Introducere.

Întrebări educaționale (partea principală):

1. Informatii generale despre cheile electronice.

2. Chei de diode.

3. Chei de tranzistor

Concluzie

Literatură:

L.15 Bystrov Yu.A., Mironenko I.V. Circuite si dispozitive electronice, -M: Scoala superioara. 1989 - 287s. Cu. 138-152,

L.19 Brammer Yu.A., Pashchuk A.V. Puls și dispozitive digitale. - M.: Şcoala superioară, 1999, 351 p. Cu. 68-81

L21. F. Opadchy, O.P. Gludkin, A.I. Gurov „Electronica analogică și digitală”, M. - Hot line - Telecom, 2000 p. 370-414

Sprijin educațional și material:

Textul cursului Introducere

Se știe că pentru a asigura funcționarea dispozitivelor pulsate și a obține oscilații pulsate este necesară comutarea unui element neliniar (închis, deschis).

Un astfel de mod de funcționare a unui element neliniar se numește cheie, iar dispozitivul, care include acest element neliniar, se numește cheie electronică.

1. Informații generale despre cheile electronice.

Cheie electronică numit dispozitiv care, sub influența semnalelor de control, comută circuitele electrice mod fără contact.

Atribuirea cheilor electronice.

Definiția în sine conține scopul „Pornire - oprire”, „Închidere - deschidere” elemente pasive și active, surse de alimentare etc.

Clasificarea cheilor electronice.

Cheile electronice sunt clasificate în funcție de următoarele caracteristici principale:

După tipul de element de comutare:

• tranzistor;

  trinistor, dinistor;

  electrovacuum;

  umplut cu gaz (thyratron, tigatron);

  optocuple.

După metoda de pornire a elementului de comutare în raport cu sarcina.

chei seriale;

Orez. unu

taste paralele.

Orez. 2

Pe cale de management.

cu un semnal de control extern (extern în raport cu semnalul comutat);

fără un semnal de control extern (semnalul comutat însuși este semnalul de control).

După tipul semnalului comutat.

chei de tensiune;

cheile curente.

După natura căderilor de tensiune de intrare și de ieșire.

repetarea;

Orez. 3

inversarea.

Orez. patru

După starea cheii electronice în poziția deschisă.

saturat (cheia electronică este deschisă până la saturație);

nesaturat (cheia electronică este în modul deschis).

După numărul de intrări.

o singură intrare;

Orez. 5

multi-intrare.

Orez. 6

Dispozitiv de chei electronice.

Cheia electronică include de obicei următoarele elemente principale:

element direct neliniar (element comutator);

Principiul de funcționare a cheii electronice.

Orez. 7

Să luăm în considerare principiul de funcționare folosind exemplul unei chei ideale.

Pe imagine:

1. U în - tensiune, sef de munca cheie;

   R este rezistența în circuitul de putere;

   E - tensiune de alimentare (tensiune comutată).

În starea de pornire (tasta SA este închisă), tensiunea de ieșire U out = 0 (rezistența R a unei chei ideale închise este egală cu zero).

În starea oprită (cheia SA este deschisă), tensiunea la ieșire U o = E (rezistența R a unei chei ideale deschise este egală cu infinitul).

Un astfel de comutator ideal produce o deschidere și închidere completă a circuitului, astfel încât căderea de tensiune la ieșire este egală cu E.

Cu toate acestea, realul cheie electronică departe de a fi ideal.

Orez. opt

Are o rezistență finită în starea închisă -R pe deputat, iar în starea deschisă - R oprit deodată. Acestea. R pe blocare >0, R oprit deodată<. Следовательно, в замкнутом состоянии U вых =U ост >0 (restul de tensiune scade pe cheie).

În stare deschisă U out

Astfel, pentru ca cheia electronică să funcționeze, este necesar să se îndeplinească condiția R oprit deodată >> R inclusiv deputat .

Principalele caracteristici ale cheilor electronice.

caracteristica de transfer.

Aceasta este dependența tensiunii de ieșire U out de intrarea U in: U out \u003d f (U in).

Dacă nu există un semnal de control extern, atunci U o =f(E).

Astfel de caracteristici arată cât de aproape este cheia electronică de cea ideală.

Viteza cheii electronice - timpul de comutare al cheii electronice.

Deschideți rezistența R dezactivată o dată și închisă rezistența R pe menghină.

Tensiune reziduală U rest.

Tensiunea de prag, de ex. tensiune atunci când rezistența cheii electronice se modifică dramatic.

Sensibilitate - căderea minimă a semnalului, care are ca rezultat comutarea neîntreruptă a cheii electronice.

Imunitate la zgomot - sensibilitatea cheii electronice la efectele impulsurilor de interferență.

Căderea de tensiune pe cheia electronică în stare deschisă.

Curent de scurgere în stare închisă.

Aplicarea cheilor electronice.

Se folosesc cheile electronice:

În cele mai simple scheme de formare a pulsului.

Pentru a construi principalele tipuri de elemente logice și dispozitive de bază cu impulsuri.

Astfel, cheile electronice sunt dispozitive care efectuează comutarea fără contact.

Informatii generale. Cheie electronică este un dispozitiv care poate fi într-una din cele două stări stabile: închis sau deschis. Trecerea de la o stare la alta într-o cheie electronică ideală are loc brusc sub influența unei tensiuni sau curent de control.

În tehnologia electronică modernă, comutatoarele cu tranzistori sunt cele mai utilizate pe scară largă.

