Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 48
Текст из файла (страница 48)
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ258не должны реагировать на помехи. Нечувствительность ключейк паразитным сигналам и шумам называется помехозащищенностью или помехоустойчивостью. Помехоустойчивость измеряетсямаксимальной абсолютной величиной сигнала (обычно в вольтах), которая не вызывает ложного переключения.9.4.Бистабильные схемы и триггерыБистабильные схемы и триггеры строятся на основе цепочекключей, у которых присутствуют не только прямые связи между ключами, но и положительные обратные связи. В качествеэлемента памяти наиболее часто используются бистабильныеячейки, которые имеют два устойчивых состояния, соответствующих логическому О или логической1.Если в посл;едовательной цепочке ключей выделить пару соседних ключей, изолировав рассматриваемую пару от предыдущих и последующихзвеньевключацепочкиQ2первогои соединив выходпоследующего (второго)со входом предыдущего (первого) и, наоборот, выходQ1со входом второго (рис.9.9,а), мы получим схему,которая называется бистабильной ячейкой (БЯ) (условное обозначение БЯ дано на рис.9.9,б).
Бистабильная ячейка вместе сцепью управления составляют схему любого триггера. Хотясхеме бистабильной ячейки соответствует симметричная конфигурация, электрически она я'вляется асимметричной, поскольку один из ключей заперт, а второй открыт и насыщен.Цель управления бистабильной ячейкой состоит в том, чтобы спомощью внешних сигналов задавать то или иное из двух устойчивых состояний.Гri=iVm~L_JQа)6)Рис.9.99.Глава259Цифровые интегральные схемыПроцессы переключения, т. е.
переход транзистора из одного в другоесостояние,рассмотримнапримереодной из распространенных схем триггера-триггера Шмитта (рис.9.10).В основе триггера Шмитта лежит схема переключателя тока, рассмотренная ранее в п.9.2,в которую включен делитель напряжения(Rp R 2 ).Предцоложим, что в исходном состоянии транзисторИю=Sк, аVT 1заперт, т. е.VT 2 находится врежиме, т.
е. Ик 2 = Бк= SкR2 /(R 1+ R 2 ).активном- I0Rк >Рис.9.10Ив 2 =Пусть в какой~то момент входной сигнал Ивхпревышает напряжение отпирания на некоторую малую величину, тогда появляется некое малое приращение тока Лlю, которое вызывает следующие приращения потенциалов:Изменение ЛИ э приведет к дополнительному приращениюколлекторного тока первого транзистора ЛIК, 1>Лlю, т. е. всхеме развивается лавинообразный процесс, в результате которого токаVT 2-I0переходит в транзисторVT 1и он открывается,закрывается.Входное напряжение Ивх• которое вызывает скачкообразноепереключениеVT 1иVT 2называют напряжением (порогом) срабатывания триггера.
Чтобы вернуть триггер в исходное состояние,нужно уменьшить входной потенциал до значения, близкого кпервоначальному значению И в 2 , при котором начинает отпираться VТ 2.Входное напряжение И вх• при котором происходит скачкообразное переключение тока изVT 1вVT 2 ,называется напряжением (порогом) отпускания триггера.
Анализ показывает, что напряжение отпускания мецьше напряжения срабатывания.Выходной сигнал в рассматриваемом триггере снимается сколлектораго,VT 2 ,которым не охвачен обратной связью. Кроме то-VT 2 работает в активном (ненасыщенном) режиме.В результате длительность переходных процессов из-за практического от-9•260Раздел2.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫсутствия накопления и рассасывания носителей существенноменьше, чем у бистабильной ячейки, где транзисторы работаютв режиме насыщения.9.5.Логические элементы на биполярных транзисторахЭлектронные схемы, выполняющие простейшие логическиеоперации, называются логическими элементами (ЛЭ).
Логическиеэлементы используются в большинстве цифровых микросхем иво многом определяютих параметры.Логические функциипредставляют собой операции над логическими переменными(величинами) А, В, С и т. д· Логические переменные характеризуются двумя взаимоисключающимися значениями: включенои выключено, истинно и ложно, есть и нет и т. д. Для операцийс такими логическими величинами используется двоичный код,в котором величина А= 1, а А= О (через А обозначено «не Ai> ),т. е.каждаязначение:логическая1 илипеременнаяпринимаеттолькоодноО.Все логические функции с любым числом логических переменных можно получить с помощью трех основных операций:1)логического отрицания (инверсии, т.
