Цифровая система имеет дело лишь с присутствием (высоких или 1) или отсутствием (низких или 0) напряже­ния или разности потенциалов. По­скольку используются только два уровня (1 или 0), то эта система называется двоичной или бинарной системой. В качестве примера «цифро­вой системы» можно привести простой комнатный выключатель света, так как он или включен, или выключен; на­пряжение на лампочке или высокое (свет включен), или низкое (свет вы­ключен).

Переключатели и логика

Изучить основы (цифровой) элек­троники можно, имея дело лишь с переключательными и логическими це­пями, без использования специфики транзисторных схем, о которых говорилось ранее. Некото­рые принципы применимы независимо от индивидуальных особенностей ком­понентов, которые применяются в це­пи, например принцип делителя на­пряжения. Большинство электронных цепей работает при низ­ком напряжении источников питания (частота 5 В).

Выходное напряжение либо 5 В (логический сигнал 1), либо О В (ло­гический сигнал 0) может быть полу­чено, если резистор R₂ на рисунке 1 заменить «выключателем», или устройством, которое имеет либо бес­конечно большое сопротивление (ра­зомкнуто), либо нулевое (замкнуто). Поскольку логические цепи работают при 5 В (микросхемы ТТL) или при 3—15 В (микросхемы CMOS) и про­водят лишь малые токи (мА), то лам­пы накаливания, применяемые в тран­зисторных цепях, не будут пригодны как индикаторные устройства. Требу­ется индикаторная лампа, которая действует при малом токе и низком напряжении. Светоизлучающий диод и является таким выходным преоб­разователем, который преобразует электрическую энергию в световую. Этот диод нуждается в токоограни­чительном резисторе, соединенном по­следовательно, так же как и контур базы транзистора нуждается в токоог­раничительном резисторе, защищаю­щем транзистор от повреждения.

Обратите внимание на обозначение светоизлучающего диода на рисунке 2, и заметьте, что ток (условный) идет в проводящем направлении от анода к катоду (слева направо на схеме).

Светоизлучающий диод испускает окрашенный свет, например красный, зеленый или желтый. Инструкции из­готовителя указывают для использо­вания «безопасные» значения напря­ения V_f (5 В, 2 В или 1,4 В) и тока I_f (40 мА, 20 мА или 10 мА). Если вы знаете эти данные и значение напря­жения источника питании, то сможете подобрать соответствующее ограничи­тельное сопротивление. (Оно часто бы­вает равно примерно 200 Ом.)

Семисегментный индикатор. Во многих электронных часах и кальку­ляторах семь светоизлучающих дио­дов расположены таким образом, что когда действует их соответствующая комбинация, то можно образовать изображение любой цифры от 0 до 9. Семь выключателей плюс еще один для точки в десятичной дроби пока­заны на модели цепи на рисунке 3.

Заметьте, что предохранительный ре­зистор соединен последовательно с каждым светоизлучающим диодом. Какой символ образуется, когда замкнуты выключатели а, с, d, f, g, а выключатели b и е разомкнуты?

Переключатели

В электронике переключение может осуществляться при помощи размы­кающих (расходящихся), замыкаю­щих (прижимающихся) изгибающих­ся контактов, реле и транзисторов. Изгибающиеся контакты (герконы) состоят из двух- или трехслойных ме­таллических полосок внутри запаян­ной стеклянной трубки. Они приводят­ся в действие постоянным магнитом или электромагнитом. Как и в случае с ре­ле, контакты могут быть нормально открытыми, нормально за­крытыми или действовать поперемен­но. Охранное устройство можно сде­лать, поместив геркон в раму двери или окна, а магнит наверху двери или окна прямо напротив геркона. Когда дверь или окно открывается, магнит, который держал нормально разомкну­тые контакты, сдвигается в сторону, давая возможность контактам зам­кнуться и включить сигнал тревоги.

Реле используются для соединения низковольтного (безопасного) источ­ника питания и высоковольтного (опасного) источника питания. Малое напряжение (скажем, 5 В), приложен­ное к катушке реле, может включить или выключить другую цепь без пря­мого электрического соединения меж­ду ними. Малый ток в катушке доста­точен для того, чтобы намагнитить ее и она могла бы привести в действие контакты. Например, малый ток в транзисторном выключателе, показан­ном на рисунке 4, б, управляет реле (НО), которое включает большой ток звонка. Малый ток в выключателе зажигания автомобиля приводит в действие реле, которое включает очень большой ток в цепи стартера. В этом смысле реле действует как механи­ческий усилитель тока. Низковольтное реле может использоваться для при­ведения в действие двигателя под на­пряжением 240 В, как показано на рисунке 5.

Реле часто применяются для соеди­нения низковольтных микроэлектрон­ных интегральных схем с устрой­ствами, действующими от сети.