Taste pe tranzistoare bipolare. Cel mai simplu circuit comutator tranzistor (Fig. 5.2, a) este similar cu circuitul amplificator tranzistor, dar diferă în modul de funcționare a tranzistorului. Când funcționează în modul cheie, punctul de funcționare al tranzistorului poate fi doar în două poziții: în zonele tăiate(tranzistorul închis) și in regiuni de saturație(tranzistor deschis și saturat). Se numesc astfel de chei bogat chei de tranzistori. Uneori se folosesc comutatoare în care punctul de funcționare cu tranzistorul deschis este în regiunea activă (de obicei, în apropierea regiunii de saturație, dar nu ajunge la ea). Se numesc astfel de chei nesaturat. Comutatoarele saturate cu tranzistori sunt mai frecvent utilizate, deoarece în starea lor „Pornit”, tensiunea de ieșire are un nivel mai scăzut și este mai stabilă.

Orez. 5.2. Circuitele comutatorului tranzistorului (a) și caracteristicile (b) care ilustrează schimbarea modului atunci când cheia trece de la starea închisă (punctul A) la starea deschisă (punctul B)

Pentru a asigura modul de întrerupere, la intrarea tastei trebuie aplicată o tensiune negativă
(sau pozitiv pentru un tranzistor p-n-p).

Pentru blocarea fiabilă a tranzistorului, valoarea absolută a tensiunii negative
trebuie să fie cel puțin o anumită valoare a tensiunii de prag
, iar condiția pentru asigurarea modului de tăiere are forma

Pentru a comuta tranzistorul în modul de saturație, este necesar să se aplice o astfel de tensiune pozitivă la intrarea cheii , la care se creează un curent în circuitul de bază

Unde
- curent de bază la limita dintre modul activ și modul de saturație (punctul B din Fig. 5.2, b).

Curentul colectorului în modul de saturație

.

În modul de saturație, tensiunea colectorului
rămâne pozitiv față de emițător, dar are o valoare foarte mică (zecimi de volți pentru tranzistoarele cu germaniu și 1 ... 1,5 V pentru cele cu siliciu). Prin urmare, tensiunea de pe colectorul EAF se dovedește a fi negativă:

și se aprinde în direcția înainte.

Performanța cheii electronice depinde de timpul de pornire și oprire.

Timpul de pornire este determinat de timpul de întârziere datorat inerției mișcării de difuzie a purtătorilor de sarcină minoritari în baza BT și de timpul de formare a frontului (timpul de stabilire) a tensiunii de ieșire. Timpul de oprire este suma timpului de resorbție a purtătorilor de sarcină minori acumulați în bază și timpul de formare a întreruperii tensiunii de ieșire.

Creșterea vitezei comutatorului tranzistorului este facilitată de utilizarea tranzistoarelor de înaltă frecvență, o creștere a curenților de bază de deblocare și inversă, precum și o scădere a curentului de bază în modul de saturație.

Pentru a reduce curentul de bază în modul de saturație, se folosesc comutatoare nesaturate, în care o diodă Schottky este conectată între bază și colector (Fig. 5.3). Dioda Schottky are o tensiune de declanșare cu 0,1 ... 0,2 V mai mică decât tensiunea de saturație a joncțiunii colectorului, așa că se deschide înainte ca modul de saturație să se instaleze și o parte din curentul de bază trece prin dioda deschisă în circuitul colector al tranzistorul, prevenind astfel acumularea în baza de încărcare a purtătorilor minoritari. Comutatoarele nesaturate cu o diodă Schottky sunt utilizate pe scară largă în circuitele integrate. Acest lucru se datorează faptului că fabricarea diodelor Schottky bazate pe o structură de tranzistor folosind tehnologia integrată nu necesită operațiuni suplimentare și nu duce la o creștere a ariei cristalului ocupată de elementele comutatorului.

Orez. 5.3. Schema unei chei cu o diodă Schottky

Tastele tranzistoarelor MIS. Cheile de pe tranzistoarele cu efect de câmp (Fig. 5.4) nu au un dezavantaj precum acumularea și resorbția purtătorilor minoritari, astfel încât timpul de comutare este determinat de încărcarea și reîncărcarea capacităților interelectrodului. Rolul rezistenței poate realiza tranzistori cu efect de câmp. Acest lucru facilitează foarte mult tehnologia de producție a comutatoarelor integrate bazate pe tranzistoare cu efect de câmp.

Orez. 5.4. Scheme de chei electronice pe un FET cu o poartă p-n (a) și tip MIS (b).

În cheile de pe tranzistoarele MIS cu canal indus (Fig. 5.5), rolul rezistorului tranzistoarele VT1 efectuează, iar rolul elementului activ este tranzistoarele VT2. Tranzistoarele VT2 au un canal de tip p, iar tranzistoarele VT1 au un canal de tip n (Fig. 5.5, a) sau de tip n (Fig. 5.5, b). Caracteristicile lor de transfer sunt prezentate în fig. 5.6, Ași 5.6, b respectiv. Graficele de tensiune care explică funcționarea tastelor sunt prezentate în fig. 5.7.

Orez. 5.5. Scheme de comutatoare electronice bazate pe tranzistoare MIS cu canale induse de aceleași tipuri (a) și opuse (b) de conductivitate electrică

Orez. 5.6. Caracteristicile de transfer ale tranzistoarelor MIS cu canale induse de diferite tipuri de conductivitate electrică

Orez. 5.7. Grafice ale modificărilor tensiunilor de intrare (a) și de ieșire (b) ale comutatoarelor electronice pe tranzistoarele MIS

Când se aplică o tensiune pozitivă la intrare tranzistoarele VT2, având un canal de tip p, sunt închise. Tranzistorul VT1 al primei chei (Fig. 5.5, a) este deschis din cauza tensiunii de polarizare negativă aplicată porții sale
. Tranzistorul VT1 al celei de-a doua chei, care are un canal de tip n (Fig. 5.5, b), se dovedește, de asemenea, deschis, deoarece poarta sa este conectată la intrare, care are o tensiune pozitivă.
. Rezistența tranzistoarelor deschise VT1 este mică în comparație cu rezistența tranzistoarelor închise VT2 și
.

