Справочное пособие - микросхемы и их применение (1086445), страница 22
Текст из файла (страница 22)
4.4,6 (базовый элемент для микросхем серий 109, 121, 156 идр.), вместо одного из смещающих диодов используется транзистор Т2, усиливающий ток, включающийвыходной транзистор Т1. В результате использования дополнительного транзистора удается уменьшитьтребуемое значение напряжения E1 до 5 В и снизить требования к усилению выходного транзистора, чтоспособствует увеличению выхода годных схем при их изготовлении.Другая особенность элемента — наличие диода между базой выходного транзистора и входными диодами.Этот диод, называемый ускоряющим, постоянно закрыт и играет роль конденсатора.
Емкостью конденсатораявляется емкость электронно-дырочного перехода этого диода. Благодаря ей ускоряется включение выходноготранзистора и его выключение, так как на этапе включения емкость способствует более быстрому пропусканиютока в базу транзистора, а при выключении создает дополнительный выключающий ток за счет накопленногоею заряда.Существенный недостаток рассмотренных элементов заключается в том, что они имеют большое выходноесопротивление в закрытом состоянии, поскольку коллекторное сопротивление выходного транзисторасоставляет обычно тысячи ом. Это уменьшает ток, отдаваемый в нагрузку, и, как следствие, увеличивает времязаряда емкости на выходе элемента.Базовые элементы ТТЛ строят по тому же принципу, что и элементы ДТЛ, но вместо диодной сборкиприменяют многоэмит-терный транзистор, называемый так потому, что у него в базе сформировано несколько(обычно от 2 до 8) эмиттерных областей.
Обычно ТТЛ элементы имеют сложный инвертор. Один из типичныхвариантов построения элементов рассматриваемого типа приведен на рис. 4.5,а, где показан элемент свозможностью расширения по ИЛИ. Эта возможность реализуется при подключении расширителя (рис. 4.5,6).Элемент ТТЛ работает следующим образом. Когда на все входы многоэмиттерного транзистора TI (рис.4.5,а) поданы сигналы 1 все эмиттерные переходы входного транзистора закрыты, и ток от источника черезрезистор Ri и открытый коллекторный переход транзистора TI поступает в базу транзистора Т2 и открывает егодо насыщения. При этом открывается до насыщения и транзистор Т4, обеспечивая низкий уровень выходногонапряжения.
Транзистор Т3 в это время закрыт, поскольку напряжение на коллекторе открытого транзистора Т2мало. Диод Д служит для повышения порога открывания транзистора Г3.Рис. 4.5. Базовый элемент ТТЛ (а) и расширитель по ИЛИ (б)При наличии хотя бы на одном входе сигнала 0 открывается соответствующий эмиттерный переходвходного транзистора, и ток от источника через резистор RI и открытый эмиттерный переход поступает ввыходную цепь источника сигнала, т. е. выходит из рассматриваемого элемента. Транзисторы Т2 и Г4закрываются, а транзистор 73 открывается.
На выходе обеспечивается уровень 1. Таким образом,рассмотренный элемент ТТЛ выполняет логическую операцию И — НЕ. Для ограничения тока через открытыйтранзистор Г3 при коротком замыкании выхода элемента включен резистор R4.Рис. 4.6. Транзистор с диодом Шотки (а) и его условное обозначение (б)Благодаря применению сложного инвертора элемент имеет малое выходное сопротивление как в состоянииО, так и в состоянии 1. Это позволяет увеличить ток, отдаваемый в нагрузку, т. е. повысить нагрузочнуюспособность, а также ускорить процессы заряда и разряда емкости нагрузки.В состав некоторых серий цифровых микросхем ТТЛ входят логические элементы без коллекторнойнагрузки выходного транзистора — элементы с «открытым» коллектором. Они предназначены для работы свнешней нагрузкой в виде индикаторных приборов, реле и т.
