Digitaaltehnika: Elektrisignaalidega seotud mõisteid - Definition of Terms: Electrical Signals

Mõiste / Term
 

Selgitus / Definition
 

aktiivkomponent (active component)

Aktiivkomponent on elektroonikakomponent, mille töö sõltub energiaallikast. Aktiivkomponenti saab kasutada signaali võimendamiseks energiaallikast saadava energiaga.

 

aktiivlüli (active gate)

Aktiivlüli on aktiiv-elektroonikakomponentidega teostatud loogikalüli, mis võimendab signaali.

 

analoog-komparaator (analog comparator)

Analoog-komparaator on analoogsignaalide omavaheliseks võrdlemiseks kasutatav elektroonikalülitus (operatsioonivõimendi).

 

analooglülitus (analog(ue) circuit)

Analooglülitus on elektroonikalülitus, mis töötleb pidevsignaale (analoogsignaale)

 

analoogsignaal (analog signal)

Analoogsignaal on pidevatoimeliste seadiste (nt analoogelektroonikalülituste) abil saadud signaal.

 

andur (sensor)

Andur on seadis, mis muundab mõõdetava füüsikalise suuruse (nt rõhu, kiiruse vms) teiseks suuruseks (tavaliselt mõõdetavaks elektrisignaaliks), mida on parem võimendada, mõõta, edastada või töödelda. Anduri primaarmuundurit nimetatakse tajuriks või sensoriks.

 

avatud-kollektoriga väljund (open collector output)

Avatud-kollektoriga väljund on ühe transistoriga väljundlülitus, mille  väljundit (väljaviiku, kollektorit) lülitatakse kokku ühise potentsiaalijuhi ehk massiga (ground)

 

baas (base)

Baas on piirkond bipolaartransistori kristallis, mille kaudu seda juhitakse.

 

bipolaartransistor (bipolar transistor, BJT)

Bipolaartransistor on vooluga juhitav transistor, mis koosneb kolmest erineva juhtivusega kihist ja kahest nendevahelisest pn-siirdest.

 

bitt (bit)

Bitt on väikseim informatsiooniühik.

 

diferentsiaalsignaal (differential signal)

Deferentsiaalne signaaliedastus on signaali elektrilise edastamise meetod, mille puhul kasutatakse komplementaarset (nt elektriline kahepolaarne signaal keerdpaarkaablis) ühendust.

 

digitaalne signaalitöötlus (digital signal processing)

Digitaalne signaalitöötlus on signaali töötlemine digitaalsel kujul (arvsignaalil põhinev signaalitöötlus nt mikrokontrolleri, signaaliprotsessori, FPGA või mõne muu digitaalseadmega). Peaaegu kõik digitaalsed pildi, heli ja video salvestamise, ülekandmise ja säilitamise meetodid põhinevad digitaalsel signaalitöötlusel.

 

digitaalsignaal (digital signal)

Digitaalsignaal on signaal, mis koosneb füüsikalise suuruste väärtuste diskreetsest hulgast ja millega kirjeldatakse diskreetsete väärtuste hulka (järjendit).

 

diskreetsignaal (discrete-time signal)

Diskreetsignaalile ehk diskreetse-aja signaalile (discrete-time signal) omistatakse ajas väärtus ainult kindlatel ajahetkedel.

Diskreetsignaalid jagunevad impulss-signaalideks ja arvsignaalideks (ehk digitaalsignaalideks).

 

elektriahel

Elektriahel on elektriliselt omavahel seotud komponentide kogum.

 

elektrisignaal (electrical signal)

Elektrisignaal on ajas muutuv elektriline suurus nt. elektrivool või -pinge, millega kantakse edasi informatsiooni.

 

elektriskeem (circuit diagram)

Elektriskeem on elektrilülituse ahelate joonis. Elektrilülituse tööpõhimõtet kirjeldatakse ahelaskeemiga, milles on ära toodud üksikud vooluahelad lülituse komponentide vahel. Komponentide ehituse iseärasusi sageli skeemil ei näidata.

 

elektriskeemi tingmärk (circuit symbol)

Elektrilülituse elemendi tähis elektriskeemil. Skeemitingmärgid ja nende koostamise põhimõtted on üldjuhul määratud standarditega

 

emitter (emitter)

Emitter on piirkond bipolaartransistori kristallis.

 

fotodiood (photodiode)

Fotodiood on pooljhtdiood, mis muundab valgustudevuse muutused elektrivoolutugevuse muutusteks. Valgusega tekib fotodioodis fotoelektriline pinge vastavalt valgustugevusele.