Când se primește o tensiune negativă la intrarea tastelor
tranzistoarele VT2 se deschid, iar tranzistoarele VT1 se închid. Aproape tot stresul scade pe rezistența ridicată a canalului tranzistorului VT1 și
.

5.4. Elemente logice de bază pe structuri bipolare.În funcție de componentele care sunt utilizate în construcția LE și de metoda de conectare a componentelor într-un LE, se disting următoarele tipuri de LE sau tipuri de logici:

logica diodă-tranzistor (DTL);

logica tranzistor-tranzistor (TTL);

logica cuplată cu emițător (ECL);

logica integrata prin injectie (I 2 L, IIL);

elemente logice pe tranzistoare MOS (KMDP).

Există și alte tipuri de LE. Unele dintre ele sunt învechite și nu sunt utilizate în prezent, în timp ce altele sunt în curs de dezvoltare.

Elemente logice TTL. Tranzistor-tranzistor numit astfel de elemente logice, în circuitul de intrare al cărora este utilizat un tranzistor cu mai multe emițători (MET). Conform principiului construcției și funcționării, circuitele TTL sunt apropiate de circuitele DTL. Joncțiunile emițătorului MET acționează ca diode de intrare, iar joncțiunea colector acționează ca o diodă de polarizare. Elementele TTL sunt mai compacte decât elementele DTL, ceea ce crește gradul de integrare a cipurilor TTL. Circuitele integrate bazate pe TTL în comparație cu microcircuitele DTL au viteză mai mare, imunitate la zgomot și fiabilitate, o capacitate de încărcare mai mare și un consum mai mic de energie.

Pe fig. 5.8, A prezintă un circuit 3I - NE LE TTL cu un invertor simplu. Dacă se aplică tensiuni la toate intrările MET
corespunzătoare nivelului 1, atunci toate joncțiunile emițătorului lui МЭТВТ1 sunt polarizate invers, iar joncțiunile colectoare sunt polarizate direct. Curentul colectorului MET trece prin baza tranzistorului VT2, care se deschide și intră în modul de saturație. O tensiune de nivel scăzut este setată la ieșirea LE
.

Dacă cel puțin o intrare MET este alimentată
corespunzătoare nivelului 0, atunci joncțiunea emițătorului MET corespunzătoare este deplasată în direcția înainte. Curentul de emițător al acestei tranziții trece prin rezistorul R1, în urma căruia curentul de colector al MET scade și tranzistorul VT2 se închide. Tensiunea este setată la ieșirea LE nivel inalt
.

Pentru a crește viteza LE, se introduce în acesta un feedback neliniar, realizat folosind o diodă Schottky (dioda VD în Fig. 5.10, a). O diodă Schottky VD cu un tranzistor integrat VT2 alcătuiește o singură structură, care este uneori numită tranzistor Schottky.

Orez. 5.8. Circuite logice ȘI - NU TTL cu invertoare simple (a) și complexe (b).

Pe fig. 5.8, b prezintă o diagramă a unui element logic 2I - NU TTL cu un invertor complex. Funcționarea unui astfel de invertor a fost discutată mai devreme.

O caracteristică a unui invertor complex este inerția procesului de comutare a tranzistoarelor VT2, VТЗ și VT4. Prin urmare, performanța unui invertor complex este mai slabă decât a unuia simplu. Pentru a crește viteza unui invertor complex, în acesta este introdus un tranzistor suplimentar, care este conectat în paralel cu joncțiunea emițătorului VT4.

În prezent, sunt produse mai multe varietăți de serii de microcircuite cu elemente TTL: standard (seria 133; K155), de mare viteză (seria 130; K131), microputere (seria 134), cu diode Schottky (seria 530; K531) și microputere cu Schottky diode (seria K555). Au un procent mare de ieșire, costuri reduse, au un set funcțional larg și sunt convenabile pentru utilizare practică.

Elemente logice ESL. Elementul de bază al logicii cuplate cu emițător este dispozitivele bazate pe comutatoare de curent.

Cel mai simplu circuit comutator de curent este prezentat în fig. 5.9, A.

Orez. 5.9. O diagramă simplificată a comutatorului de curent (a) și grafice de tensiune (b) care explică funcționarea acestuia

Curentul total al tranzistoarelor VT1 și VT2 este stabilit de generatorul de curent I inclus în circuitul emițător al tranzistoarelor. Dacă intrarea (bază VT1) primește o tensiune de nivel scăzut
(0 logic), atunci tranzistorul VT1 este închis și tot curent curge prin tranzistorul VT2, a cărui bază este alimentată cu o tensiune de referință
, depășind nivelul inferior al tensiunii de bază VT1.

O tensiune de nivel înalt (1 logic) este generată pe colectorul tranzistorului închis VT1, iar o tensiune de nivel scăzut (0 logic) se formează pe colectorul tranzistorului deschis VT2, așa cum se arată în Fig. 5.9, b. În cazul în care un
, atunci tranzistorul VT1 se va deschide. pentru că
, atunci tranzistorul VT2 va fi închis și tot curentul va curge prin tranzistorul VT1. Pe colectorul VT1 se formează o tensiune de nivel scăzut, iar pe colectorul VT2 se formează un nivel ridicat.

Parametrii generatorului de curent sunt astfel încât tranzistoarele VT1 și VT2 nu intră în modul de saturație. Acest lucru realizează o performanță ridicată a elementelor ESL.

Schema schematică a elementului logic de bază al ESL este prezentată în fig. 5.10. Acest LE efectuează simultan două operații logice: SAU - NU pe ieșirea 1 și SAU pe ieșirea 2.

