L_16 (Конспекты лекций), страница 3

Напряжение на его выходе принимаем равнымU кэ2 ≈ 0,7 В. Напряжение на выходе насыщенного транзистора VT 4 составляет (0,05 … 0,1) В. В итоге получаем суммарное входное напряжение U бэ3 ≈0,6 В (рис.16.16). Следовательно, при отсутствии диода VD транзистор VT 3откроется. Вводим в схему диод и видим, что для отпирания двух активныхэлементов (VT 3 и VD) потребуется, как минимум, 1,4 В > 0,6 В.к Rк2к Rк2+0,6 ВUвхVT2Uкэ2(VT2)0,7 ВVT30,1В (VT4)Uкэ4Рис.16.5Рис.16.16.Транзисторы VT 3 и VT 4 работают по принципу двухтактной схемы: еслиодин открыт, то другой должен быть закрыт.

Поскольку транзисторы инерционны, то в схеме наблюдается короткий промежуток времени, когда транзисторы VT 3 и VT 4 открыты одновременно (один ещё не закрылся, другойуже открылся). В этот момент времени может произойти короткое замыканиепо шине питания. Чтобы этого избежать, в коллекторную цепь транзистораVT 3 включен резистор R к2 небольшого номинала (порядка 200 … 300 Ом).Такая величина сопротивления не сможет сильно повлиять на выходное сопротивление схемы ТТЛ, которое должно быть по возможности минимальным.Мы проанализировали работу схемы ТТЛ при условии, когда U вх1 = U вх21= U = ЛГ1.

А теперь рассмотри работу тех же схем, при других условиях состороны входа. Но так как мы довольно подробно проанализировали работуобеих схем при U вх1 = U вх2 = U1, то, чтобы не повторяться, рассмотрим работу только схемы ТТЛ с простым инвертором (рис.16.10). Для схемы сосложным инвертором рассуждения будут таким же, что и для схемы ТТЛ спростым инвертором.Допустим на одном из входов схемы ТТЛ с простым инвертором действует уровень ЛГО (например U вх1 = U0), , а на другом по-прежнему уровеньЛГ1. Для удобства такого режима представим двухвходовой МЭТ в видедвух, раздельных входных транзисторов (VT 1-1 и VT 1-2 , рис.16.17).+ЕпRбЭП1Uвх1=U0ЭП2IбRкVT1 (МЭТ)VT1-1АVT2UвыхVT1-2Uвх2=U1рис.16.17.Такое состояние схемы со стороны входа несколько увеличивает напряжение на базе VT 2 [на (1 …2)φ t ].

Режим МЭТ по второму входу [транзистор(VT 1-2 )] не изменился, а эмиттерный переход МЭТ по первому входу [транзистор (VT 1-1 )] пришёл в прямосмещённое состояние и VT 1-1 открывается донасыщения. Напряжение на выходе VT 1-1 не более (2…4) φ t , что составляетпримерно (50 … 100) мВ. Это напряжение поступает на базу выходного ключа (транзистор VT 2 ) и, конечно, транзистор VT 2 будет надёжно заперт. На вы-ходе устанавливается высокий уровень напряжения U VT2 ≈ E k . В таком режиме со стороны входа схема ТТЛ отдаёт энергию во внешнюю цепь. Распределение токов в схеме показано стрелками красного цвета.Выводы.• Уровень выходного напряжения схемы ТТЛ меняется с U1 до U0только при условии, если «И» по первому, «И» по второму входам действуют уровни логической единицы.

Таким образом, схема ТТЛ и с простым, и сосложным инверторами выполняет сложную логическую функцию «2И-НЕ»• Для схем ТТЛ характерен большой логический перепад напряженияна выходе.• Недостатком схемы ТТЛ с простым инвертором (рис.16.12) являетсяеё низкая помехоустойчивость и низкая нагрузочная способность: при увеличении числа нагрузок возрастает влияние суммарной нагрузочной ёмкостиС н . Возрастает и постоянная заряда этой ёмкости τ з = C н R к .. Для повышениянагрузочной способности и уменьшения постоянной заряда С н и произошлазамена ТТЛ с простым инвертором на ТТЛ со сложным инвертором.4.2. ЭСЛ ─ эмиттерно-связанная логикаВ основе схемы ЭСЛ лежит переключатель тока (ПТ).

Отличие от простого переключателя тока в том, что в одно из плеч ПТ включен не один, анесколько параллельных транзисторов (в упрощённой схеме ЭСЛ нарис.16.18 включено два транзистора VT 1 и VT 3 ). Эти транзисторы абсолютноравноправны: при отпирании одного из них, или обоих одновременно, ток I 0переводится из правой ветви в левую. ЭСЛ выполняет логическую функцию«ИЛИ-НЕ».Эмиттерные повторители выполнены на транзисторах VT 4 и VT 5 . Засчёт эмиттерных повторителей схема ЭСЛ имеет малое выходное сопротивление.