 

fototakisti (photoresistor)

Fototakisti on valgustundlik elektriahela takisti, mille takistus muutub vastavalt valgustuvevusele.

 

fototransistor (phototransistor)

Fototransistorid võimaldavad optilise valgussignaali muutuseid teisendada elektrisignaali muutusteks.

 

hüstereesitunnusjoon (hysteresis characteristics)

Hüstereesitunnusjoone puhul sõltub (analoog) elektrilülituse elemendi järgnev olek selle eelnevast olekust. Hüsterees esineb näiteks elektro-mehaaniliste releede ja magnetmaterjalide puhul aga sarnast tunnusjoont võib teostada ka elektroonikalülituse (Schmitti triger) või tarkvara abil.

 

impulss-signaal (pulse signal)

Loogikasignaal mis koosneb ühest või korduvatest impulssidest.

 

impulsslüliti (push-to-make momentary switch, pulse push-button)

Käsitsi vajutamisega juhitav lüliti ja kasutajaliidese (human-machine interface, HMI) element, mis ühendab kontaktid nupu vajutatud asendis. Paljudel elektro-mehaanilistel releedel on kontaktid ka käsitsijuhtimiseks surunupu abil välja toodud.

 

integraallülitus (integrated circuit, IC, chip)

Integraallülitus (kiip, mikrokiip) on mikroelektroonikaseade, mis enamasti valmistatakse väiksel räniplaadil, millesse on paigutatud (integreeritud) suurel elektroonikakomponente (transistore, dioode, kondensaatoreid, takisteid jms.).

 

Videod Internetis:

Kuidas valmistatakse integraallülitusi (mikrokiipe) nagu protsessorid (CPU), mälud, mikrokontrollerid jms.

1) DIY Projects: Lühiülevaade integraallülituste valmistamise tehnoloogiast firmas Globalfondries, https://www.youtube.com/watch?v=qm67wbB5GmI, 4.02.2013

 

kahendsüsteem (binary system)

Positsiooniline arvusüsteem alusega 2.

 

kiudoptika (fibre optics)

Kuidoptika on peenekiulised optilised lainejuhid, mida kasutatakse valguse edastamiseks. Erinevate tehnoloogikate korral on kiududena kasutusel kas klaas või plastikkiud. Sõltuvalt kasutatavast tehnoloogiast on valgussignaal edastatav mõnest meetrist kuni paljude kilomeetriteni.

 

kiudoptiline valgusjuht (optical fiber, optical fibre)

Painduv valgust juhtiv kiud valgussignaali edastamiseks või valguse (energia) edastamiseks.

 

kollektor (collector)

Kollektor on piirkond bipolaartransistori kristallis.

 

kolmendväljund (tristate output)

Kolmendväljund võimaldab kõrge väljundtakistusega (high impedance) olekut lisaks madalale ja kõrgele loogikanivoole.

 

komplementaar-metalloksiid pooljuht (complementary metal-oxide semiconductor, complementary MOS, CMOS)

Komplementaar-metalloksiid pooljuht ehk KMOP (CMOS) on loogikalülituste tehnoloogia, millel põhineb valdav osa tänapäeval toodetavatest integraallülitustest.

 

kontaktaseskeem (ladder-logic diagram, LD)

Kontaktaseskeem ehk redel-tüüpi kontaktskeem (või ka redelskeem) on graafiline meetod loogiliste juhtimisülesannete kirjeldamiseks, mis kasutab elektriahelatel ja elektrilistel releedel põhinevat aseskeemi. Redel-tüüpi kontaktaseskeemi saab sisestada graafiliselt otse arvutist vastava programmeeritava kontrolleri programmeerimistarkvara abil. Tänapäeva programmaaritavate loogikakontrollerite kontaktaseskeem on määratud standardiga  IEC 61131-3.

Vaata ka:

https://en.wikipedia.org/wiki/Ladder_logic

 

kontaktor (contactor)

Kontaktor on elektromehaaniliselt rakendatav lüliti (elektriline täiturseade), mis on harilikult ilma mehaanilise lukustuseta ja vabastatakse vedru abil. Kontaktoreid hoitakse rakendatud asendis nende täiturmehanismi (ajami) poolt.

 

kvantimine (quantization)

Pidevast või suurehulgalisest sisendväärtustest lõpliku sisendi (diskreetse hulga nt täisarvuliste väärtuste) konstrueerimine.