Orez. 5.10. Diagrama elementului logic de bază al ESL

Pe tranzistoarele VT1, VT2 și VTZ, se realizează o comutare de curent care asigură funcțiile logice SAU - NU (pe colectorul VT2) și SAU (pe colectorul VТЗ). Un rezistor de înaltă rezistență R5 este utilizat ca generator de curent, care este inclus în circuitul emițător combinat al tranzistoarelor VT1, VT2 și VТЗ. Sursa de tensiune de referință este realizată pe tranzistorul VT4 și diodele VD1 și VD2. Tensiunea de referință, al cărei nivel este aproximativ la mijloc între nivelurile corespunzătoare la 0 și 1, este aplicată la baza tranzistorului VТЗ, astfel încât tranzistorul VТЗ va fi închis dacă se aplică o tensiune de nivel mai mare (logica 1) la cel puțin una dintre intrări și se deschide dacă toate intrările au o tensiune de nivel scăzut (0 logic). Informațiile logice de la colectorii VT2 și VТЗ sunt furnizate bazelor emițătorilor de ieșire realizate pe tranzistoarele VT5 și VT6. Dispozitivele emițătoare servesc la creșterea capacității de încărcare a LE și la schimbarea nivelurilor de tensiune de ieșire pentru compatibilitatea LE din această serie în ceea ce privește intrarea și ieșirea.

Reprezentanții LE ESL sunt circuite integrate din seria a 500-a.

Avantajul LE ESL este o tehnologie bine consacrată pentru producția lor, care asigură un procent destul de mare din randamentul microcircuitelor adecvate și costul lor relativ scăzut. Elementele ESL au o viteză mai mare în comparație cu LE TTL. Din acest motiv, ele sunt utilizate pe scară largă în calculul de mare viteză și de înaltă performanță. Cascadele diferențiale ale LE ESL oferă imunitate ridicată la zgomot, stabilitate a parametrilor dinamici la modificările temperaturii și tensiunii surselor de alimentare, consum constant de curent independent de frecvența de comutare.

Dezavantajul LE ESL este consumul mare de energie.

Elemente logice ȘI 2 L. LE ȘI 2 L sunt realizate sub forma unui lanț de tranzistoare alimentate cu injecție. O caracteristică distinctivă a unor astfel de tranzistori în comparație cu BT este prezența unui electrod suplimentar - un injector. În această structură se pot distinge două tranzistoare: alimentare cu curent orizontalși comutare verticală conectat așa cum se arată în fig. 5.11, b. Rolul cheii electronice S este îndeplinit de obicei de structura BT, conectată cu OE și care funcționează în modul cheie.

Orez. 5.11. Schema schematică a unui invertor alimentat cu injecție

Deplasarea joncțiunii injectorului în direcția înainte se realizează prin aplicarea unei tensiuni pozitive egală cu 1 ... Dacă cheia este deschisă (în acest caz, tensiunea de intrare este mare), atunci aproape tot curentul generatorului intră în baza tranzistorului VT2. Tranzistorul este deschis și saturat, iar tensiunea de ieșire este de unități sau zeci de milivolți (presupunând că o sarcină este conectată la colector). Cu cheia S închisă, aproape întregul curent al generatorului de curent trece prin cheie și doar o mică parte din acesta intră în baza tranzistorului VT2. Tranzistorul este în modul activ în apropierea regiunii de tăiere. Tensiunea de colector a tranzistorului în acest mod corespunde unui nivel ridicat - aproximativ 0,8 V.

Astfel, un tranzistor alimentat cu injecție poate fi considerat ca un invertor sau LE care efectuează o operațiune NOT.

Pe fig. 5.12 arată circuitul LE SAU - NU pentru două intrări. Când zerourile logice sosesc la ambele intrări, tranzistoarele VT1 și VT2 sunt închise și la ieșire se formează un 1 logic. Dacă cel puțin una dintre intrări primește un 1 logic, atunci tranzistorul corespunzător este deschis și saturat, iar un 0 logic este setat la iesire, care este uniunea tuturor colectoarelor.

Orez. 5.12. Diagrama simplificată a LE 2OR - NU logica injecției

Avantajele LE I 2 L sunt un grad ridicat de integrare, viteză mare, capacitatea de a funcționa la curenți foarte mici (unități de nanoamperi) și tensiuni de alimentare scăzute.

5.5. Elemente logice de bază privind structurile MIS și CMIS. Elementul de bază al circuitelor integrate logice pe tranzistoarele MIS este un invertor (element NU). Pe fig. 5.13 prezintă circuite invertoare pe tranzistoare MIS cu un canal de tip p cu una (a) și două (b) surse de alimentare.

Orez. 5.13. Scheme de invertoare pe tranzistoare MIS (a, b) și grafice ale tensiunilor de intrare și de ieșire (c)

Tranzistoarele VT1 ale ambelor circuite au canale mai înguste și mai lungi în comparație cu tranzistoarele VT2. Prin urmare, dacă ambele tranzistoare VT1 și VT2 sunt deschise, atunci
. În cazul în care un
, adică
, atunci tranzistoarele VT2 sunt deschise. Din moment ce in acelasi timp
, atunci tensiunea de ieșire este aproape de zero (Fig. 5.13, c).

În cazul în care un
, adică
, atunci tranzistoarele VT2 sunt închise, iar tranzistoarele VT1 sunt pe punctul de a se bloca. în care
iar ieșirea este setată la un nivel negativ scăzut corespunzător logicii 1.

Includerea în circuitul de poartă a sursei de tensiune suplimentare tranzistorului VT1
crește imunitatea la zgomot a LE.