Кроме того, эмиттерные повторители смещают уровни коллекторныхпотенциалов на величину U*: без такого смещения переключатели тока немогут работать совместно.В схеме ЭСЛ два выхода; с выхода эмиттерного повторителя на транзистореVT 4 снимается инвертированный сигнал, а с выхода повторителяна транзисторе VT 5 ─ неинвертированный (Y=X 1 +X 2 ) .Поскольку основным элементом в схеме ЭСЛ является переключательтока (ПТ), то рассмотрим работу упрощённой схемы переключателя токаиз схемы ЭСЛ на транзисторах VT 1 и VT 2 (рис.16.19).

Транзистор VT 3 изсхемы исключим. Генератор тока в эмиттерных цепях заменим на резисторRэ.Схема ПТ состоит из двух симметричных ветвей (рис.16.19). НазначениеПТ ─ переключение тока из одной ветви в другую. У ПТ два входа, но на одном из них постоянное (опорное) напряжение, на втором ─ управляющее напряжение, с помощью которого и происходит перевод тока из одного плеча вдругое.+ЕпRкRкY =X +X12Uвых1X1RэIкIкVT4X2VT2VT1VT3VT5+ЕопRэY=X1+X2Uвых2I0Рис.16.18Особенности схемы ПТ:• управление схемой осуществляется не током, как было до сих пор всхемах на биполярных транзисторах, а напряжением;• транзисторы в ПТ работают в активном режиме, что позволило повысить скорость переключения: в активном режиме накопление объёмного заряда отсутствует, поэтому не требуется время на его рассасывание.4.2.1.

Рассмотрим работу схемы ПТ в статическом режиме.Предположим, что на входе левой ветви U упр = 0. В этом случае ток будет протекать только по правой ветви I пв = I 0 . (Если вместо резисторов R квключить лампочку накаливания, то она будет гореть только в правой ветви схемы).Если на управляющий вход подан сигнал U упр = E оп , то VT 1 открывается,а транзистор VT 2 закрывается, так как потенциал эмиттера второго транзи-стора относительно базы возрос. Весь ток направляется в левую ветвь схемыI лв = I 0 .Таким образом, перепад управляющего напряжения относительно среднего значения на величину ∆U упр = ±δ, обеспечивает переключение тока I 0из одной ветви схемы в другую.+ЕпRкRкIкUупрIкVT2VT1Rэ+ЕопI0Рис.16.19.Проанализируем работу открытого, но ненасыщенного транзистора.Так как транзисторы работают в активном режиме, то I к = αI э .

Ток базытранзистораII = (1 − α ) I 0 = 0 .бβ +1Допустим открытыми будут оба транзистора. Токи, протекающие в каждой ветви будут равны I пр = I лв = 0,5I 0 .Напряжение на коллекторе(16.11)U кэ = E к − I к R к = Е к − αI 0 R к .Чтобы обеспечить транзисторам активный режим, необходимо выполнить условие ─ напряжение на коллекторе U кб ≥ 0 (U к > U б ). Подставим этонеравенство в 16.11E − αI 0 R ≥ E б+ ,кkkГде E б+ ─ запускающий импульс напряжения на базе.(16.12)В принципе это неравенство можно заменить равенством, потому чтонезначительное отрицательное напряжение на коллекторе не вызовет заметной инжекции носителей из этой области.4.2.2.

Переходные процессы в ПТ.Первым этапом переходного процесса будет заряд входной ёмкости припоступлении на вход отпирающего импульса Е б+ . Анализ переходных процессов в переключателе тока аналогичен тому, который был проведён дляпереходных процессов в транзисторном ключе (лекция № 15). Отпираниетранзистора VT 1 в схеме ПТ произойдёт только после того, как входная ёмкость зарядится до уровня, равного U*. Следовательно, за счёт входноё ёмкости происходит задержка фронта выходного импульсаtзф= τ c ln 2 ≈ 0,7 τ c(16.13)Формула (16.13) справедлива для любых сигналов, симметричных относительно потенциала «Е».Транзисторы в ПТ работают в активном режиме, поэтому фронт и срезимпульс будут экспоненциальными.

Их длительности на уровне 0,1…0,9)∆I kодинаковы и равны t ф = t c = 2,2τ экв , гдеτэкв=τэ +C k Rк .β n +1Сопротивление в цепи коллектора Rк выбирают из условияτэ 1R ≤к β +1 CknОбычно значения Rк лежат в пределах 0,5 … 2 кОм, а значения тока I 0 ─в пределах 0,5 … 2 мА. При расчёте мощности, потребляемой схемой ЭСЛ,необходимо учитывать ещё и токи эмиттерных повторителей.5. Выводы.На различных этапах совершенствования цифровой техники использовались различные логические элементы (РТЛ, ДТЛ, ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ, И2Л,МОП-логика, КМОП-логика ….). Однако доминирующей среди всех технологий является КМОП-технология..