 

läte (source)

Läte (source) on piirkond väljatransistori kristallis.

 

liides (interface)

Liides on ühenduslüli (vahelüli, liiteseade, sobituslüli), mis võimaldab kahe seadme või kahe arvutiprogrammi koostööd sh andmevahetust. Erineva otstarbega liidesed võivad olla teostatud riistvara või tarkvara vahenditega.

 

loogikaelement (logic element)

Elektriline, elektrooniline, mehaaniline (ka pneumaatiline või hüdrauliline) komponent, mis on võimeline teostama loogikatehet.

 

loogikamuutuja (Boolean variable)

Loogikamuutuja on Boole’i algebra muutuja.

 

loogikasignaal (logic signal)

Loogikasignaal on digitaalsignaal (binaarsignaal), millel on kaks võimalikku väärtust. Ajas muutuv loogikasignaal (muutuv loogikasignaal) kirjeldab bitivoogu (bitstream).

 

lüliti (switch)

Lüliti on elektriahela komponent ahela katkestamiseks või ühendamiseks.

Ka arvutivõrkude kommuteerimiseks kasutatavaid elektroonikaplokid ehk võrgukommutaatorid kannavad inglise keeles nime "switch" ehk lüliti.

 

muutuja (variable)

Muutuja on nimi või sümbol, millele saab omistada väärtusi.

 

neel (drain)

Neel on piirkond väljatransistori kristallis.

 

normaalselt avatud kontakt (normally open contact, NO-contact, make contact)

Normaalselt avatud kontakt ehk sulguv kontakt on tavaolekus avatud (vooluahel on katkestatud). Rakendumisel normaalselt avatud kontakt sulgub ja ühendab vooluahela.

 

normaalselt suletud kontakt (normally closed contact, NC-contact, break contact)

Normaalselt suletud kontakt ehk lahutuv kontakt on kontakt, mis on vabastatud (rakendumata) olekus suletud. Redel-tüüpi kontaktaseskeemil kasutatakse sisenditel normaalselt suletud kontakti tähist sisendsignaali eituse teostamiseks. Elektrilülituses normaalselt suletud kontakt rakendumisel näiteks vajutamisel või relee mähise pingestamisel avaneb st katkestab vooluahela.

 

operatsioonivõimendi (operational amplifier)

Operatsioonivõimendi on suure pingevõimendusteguriga kahe sisendiga võimendi. Väliste komponentide lisamisega saab luua mitmesuguseid lülitusi, mille parameetrid sõltuvad peamiselt negatiivse tagasisideahela omadustest. Spetsiaalseid (negatiivse tagasisideta) operatsioonivõimendeid kasutatakse pingekomparaatoritena.

 

optron (optocoupler)

Optron muundab elektrisignaali valgussignaaliks ja seejärel valgussignaali tagasi elektrisignaaliks. Valgussignaaliks muundamise tõttu puudub optroni sisendi ja väljundi vahel otsene elektriline ühendus st sisend ja väljund on omavahel elektriliselt isoleeritud. Optronite elektriline isolatsioon võib kannatada mitme kilovoldilist elektrilist pinget.

 

pais (gate)

Pais on piirkond väljatransistori kristallis, millega väljatransistori juhitakse

 

passiivkomponent (passive component, passive device)

Passiivkomponendid (passiivelemendid, passiivseadised) on elektrilülituse komponendid, mis elektrisignaali ei võimenda.

 

pingelang (voltage drop)

Pingelang on elektriallika ja koormuse vahele jääva elektriahela osale langev pinge.

 

pingesignaal (voltage signal)

Pingesignaali kasutamisel jälgitakse elektrilist pinget elektriahela mingil osal.

 

pooljuht (semiconductor)

Pooljuhid on materjalid, mille eritakistus on elektrijuhtide ja dielektrikute vahepeal. Näiteks räni (Si), germaanium (Ge) on enimlevinud lähtematerjalid dioodide, transistoride ja integraallülitustele. Pooljuhtide takistus väheneb kui rakendatakse välist energiat soojuse või valgusena.

 

pooljuhtrelee (solid-state relay, SSR)

Pooljuhtrelee on diskreetne staatiline elektrooniline lülitusseadis (pooljuhtkomponent), mis juhtsignaali abil lülitab väljundahelat.

 

pooljuhtseadis (semiconductor device, semiconductor component)

Pooljuhtseadis (pooljuhtkomponent) on elektroonikakomponent (elektronseadis), mille tööpõhimõte põhineb pooljuhtmaterjalis avalduvatel elektrinähtustel.