Pe fig. 5.14, A prezintă o diagramă a unui LE OR - NOT cu două intrări, realizat pe tranzistoare MIS complementare. Tranzistoarele VТЗ și VT4 conectate în paralel cu un canal de tip n sunt tranzistoare de control, iar tranzistoarele VT1 și VT2 cu un canal de tip p sunt tranzistoare de sarcină. Tranzistoarele de control formează partea inferioară, iar tranzistoarele de sarcină formează brațul superior al divizorului, de la care este îndepărtată tensiunea de ieșire.

Orez. 5.14. Scheme de elemente logice SAU - NU (a) și ȘI - NU (b) pe tranzistoarele KMDP

Dacă intrările și tensiune de nivel scăzut:
, atunci tranzistoarele VТЗ și VT4 sunt închise. Sursa tranzistorului VT1 cu un canal de tip p este conectată la plusul sursei , deci tensiunea de poartă
și depășește tensiunea de prag în valoare absolută. Tranzistorul VT1 este deschis, rezistența canalului său este mică și tensiunea sursă a tranzistorului VT2 este aproape de tensiune
. În consecință, tranzistorul VT2 este și el deschis, iar rezistența brațului superior este mult mai mică decât rezistența brațului inferior. Ieșirea este setată la o tensiune de nivel înalt apropiată de tensiunea de alimentare.

Dacă cel puțin o intrare sau este furnizată o tensiune de nivel înalt, apoi tranzistorul corespunzător al brațului inferior se deschide, iar brațul superior se închide. Ieșirea produce o tensiune de nivel scăzut aproape de zero.

În elementele logice ȘI - NU KMDP-TL (Fig. 5.14, b), tranzistoarele MOS de control cu ​​un canal de tip n VTZ și VT4 sunt conectate în serie, iar cele de încărcare cu canale de tip p sunt conectate în paralel. Rezistența brațului inferior va fi mică dacă ambele tranzistoare VТЗ și VT4 sunt deschise, adică. când la intrări și acţionează tensiunile corespunzătoare unităţilor logice. în care
și corespunde cu zero logic. Dacă există o tensiune scăzută la una dintre intrări, atunci unul dintre tranzistoarele VT1 sau VT2 este deschis, iar unul dintre tranzistorii VT3 sau VT4 este închis. În acest caz, rezistența brațului superior este mult mai mică decât rezistența brațului inferior, iar nivelul tensiunii de ieșire corespunde unei unități logice.

Elementele logice KMDP-TL se caracterizează prin consum redus de energie (zeci de nanowați), viteză suficient de mare (până la 10 MHz sau mai mult), imunitate ridicată la zgomot și factor de utilizare a tensiunii de alimentare (
). Dezavantajul lor este complexitatea mai mare a producției în comparație cu LE MDP-TL.

Cumpărare softwareîn versiunea în cutie, de regulă, solicită utilizatorului să viziteze magazinul sau, cel puțin, să se întâlnească cu curierul. Comoditatea achiziționării de licențe electronice constă în primul rând în faptul că nu trebuie să mergeți nicăieri. Puteți cumpăra o licență din magazinul online al distribuitorului și după un timp e-mail toti vor veni instructiunile necesareși cheia în sine. Avantajele acestei metode de distribuire a produselor software sunt evidente: o achiziție se poate face la orice oră din zi sau din noapte, iar comanda se plasează exact în același mod ca la cumpărarea oricărui alt produs dintr-un magazin online.

Diferența dintre versiunile în cutie și electronice

Atunci când cumpără un program într-o cutie, utilizatorul primește un mediu fizic cu kitul de distribuție a produsului (de obicei un CD sau ) și chei de activare - imprimate fie pe hârtie, fie pe un autocolant special. In cazul achizitionarii unei chei electronice, utilizatorul primeste prin posta o cheie generata de producator; poate fi fie un fișier cu permisiune specială, fie un cod simplu. În acest caz, pachetul de distribuție a produsului poate fi descărcat pur și simplu de pe Internet: fie de pe site-ul vânzătorului, fie de pe serverul distribuitorului digital. De obicei, vânzătorul trimite un link de descărcare în același e-mail cu cheia în sine. Este de la sine înțeles că programele instalate dintr-o distribuție în cutie sau descărcate de pe Internet nu diferă deloc.

Licență și reînnoire

Achiziționarea unei chei electronice antivirus sau achiziționarea unei versiuni în cutie a programului înseamnă că bazele de date antivirus ale produsului pot fi actualizate pe toată durata licenței. Este foarte ușor să vă asigurați că cel achiziționat este autentic: dacă antivirusul, al cărui kit de distribuție a fost descărcat de pe site-ul producătorului, acceptă cheia, totul este în ordine.

De regulă, licențele antivirus sunt pentru un an, după care utilizatorului i se va solicita să cumpere o reînnoire a licenței. Procesul de achiziție este practic același cu achiziția inițială. Unii furnizori, totuși, vă pot cere să furnizați o cheie de licență anterioară pentru produs. De asemenea, este adesea posibil să achiziționați o cheie electronică de reînnoire a licenței, chiar dacă software-ul a fost achiziționat inițial „într-o cutie”.

Preț

Aceasta este poate cea mai semnificativă diferență dintre cheia electronică și versiunea în cutie. Datorită faptului că versiunea în cutie conține un suport fizic cu un kit de distribuție și, deseori, materiale suplimentare (instrucțiuni etc.), prețul acesteia poate fi vizibil mai mare decât la cumpărarea unei chei electronice. Acest lucru nu este surprinzător: producătorul nu trebuie să cheltuiască bani pe cutii de imprimare, discuri și materiale tipărite, nu trebuie să închirieze un depozit, nu trebuie să livreze mărfuri către Magazine cu amănuntul. Este destul de logic ca pentru a scăpa de toate aceste griji, el este gata să ofere o reducere semnificativă.

(Software) și date din copiere, utilizare ilegală și distribuție neautorizată.