д.В последние годы наряду с микросхемами ТТЛ, построенными на рассмотренных элементах, выпускаютмикросхемы ТТЛШ. Эти микросхемы построены по тем же схемотехническим принципам, что и ТТЛ, новместо обычного транзистора в них использован транзистор с диодом Шотки (рис. 4.6), включеннымпараллельно коллекторному переходу. Диод Шотки, открываясь при напряжении 0 „2 — 0,3 В, фиксирует этотуровень напряжения на коллекторном переходе, не позволяя переходу открыться, а транзистору войти в режимнасыщения.
Поэтому уменьшается время выключения логического элемента.Для иллюстрации достоинств элементов ТТЛШ приведем два параметра одинаковых по схеме элементов,один из которых ТТЛ и относится к серии 130, а другой ТТЛШ и относится к серии 530.Рис. 4.7. Транзисторный переключатель тока: в — принципиальная схема; б — временныедиаграммыПервый характеризуется средней задержкой 11 не при потребляемой мощности 44 мВт, второй — 5 не при19 мВт (см. табл. 4.14).Базовый элемент ЭСЛ построен на основе транзисторного переключателя тока. На рис. 4.7 приведены схемапереключателя тока и временные диаграммы, иллюстрирующие его работу.Переключатель тока состоит из двух транзисторов, эмиттеры которых объединены и подключены кгенератору тока.
На базу одного из транзисторов Т1 подают напряжение входного сигнала, а на базу другого T2— отрицательное опорное напряжение — E0, уровень которого выбирают между уровнями логического 0 илогической 1 Поэтому при наличии на входе элемента уровня логической 1 транзистор Т1 открыт, а транзисторТ2 закрыт. Ток Iэ протекает через открытый транзистор и создает на его коллекторном резисторе отрицательноепадение напряжения высокого уровня, т.
е. уровня логического 0. При этом на коллекторе закрытого транзистора напряжение практически отсутствует, что соответствует уровню логической 1. При изменении уровнявходного напряжения транзистор Ti переходит в закрытое состояние, а транзистор Т2 — в открытое Такимобразом, переключается цепь для тока Iэ. При этом изменяются и уровни напряжения на выходах.На рис 4.8 приведена типичная схема базрвого логического элемента ЭСЛ Элемент выполняетодновременно две логические операции- ИЛИ — НЕ по выходу 1 и ИЛИ по выходу 2. Эмиттер-ныеповторители обеспечивают совместимость элементов по входным и выходным уровням напряжения, а такжеуменьшают выходное сопротивление элемента в целях повышения его быстродействия и нагрузочнойспособности.
Элемент допускает увеличение числа входов при подключении параллельно входнымтранзисторам расширителя Обычно в состав логических элементов входит и источник опорного напряжения (насхеме обведен пунктирной линией).Особенность ЭСЛ элементов в некоторых сериях — отсутствие нагрузки в эмиттерных повторителях(предусматривается ее подключение извне).В ряде серий элементы ЭСЛ построены на базе двухуровневой схемы переключения тока [10].Базовые элементы НСТЛ состоят из ключевых схем на МДП-транзисторах с индуцированным каналом.Вариант логического элемента такого вида представлен на рис. 4.9,а.
Логический элемент состоит из трехпараллельно включенных транзисторов, на затворы которых подают входные сигналы, и одного транзистора,выполняющего роль нагрузки. Затвор этого транзистора подключают или к стоку, как в данном случае, или котдельному источнику напряжения смещения. Благодаря этому транзистор постоянно открыт и выполняетфункции резистора. В большинстве случаев используют МДП-транзисторы с каналом р типа.
Поэтому назатвор и сток таких транзисторов следует подавать отрицательное напряжение. Для микросхем на р-МДПтранзисторах принята отрицательная логика. При подаче отрицательного напряжения высокого уровня(логической 1) хотя бы на один вход, соответствующий транзистор открывается и на выходе устанавливаетсяотрицательное напряжение низкого уровня (логический 0). Таким образом, рассматриваемый логическийэлемент выполняет операцию ИЛИ — НЕ.Рис. 4.8. Базовый элемент ЭСЛРис.