 

potentsiaali langetav takisti (pull-down resistor)

Elektripotentsiaali langetavat takistit kasutatakse suletud suure takistusega (kõrgeoomilise) või ühendamata loogikasignaali hoidmiseks madalal loogikanivool (logic low).

 

potentsiaali tõstev takisti (pull-up resistor)

Elektripotentsiaali tõstvat takistit kasutatakse lahtise, suletud suure takistusega (kõrgeoomilise) või ühendamata loogikasignaali hoidmiseks kõrgel loogikanivool (logic high).

 

programmeeritav loogikakontroller (programmable logic controller, PLC)

Programmeeritav loogikakontroller on juhtimisotstarbeline arvutisüsteem või tarkvarasüsteem. Eristatakse kompaktkontrollereid, moodulkontrollereid, tarkvaralisi kontrollereid jms. Programmeritava kontrolleri puhul võidakse kasutada mitmesuguseid programmeerimiskeeli sh tekstipõhiseid (käsulist, BASIC, C++, JAVA vms.) ja graafilisi sh funktsiooniplokiskeemi, redel-tüüpi kontaktaseskeemi (ladder) ja funktsioonikaarti (function chart).

 

relee (relay)

Relee on väike elektromagnetiline seade, mis rakendab kontakte elektromagneti abil.

 

sämplimine (sampling)

Sämplimine (ajas kvantimine, ajas diskreetimine) on signaalist teatud ajavahemike tagant hetkväärtuste võtmine, et neid edasi töödelda.

 

signaal (signal)

Signaal on informatsiooni kandja. Füüsikalise olemuse järgi liigitatakse signaale pneumo-, hüdro-, elektri-, optilisteks jt signaalideks.

 

signaali formeerimine (signal shaping)

Signaali formeerimine on signaali omaduste (kuju) muutmine sh parendamine.

 

siin (bus)

Siin on elektriliste ühenduste kogum (informatsiooni ja/või energia edastamiseks)

 

sisend (input)

Sisend on ühendus, mille kaudu antakse seadmele andmeid ette ja võetakse seadme poolt andmeid vastu.

 

sisend-väljundseade (input-output device, I/O device)

Sisend-väljundseade on elektrilülitus või plokk (moodul), mille kaudu ühendatakse elektrilised sisend- ja väljundsignaalid.

 

sisendsignaal (input signal)

Sisendsignaal on signaal (nt elektrisignaal) seadme või elektrilülituse sisendis.

 

surunupplüliti (push-button switch)

Surunupplüliti on käsitsi vajutamisega juhitav lüliti ja kasutajaliidese (human-machine interface, HMI) element. Surunupplüliteid on lukustuvad või vedruga tagastuvad impulsslülitid (push-to-make).

 

süsteem (system)

Süsteem on omavahel seotud elementide korraldus. Süsteemi elemendid võivad olla mõttelised või nende järelmid – struktuurid, matemaatilised meetodid, programmeerimiskeeled jms.

 

süsteemianalüüs (system analysis)

Süsteemi spetsifikatsiooni, maksumuse ja teostuse uurimine.

 

suure takistusega olek (high impedance state)

Suure (väljund-)takistusega olek on kolme olekuga loogikalülituse olek, mille puhul signaali edastamist väljundisse ei toimu.

 

täiendväljund (complementary output)

Täiendväljundiga lülitusel on kaks väljundahelat. Näiteks releeväljundil võib olla nii samaaegselt üks normaalselt avatud kontakt ja teine normaalselt suletud kontakt. Transistoridega loogikalülitusel võib olla kaks väljundit, millest üks väljund on otse ja teine eitusega.

 

taktimpulss (clock pulse)

Taktimpulss on impulss, mis juhib loogikaseadmeid perioodiliselt (näiteks taktgeneraatori järgi)

 

taktsignaal (clock signal)

Taktsignaal või kellasignaal on korduvatest impulssidest koosnev impulssignaal (digitaalsignaal) mida kasutatakse loogikalülituste ajaliseks juhtimiseks ja sünkroniseerimiseks.

 

transistor (transistor)

Transistor on pooljuhtseadis (aktiiv-elektroonikakomponent) elektriahelate lülitamiseks ja elektrisignaalide võimendamiseks.

 

transistor-transistor loogika, TTL-loogika (transistor-transistor logic, TTL)

Transistor-transistor loogika ehk TTL-loogika on bipolaartransistoridel põhinev loogikalülituste tehnoloogia.