Chei electronice moderne

Principiul de funcționare a cheilor electronice. Cheia este atașată unei interfețe specifice computerului. În plus, programul protejat îi trimite informații printr-un driver special, care este procesat în conformitate cu algoritmul specificat și returnat înapoi. Dacă răspunsul cheii este corect, atunci programul își continuă activitatea. În caz contrar, poate efectua acțiuni definite de dezvoltator, cum ar fi trecerea la modul demo, blocarea accesului la anumite funcții.

Există chei speciale capabile să licențieze (limitând numărul de copii ale programului care rulează în rețea) o aplicație protejată în rețea. În acest caz, o cheie este suficientă pentru întreaga rețea locală. Cheia este instalată pe orice stație de lucru sau server de rețea. Aplicațiile protejate accesează cheia prin retea locala. Avantajul este că, pentru a funcționa cu aplicația în rețeaua locală, nu trebuie să poarte un dongle cu ei.

Pe piata ruseasca Următoarele linii de produse sunt cele mai cunoscute (în ordine alfabetică): CodeMeter de la WIBU-SYSTEMS, Guardant de la Aktiv, HASP de la Aladdin, LOCK de la Astroma Ltd., Rockey de la Feitian, SenseLock de la Seculab etc.

Poveste

Protejarea software-ului împotriva utilizării fără licență crește profitul dezvoltatorului. Până în prezent, există mai multe abordări pentru a rezolva această problemă. Marea majoritate a dezvoltatorilor de software folosesc diverse module software, care controlează accesul utilizatorilor folosind chei de activare, numere de serie etc. O astfel de protecție este o soluție ieftină și nu poate pretinde că este de încredere. Internetul este plin de programe care vă permit să generați ilegal o cheie de activare (generatoare de chei) sau să blocați o solicitare pentru un număr de serie/cheie de activare (patch-uri, fisuri). În plus, nu neglijați faptul că utilizatorul legal însuși își poate face public numărul de serie.

Aceste neajunsuri evidente au dus la crearea unei protecții software hardware sub forma unei chei electronice. Se știe că primele chei electronice (adică dispozitive hardware pentru protejarea software-ului împotriva copierii ilegale) au apărut la începutul anilor 1980, dar este foarte greu de stabilit primatul în ideea și crearea directă a dispozitivului, din motive evidente.

Protecție software cu cheie electronică

Kit de dezvoltare software

Dongle-urile sunt clasificate ca metode de protecție software bazate pe hardware, dar dongle-urile moderne sunt adesea definite ca sisteme de instrumente hardware-software multiplatformă pentru protecția software-ului. Cert este că, pe lângă cheia în sine, companiile care emit chei electronice oferă un SDK (Software Developer Kit - un kit de dezvoltare software). SDK-ul include tot ce aveți nevoie pentru a începe să utilizați tehnologia prezentată pe cont propriu produse software- instrumente de dezvoltare, documentație tehnică completă, suport pentru diverse sisteme de operare, exemple detaliate, fragmente de cod, instrumente de protecție automată. SDK-ul poate include, de asemenea, chei demonstrative pentru construirea proiectelor de testare.

Tehnologia de protecție

Tehnologia de protecție împotriva utilizării neautorizate a software-ului se bazează pe implementarea solicitărilor dintr-un fișier executabil sau dintr-o bibliotecă dinamică la o cheie cu primirea ulterioară și, dacă este necesar, analiza răspunsului. Iată câteva interogări tipice:

• verificarea prezenței unei conexiuni cheie;
• citirea din cheie a datelor necesare programului ca parametru de lansare (utilizat în principal doar la căutarea unei chei potrivite, dar nu și pentru protecție);
• o cerere de decriptare a datelor sau a codului executabil necesar pentru funcționarea programului, criptat la protejarea programului (permite „compararea cu standardul”; în cazul criptării codului, executarea codului necriptat duce la o eroare);
• o solicitare de decriptare a datelor criptate anterior de programul însuși (vă permite să trimiteți cereri diferite la cheie de fiecare dată și, astfel, să vă protejați de emularea bibliotecilor API/cheia în sine)
• verificarea integrității codului executabil prin compararea sumei de control curente a acestuia cu suma de control inițială citită din cheie (de exemplu, prin executarea semnăturii digitale a codului sau a altor date transmise prin algoritmul cheie și verificarea acestei semnături digitale în cadrul aplicației; deoarece semnătura digitală este întotdeauna diferită - o caracteristică a algoritmului criptografic - acest lucru ajută și la protejarea împotriva emulării API/cheie);
• o solicitare către ceasul în timp real încorporat în dongle (dacă există; poate fi efectuată automat atunci când timpul de funcționare a algoritmilor hardware ai dongle-ului este limitat de temporizatorul său intern);
• etc.

Este de remarcat faptul că unele chei moderne (Codul de gardant de la Aktiv Company, LOCK de la Astroma Ltd., Rockey6 Smart de la Feitian, Senselock de la Seculab) permit dezvoltatorului să-și stocheze proprii algoritmi sau chiar părți separate ale codului aplicației (de exemplu, algoritmi specifici dezvoltatorului care primesc input un număr mare de parametri) și execută-le în cheie pe propriul microprocesor. Pe lângă protejarea software-ului împotriva utilizării ilegale, această abordare vă permite să protejați algoritmul utilizat în program de a fi studiat, clonat și utilizat în aplicațiile sale de către concurenți. Totuși, pentru un algoritm simplu (și dezvoltatorii fac adesea greșeala de a alege un algoritm insuficient de complex pentru încărcare), criptoanaliza poate fi efectuată folosind metoda de analiză „cutie neagră”.