4.9. Базовые элементы НСТЛ на р-МДП-транзисторе a — ИЛИ — НЕ; б — И — НЕДругой вариант логического элемента на МДП-транзисторах представлен на рис. 4.9,6. Здесь транзисторысоединены последовательно, благодаря чему элемент выполняет логическую операцию И—НЕ: для того чтобыоткрыть элемент, надо подать уровень 1 на оба входа.Логический элемент, выполняющий операцию ИЛИ, реализуется при последовательном включенииэлемента ИЛИ — НЕ и инвертора.
Так, объединяя в разном сочетании простейшие логические элементы,можно получить ряд элементов, способных выполнять более сложные логические операции.Рис. 4.10. Логические элементы на КМДП-транзисторах:а — инвертор (ключ); б — ИЛИ — НЕ; в — И — НЕДругое, весьма перспективное направление разработок микросхем с малым энергопотреблением базируетсяна применении МДП-транзисторов с индуцированными каналами разного типа проводимости. Два такихтранзистора, соединенных последовательно (рис.
4.10,а), образуют ключевой элемент (инвертор), который встационарном состоянии потребляет ничтожно малый ток, поскольку в любом положении ключа один изтранзисторов закрыт. Действительно, если на входе низкий уровень положительного напряжения (логический0), то транзистор Т2 закрыт, а Т1 открыт, и на выходе формируется высокий уровень положительногонапряжения (логическая 1), При подаче на вход напряжения с уровнем 1 открывается транзистор Т2, а Т1, имеяразность напряжений между затвором и истоком меньше порогового, закрывается.
На выходе устанавливаетсянапряжение с уровнем 0.Такие пары МДП-транзисторов дополняющего типа часто называют комплементарными (КМДП илиКМОП).На рис. 4.10,6, в приведены логические элементы ИЛИ — НЕ и И — НЕ на КМДП-транзисторах.Для изготовления микропроцессорных микросхем (см. гл. 5) широко применяются логические элементы наприборах с инжек-ционным питанием, называемые элементами интегральной инжекционной логики (ИИЛ илиИ2Л).Основа элементов ИИЛ — ключ, это собственно прибор с ин-жекционным питанием, состоящий изгенератора тока инжекции Iи и транзистора с открытым коллекторным выходом. Работу ключа рассмотрим всоставе логического элемента ИЛИ — НЕ (рис. 4.II,а).Если вход закоротить, ток Iи не потечет в базу транзистора Т1 и транзистор будет закрыт — это состояниекодируется логической 1.
Если вход разомкнуть (режим холостого хода на входе), ток Iи потечет в базу Т1,откроет его до насыщения и обеспечит тем самым режим короткого замыкания, на выходе — это состояниекодируется логическим 0. Параллельное соединение нескольких ключей, как на рис. 4.11,а, образуетлогический элемент ИЛИ — НЕ. Подключение к выходу такого элемента дополнительного ключа, т. е.инвертора, позволяет выполнять операцию ИЛИ (рис. 4.11,6). Схемы логических элементов И и И — НЕприведены на рис. 4.11,в, г.Рис.
4.11. Логические элементы с инжекционным питанием:а-ИЛИ-НЕ; б — ИЛИ; в — И; г — И — НЕДостоинство элементов ИИЛ и микросхем на их основе — низкое энергопотребление (ОД-f-l мкВт) придостаточном для многих применений быстродействии (единицы МГц) и высокий уровень интеграции.Недостаток — малый перепад между логическими уровнями (менее 0,5 В), чувствительность к помехам иневозможность непосредственного сопряжения с логическими элементами других типов. Поэтому элементыИИЛ нашли применение в больших интегральных схемах микропроцессоров, где они выполняют все функциивнутри структуры, а выходы на внешние цепи осуществляются через обычные ТТЛ элементы, расположенные водном кристалле с элементами ИИЛ [54].4.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