 

transistorlüliti (transistor switch)

Transistorlüliti on transistoril põhinev elektrilülitus, mida kasutatakse elektriahela lülitina sh loogikafunktsioonide teostamisel ja jõuahelate energiavoo juhtimisel.

 

tsükkel (cycle)

Arvuti ja programmeeritava kontrolleri tööd võib eristada mitmesuguseid tsükleid – taktsignaali tsükleid (clock cycle), masinatsükleid (machine cycle), käsutsükleid (instruction cycle), sisend- ja väljundtsükleid ning mitmesuguseid tarkvaralisi tsükleid (inglise k. loops). Programmeeritavate loogikakontrollerite puhul mõeldakse enamasti programmitsükli läbimise aega, mis sõltub nii kasutajaprogrammi tegevustest kui ka operatsioonisüsteemi toimingutest. Paljudel kontrolleritel on vahendid programmitsükli aja  (cycle time) mõõtmiseks.

 

ülekandevärav

Ülekandevärav ehk bilateraalne pooljuhtlüliti on pooljuht-signaalilüliti, mis võimaldab signaali edastamist mõlemas suunas. Bilateraalne pooljuhtlüliti edastatavat signaali ei võimenda.

 

ümberlülituv kontakt (single pole double throw contact, SPDT contact, change-over contact, transfer contact)

Ümberlülituv kontakt on juhitav elektriahela element, mis on kasutusel lülitites, releedes, kontaktorites ja kaitselülitites. Lisaks ühepooluselisele ümberlülituvale kontaktile (SPDT) on levinud ka kahe poolusega ümberlülituv kontaktipaar (double pole, double throw, DPDT) ja vabastatud kesk-asendiga ümberlülituv kontakt (single-pole centre off, SPCO, single-pole triple-throw, SPTT). Standardites eristatakse kokku kuni 23 erinevat releekontakti liiki.

 

valgusdiood (light emitting diode, LED)

Pooljuhtdiood, mis tekitab valgust.

 

valgusdioodindikaator (LED indicator)

Valgusdioodindikaator on kasutajaliidese element, mis põhineb valgusdioodil (LED) või valgusdioodidel.

 

väljatransistor (field-effect transistor, FET)

Transistor, mille juhtivust reguleeritakse elektriväljaga. Leivinud on MOSFET-transistorid ja väljatransistoridega KMOP-loogikalülitused.

 

Videod Internetis:

1) Veritasium: "How Does a Transistor Work?", https://www.youtube.com/watch?v=IcrBqCFLHIY, 9.07.2013

2) Thomas Schwenke: "MOSFETs and Field-Effect Transistors Work!", https://www.youtube.com/watch?v=tz62t-q_KEc, 22.06.2013

 

väljund (output)

Seadme ühendus, mille kaudu andmeid väljastatakse või saadetakse.

 

vastastaktväljund (push-pull output)

Vastastaktväljundiga elektroonikalülitus kasutab aktiivseadiste paari koormuse mõlema voolusuuna jaoks. Vastastaktväljund teostatakse tavaliselt transistoride komplementaarpaariga.

TTL-ahelates kasutatakse ka kahe samaliigilise transistoriga (NPN-tüüpi bipolaartransistor) "totem-pole" vastastaktväljundit, milles üks väljundtransistoridest töötab emitterjärgurina lineaarses talitluses ja teine ühise emitteriga pooljuhtlülitina.

 

voolusignaal (current signal)

Voolusignaal on elektrisignaal, mille puhul jälgitakse elektrivoolu elektriahela mingis harus.

 

voolusignaaliliides (current loop interface)

Signaali edastamiseks voolusignaaliga kasutatakse vooluahelat 4..20mA. Loogikasignaalile 0 vastab voolutugevus ~20mA, loogikasignaalile 1 vastab voolutugevus ~4mA. Voolusignaale kasutatakse ka analoogsignaalide edastamisel. Nende eeliseks on häiringukindlus ja väiksem müra, puuduseks on süsteemi kõrgem maksumus.

 

 

Viited

Sissejuhatus digitaaltehnikasse / Madis Lehtla, Tallinna Tehnikaülikooli elektrotehnika instituut, 2016, Tallinna Tehnikaülikooli Kirjastuse trükikoda, Harjumaa, 251 lk, ISBN 978-9949-83-021-3, lk 7-28

(C) Madis Lehtla, Sissejuhatus digitaaltehnikasse, 2016