După cum rezultă din cele de mai sus, „inima” cheii electronice este algoritmul de conversie (criptografic sau de altă natură). În dongle-urile moderne, este implementat în hardware - acest lucru exclude practic crearea unui emulator complet de cheie, deoarece cheia de criptare nu este niciodată transmisă la ieșirea dongle-ului, ceea ce exclude posibilitatea interceptării acesteia.

Algoritmul de criptare poate fi secret sau public. Algoritmii secreti sunt dezvoltați de producătorul echipamentului de protecție, inclusiv individual pentru fiecare client. Principalul dezavantaj al utilizării unor astfel de algoritmi este imposibilitatea evaluării puterii criptografice. Nu a fost posibil decât să spunem cu certitudine cât de fiabil a fost algoritmul după fapt: dacă a fost piratat sau nu. Un algoritm public, sau „open source”, are o putere criptografică incomparabil mai mare. Astfel de algoritmi nu sunt testați de oameni la întâmplare, ci de un număr de experți specializați în analiza criptografiei. Exemple de astfel de algoritmi sunt GOST 28147-89, AES, RSA, Elgamal, etc.

Protecție cu mijloace automate

Pentru majoritatea familiilor de dongle hardware, au fost dezvoltate instrumente automate (incluse în SDK) care vă permit să protejați programul „cu câteva clicuri de mouse”. În acest caz, fișierul aplicației este „înfășurat” în codul propriu al dezvoltatorului. Funcționalitatea implementată de acest cod variază în funcție de producător, dar cel mai adesea codul verifică prezența unei chei, controlează politica de licență (setată de furnizorul de software), implementează un mecanism pentru a proteja fișierul executabil de depanare și decompilare ( de exemplu, comprimarea fișierului executabil), etc.

Important este că nu aveți nevoie de acces la codul sursă al aplicației pentru a utiliza instrumentul de protecție automată. De exemplu, la localizarea produselor străine (când nu există posibilitatea de a interfera cu codul sursă al software-ului), un astfel de mecanism de protecție este indispensabil, dar nu permite realizează și folosește întregul potențial al cheilor electronice și implementează protecție flexibilă și individuală.

Implementarea securității cu funcții API

Pe lângă utilizarea protecției automate, dezvoltatorului de software i se oferă posibilitatea de a dezvolta în mod independent protecția prin integrarea sistemului de protecție în aplicație la nivel de cod sursă. Pentru a face acest lucru, SDK-ul include biblioteci pentru diferite limbaje de programare care conțin o descriere a funcționalității API pentru această cheie. API-ul este un set de funcții concepute pentru a face schimb de date între aplicație, driverul de sistem (și serverul în cazul dongle-urilor de rețea) și dongle-ul în sine. Funcțiile API asigură execuția diverse operatii cu o cheie: căutare, citire și scriere în memorie, criptare și decriptare a datelor folosind algoritmi hardware, licențiere software de rețea etc.

Aplicarea cu pricepere a acestei metode oferă un nivel ridicat de securitate a aplicației. Este destul de dificil să neutralizezi protecția încorporată în aplicație datorită unicității și „neclarității” în corpul programului. În sine, necesitatea de a studia și modifica codul executabil al unei aplicații protejate pentru a ocoli protecția este un obstacol serios în calea spargerii acesteia. Prin urmare, sarcina dezvoltatorului de securitate este, în primul rând, să se protejeze împotriva posibilelor metode automate de hacking prin implementarea propriei protecții folosind API-ul de gestionare a cheilor.

Ocolire de securitate

Nu existau informații despre emularea completă a dongle-urilor Guardant moderne. Emulatoarele de tabel existente sunt implementate numai pentru aplicații specifice. Posibilitatea creării lor s-a datorat neutilizarii (sau utilizării analfabete) a principalelor funcționalități ale cheilor electronice de către dezvoltatorii de protecție.

De asemenea, nu există informații despre emularea completă sau cel puțin parțială a tastelor LOCK sau despre orice alte modalități de a ocoli această protecție.

Hackerea unui modul software

Un atacator examinează logica programului în sine pentru a, după ce a analizat întregul cod al aplicației, să izoleze blocul de protecție și să-l dezactiveze. Ruperea programelor se face prin depanare (sau stepping), decompilare și descărcarea memoriei principale. Aceste metode de analiză a codului executabil al unui program sunt cel mai des folosite de atacatori în combinație.

Depanarea se realizează folosind un program special - un depanator, care vă permite să executați orice aplicație pas cu pas, emulând mediul de operare pentru aceasta. O funcție importantă a depanatorului este capacitatea de a seta puncte de oprire (sau condiții) executarea codului. Folosindu-le, este mai ușor pentru un atacator să urmărească locurile din cod în care sunt implementate accesările la cheie (de exemplu, execuția se oprește la un mesaj de genul „Cheia lipsește! Verificați prezența cheii în interfața USB” ).

Dezasamblarea- o modalitate de a converti codul modulelor executabile într-un limbaj de programare care poate fi citit de om - Assembler. În acest caz, atacatorul primește o imprimare (listare) a ceea ce face aplicația.

Decompilarea- conversia modulului executabil al aplicației într-un cod de program într-un limbaj de nivel înalt și obținerea unei reprezentări a aplicației apropiate de codul sursă. Se poate face doar pentru unele limbaje de programare (în special, pentru aplicațiile .NET create în C# și distribuite în bytecode, un limbaj interpretat de nivel relativ înalt).

Esența atacului depozit de memorie este să citiți conținutul memoriei RAM în momentul în care aplicația a început să se execute normal. Drept urmare, atacatorul primește codul de lucru (sau partea de interes pentru el) în „forma pură” (dacă, de exemplu, codul aplicației a fost criptat și este doar parțial decriptat în timpul execuției uneia sau alteia secțiuni). Principalul lucru pentru un atacator este să aleagă momentul potrivit.