е. операции НЕ), которое записывается в виде В2)логическогосложения=А;(дизъюнкции,т. е.операцииИЛИ), которое записывается для двух переменных в форме С= А+ В, причем С=1 при А=1илиВ=1, или же приA=B=l;3)логического умножения (конъюнкции, т. е. операции И),которая для двух переменных представляется как С=А•В, т. е. С=1,когда А= В==1.Комбинация логических операций НЕ и ИЛИ дает болеесложную функцию ИЛИ- НЕ, записываемую как С=А+В.Здесь значения С противоположны ее значениям для операцииИЛИ. Сочетание операций НЕ и И образует функцию И-НЕ изаписывается как С =А· В. Схемные ЛЭ реализуют обычно однуили несколько функций: НЕ, И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, условные обозначения которых представлены на рис.9.11.Соединяя соответствующим образом эти схемные ЛЭ, построенные восновном на рассматриваемых выше ключах (инверторах), можно получить микросхему, выполняющую любую более сложнуюГлаваВ=А9.Цифровые интегральные схемыu u u uС=А+В-{!НЕ261С=А+ВС=А·ВилиИЛИ-НЕиРис.операцию.
В ЛЭ логические О иС=А·ВИ-НЕ9.111представляются напряжением0или уровнем нуля и и напряжением или уровнем единицы И 1 •Разность уровней единицы и нуля называют логическим перепадом ил=и 1 - и0 •ЛЭ подразделяются по режиму работы на статические и динамические. Статические ЛЭ могут работать в статическом иимпульсном режимах, а динамические ЛЭ работают только вимпульсном режиме. Статические ЛЭ наиболее широко используются в современных ИС.
Наибольшее распространение получили ЛЭ на биполярных и МДП-транзисторах.Схемные элементы интегральных логических элементов называют транзисторными логиками. Наиболее распространенными транзисторными логиками на биполярных транзисторах.являются: транзисторно-транзисторная логика, эмиттерно-связаннаялогика, интегральная инжекционная логика.Отличительным признаком ЛЭ транзисторно-транзисторной логи7)VT 1 , включенный во входную цепь ЛЭ (рис. 9 .12). В базовой цепиVT 1 включен резистор R 1 и выходной инвертор (ключ) на VT 2с резистором R 2 в коллекторной цепи.
Простейший элементТТЛ, приведенный на рис. 9.12, выполняет логическую функциюки (ТТЛ) .являете.я многоэмиттерный транзистор (МЭТ) (см. гл.И- НЕ (С = А• В),при этом МЭТVT 1 выполняет логическую операцию И над переменными А и В. Такие элементы используются в больших интегральныхсхемах (БИС).
Однако схема,приведенная на рис.нашлаширокоговследствие9.12,Иипнеприменениянизкойпомехоустойчивости, малой нагрузочнойспособности,низкогобыстродействия при работе на емкостную нагрузку и жестких требований к параметрам элементов.Вход2Рис.9.12Раздел262ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ2.С=А·В11vт3:::::;::сн1Иоо1а)23и.х• вб)Рис.9.13Базовым элементом ддя микросхем малой и средней интеграции, а также в выходных :каскадах БИС стал элемент со сложным инвертором (рис.9.13,а).
Этот элемент, :как и предьщущий, реализует логическую функцию И-НЕ. Здесьвыполняют ту же роль, что и в схеме на рис.9.12.VT 1иR1Остальнаячасть схемы представляет собой сложный инвертор, гдеVT 2 иR 2 , R 3 - промежуточный :каскад, а VT 3 , VT 4 , VT 5 и резисторR 4 - выходной :каскад. Транзистор VT 5 используется в диодномвключении (И вк = О). С :коллектора и эмиттера VT 2 на базы VT 4и VT 3 подаются управляющие сигналы, :которые обеспечиваютпротивофазное переключение этих транзисторов, т. е. если одиниз них включен, то другой выключен. Рассмотрим процессыв этой схеме.
Предположим, на одном или нескольких входах0 =О, т. е. подан логический О. Тогда соответствующиеИвх =uэмиттеры МЭТVT 1находятся под нулевым напряжением, ихэмиттерные переходы смещены в прямом направлении. Анализпоказывает, что в такой схеме :коллекторный переход находится в насыщении. При этом ток в :коллекторной цепи и напряжение на :коллекторе Икэ и, следовательно, на базе транзистораVT 2близки :к нулю. Напряжение Икэ при Iк =О равно Икэ=<ртln (1+1/Pr) (где Pr -ка) и обычно не превышаеткрыт,VT 3(2 ...
З)<рт, поэтому транзистор VT 2 заVT 4 - открыт, поскольку в его базузадаваемый резистором R 2 • Поскольку VT 2 закрыт,также закрыт, автекает ток,=инверсный :коэффициент передачи тоГлава9.263Цифровые интегральные схемыто напряжение на выходе соответствует напряжению высокогоуровня, которое можно оценить по формуле(9.4)где 2ИБэзисторов- падение напряжения на эмиттерных переходах транVT 4 и VT 5 (величина ИБэ обычно порядка 0,45 ... 0,5 В).Через эти переходы протекает выходной ток, который являетсявходным током последующих нагрузочных элементов.При подаче И 1 на все ю.шдыVT 1 транзистор VT 2 открываетсяVT 1 и переходит вколлекторным током входного транзисторарежим насыщения. Напряжение на его коллекторе понижаетсяи транзистортокомVT 2 иVT 4закрывается, аVT 3деляется напряжением насыщенияраVT 5стояниеоткрывается эмиттернымнасыщается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
