely ellenállásos terhelésen működik. A tranzisztor hosszú ideig csak a két fő állapot egyikében marad: teljesen nyitott (telítettség) vagy teljesen zárt (cutoff).

Legyen a tranzisztor terhelése az SRD-12VDC-SL-C relé tekercselése, amelynek tekercsellenállása névleges 12 V-on 400 Ohm lesz. Hanyagoljuk el a relé tekercselés induktív jellegét, a fejlesztők gondoskodjanak a túlfeszültség elleni védelemről tranziens üzemmódban, de a számítást az alapján fogjuk elvégezni, hogy a relé egyszer és nagyon hosszú időre bekapcsolódik. A kollektor áramát a következő képlettel találjuk meg:

Iк = (Upit-Ukenas) / Rн.

Hol: Ik - egyen kollektoráram; Upit - tápfeszültség (12 volt); Ukanas - a bipoláris tranzisztor telítési feszültsége (0,5 volt); Rн - terhelési ellenállás (400 Ohm).

Azt kapjuk, hogy Ik = (12-0,5) / 400 = 0,02875 A = 28,7 mA.

Az biztos, hogy vegyünk egy tranzisztort maximális áramerősséggel és végső feszültség. A SOT-32 csomagban lévő BD139 megfelelő. Ennek a tranzisztornak a paraméterei Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Jó tartalék lesz.

A 28,7 mA kollektoráram biztosításához megfelelő bázisáramot kell biztosítani. Az alapáramot a következő képlet határozza meg: Ib = Ik / h21e, ahol h21e a statikus áramátviteli tényező.

A modern multiméterek lehetővé teszik ennek a paraméternek a mérését, esetünkben ez 50 volt. Ez azt jelenti, hogy Ib = 0,0287 / 50 = 574 µA. Ha a h21e együttható értéke ismeretlen, a megbízhatóság érdekében egy adott tranzisztorra vonatkozó dokumentációból kiveheti a minimumot.

Az alapellenállás szükséges értékének meghatározásához. Az alap-emitter telítési feszültsége 1 volt. Ez azt jelenti, hogy ha a vezérlést egy logikai chip kimenetéről érkező jellel hajtjuk végre, amelynek feszültsége 5 V, akkor a szükséges 574 μA alapáram biztosításához, az átmenetnél 1 V-os eséssel kapjuk :

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

A standard sorozatból válasszunk egy 6,8 kOhm-os ellenállást a kisebbik oldalra (hogy biztosan legyen elég áram).

DE annak érdekében, hogy a tranzisztor gyorsabban kapcsoljon, és a működés megbízható legyen, egy további R2 ellenállást fogunk használni az alap és az emitter között, és némi teljesítmény csökken rajta, ami azt jelenti, hogy csökkenteni kell az ellenállás ellenállását R1. Vegyünk R2 = 6,8 kOhm-ot, és állítsuk be az R1 értékét:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib+I (R2 ellenálláson keresztül) = (Uin-Ubenas) / (Ib+Ubenas/R2)

R1 = (5-1) / (0,000574+1/6800) = 5547 Ohm.

Legyen R1 = 5,1 kOhm és R2 = 6,8 kOhm.

Számítsuk ki a kapcsoló veszteségeit: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. A tranzisztorhoz nincs szükség hűtőbordára.