Rețineți că există multe modalități de a contracara depanarea, iar dezvoltatorii de securitate le folosesc: cod neliniar, (multithreading), secvență de execuție nedeterministă, „littering” de cod (funcții inutile care efectuează operațiuni complexe pentru a deruta un atacator), folosind imperfecțiunile depanatorilor înșiși și ale altora

În dispozitivele cu impulsuri, cheile tranzistoarelor pot fi adesea găsite. Comutatoarele cu tranzistori sunt prezente în flip-flops, întrerupătoare, multivibratoare, oscilatoare de blocare și alte circuite electronice. În fiecare circuit, cheia tranzistorului își îndeplinește funcția și, în funcție de modul de funcționare al tranzistorului, circuitul cheie în ansamblu se poate schimba, cu toate acestea, schema principală a circuitului cheie a tranzistorului este următoarea:

Există mai multe moduri principale de funcționare ale comutatorului tranzistorului: modul activ normal, modul de saturație, modul de tăiere și modul invers activ. Deși circuitul comutatorului tranzistorului este, în principiu, un circuit amplificator cu tranzistor cu emițător comun, acest circuit diferă ca funcție și moduri de o etapă de amplificator tipică.

Într-o aplicație cheie, tranzistorul servește ca un comutator de mare viteză, iar principalele stări statice sunt două: tranzistorul este închis și tranzistorul este deschis. Stare blocată - starea deschisă când tranzistorul este în modul de întrerupere. Stare închisă - starea de saturație a tranzistorului sau o stare apropiată de saturație, în această stare tranzistorul este deschis. Când tranzistorul trece de la o stare la alta, acesta este modul activ, în care procesele din cascadă decurg neliniar.

Stările statice sunt descrise în funcție de caracteristicile statice ale tranzistorului. Există două caracteristici: familia de ieșire - dependența curentului colectorului de tensiunea colector-emițător și familia de intrare - dependența curentului de bază de tensiunea bază-emițător.

Modul de tăiere este caracterizat de o schimbare a ambelor joncțiuni p-n tranzistor în direcția opusă și există o tăiere adâncă și o tăietură superficială. Deep cutoff este atunci când tensiunea aplicată joncțiunilor este de 3-5 ori mai mare decât tensiunea de prag și are polaritatea inversă celei de lucru. În această stare, tranzistorul este deschis, iar curenții electrozilor săi sunt extrem de mici.

Cu o tăiere superficială, tensiunea aplicată unuia dintre electrozi este mai mică, iar curenții electrozilor sunt mai mari decât cu o tăiere adâncă, ca urmare, curenții depind deja de tensiunea aplicată în conformitate cu curba inferioară din caracteristica de ieșire. familie, această curbă se numește „caracteristică de tăiere” .

De exemplu, vom efectua un calcul simplificat pentru modul cheie al unui tranzistor care va funcționa pe o sarcină rezistivă. Tranzistorul va fi doar într-una dintre cele două stări principale pentru o perioadă lungă de timp: complet deschis (saturație) sau complet închis (cutoff).

Fie ca sarcina tranzistorului să fie înfășurarea releului SRD-12VDC-SL-C, a cărui rezistență a bobinei la 12 V nominale va fi de 400 ohmi. Să neglijăm natura inductivă a înfășurării releului, lăsăm dezvoltatorii să ofere un amortizor pentru a proteja împotriva supratensiunilor tranzitorii, dar vom calcula pe baza faptului că releul va fi pornit o dată și pentru o perioadă foarte lungă de timp. Găsim curentul colectorului prin formula:

Ik \u003d (Upit-Ukenas) / Rn.

Unde: Ik - curent DC colector; Upit - tensiune de alimentare (12 volți); Ukenas - tensiunea de saturație a tranzistorului bipolar (0,5 volți); Rн - rezistența la sarcină (400 Ohm).

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

Pentru a fi sigur, să luăm un tranzistor cu o marjă pentru curentul de limitare și pentru stresul suprem. BD139 potrivit în pachet SOT-32. Acest tranzistor are parametrii Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Va exista o marja buna.

Pentru a furniza un curent de colector de 28,7 mA, este necesar să se asigure un curent de bază adecvat. Curentul de bază este determinat de formula: Ib = Ik / h21e, unde h21e este coeficientul de transfer al curentului static.

Multimetrele moderne vă permit să măsurați acest parametru, iar în cazul nostru a fost 50. Deci Ib \u003d 0,0287 / 50 \u003d 574 μA. Dacă valoarea coeficientului h21e este necunoscută, pentru fiabilitate, puteți lua minimul din documentația pentru acest tranzistor.

Pentru a determina valoarea necesară a rezistenței de bază. Tensiunea de saturație bază-emițător este de 1 volt. Deci, dacă controlul este efectuat de un semnal de la ieșirea unui microcircuit logic, a cărui tensiune este de 5 V, atunci pentru a furniza curentul de bază necesar de 574 μA, cu o scădere la tranziția de 1 V, obținem :

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

Să alegem unul mai mic (astfel încât să existe exact suficient curent) din seria standard a unui rezistor de 6,8 kOhm.

DAR, pentru ca tranzistorul să comute mai repede și pentru ca funcționarea să fie fiabilă, vom folosi un rezistor suplimentar R2 între bază și emițător și o oarecare putere va scădea pe el, ceea ce înseamnă că este necesar să scădem rezistența de rezistența R1. Să luăm R2 = 6,8 kOhm și să ajustem valoarea lui R1:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (prin rezistența R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

Fie R1 = 5,1 kOhm și R2 = 6,8 kOhm.

Să calculăm pierderile pe cheie: P \u003d Ik * Ukenas \u003d 0,0287 * 0,5 \u003d 0,014 W. Tranzistorul nu are nevoie de radiator.