Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Логические схемы на биполярных транзисторах З 79 Параметр ассе дает ту же самую информацию о схеме, что н Ср „но другим способом. Мошйость, рассеиваемая внутри схемы при переключении с заданной частотой, можно рассчитать по формуле: Рг ="сс гссгз ..1 Таким образом, величина Ус р/у численно равна параметру С, указываемому для других КМОП-семейств (см. задачу 3.83). Кроме того, для схем семейства ЕСТ-Т задаетсЯ паРаметР Мсс, хаРактеРизУющий величинУ дополнительного тока в режиме покоя при неидеальном значении входного сигнала высокого уровня (см. приведенные выше «Полезные соображения»).
СВЕРХБЫСТРАЯ КОММУТАЦИЯ Выходные сопротивления схем, принадлежащих семействам ЕСТ и РСТ-Т, очень малы и, как следствие, крайне мало время переключения этих схем. Фактически, переходные процессы настолько быстры, что часто являются основным источником «аналоговых» проблем, включая помехи от переключения и наводки на земляную шину. Поэтому в случае применения этих и других сверхбыстродействующих компонентов при проектировании реальной печатной платы следует предпринять особые меры предосторожности в отношении аналоговых аспектов работы проектируемого устройства. Чтобы уменьшить влияние отражений в линиях передачи (см.
параграф 11.4), — а это другая проблема, возникающая в быстродействующих конструкциях, — в выходные цепи некоторых схем семейства РСТ-Т последовательно включают резисторы с сопротивлением 25 Ом. 3.9. Логические схемы на биполярных транзисторах В биполярных логических схемах в качестве основных компонентов используются полупроводниковые диоды и биполярные транзисторы. Простейшие биполярные логические схемы, в которых логические функции реализуются с помощью диодов и резисторов, называются схемами диодиойлогики (гйоЫе 1о8(с). Внутри большинства ТТЛ-вентилей используется диодная логика, а увеличение натру зоч ной способности достигается с помощью транзисторных схем.
В некоторых ТТЛ-схемах для Реализации логических функций используют параллельное включение транзистоРов. Для достижения очень высокого быстродействия в ЗСЛ-схемах„описанных в параграфе 3. 14, транзисторы применяются в качестве токовых переключателей. Данный параграф посвящен принципам работы биполярных логических схем, собранных из диодов и транзисторов, а в следующем параграфе подробно рассматриваются ТТЛ-схемы. Хотя зти схемы являются самым распространенным ~~мейством биполярных логических схем, к настоящему времени они в значнтель"ой степени вытеснены КМОП-семействами, о которых говорилось в предыдуших параграф 180 Глава Э.
Цифровые схемы Тем ие менее, полезно изучить принцип работы ТТЛ-схем лля решения задач, связанных с сопряжением ТТЛ-схем с КМОП-схемами, которое будет Рассмотрено в параграфе 3.12. Кроме того, понимание работы ТТЛ-схем поможет вам осознать, что именно благодаря сходству логических уровней промышленность смогла плавно перейти от ТТЛ-схем к КМОП-схемам с напряжением питания 5 В, а теперь — к КМОП-схемам с меньшим напряжением питания, равным 3.3 В, и лучшими характеристиками, о чем пойдет речь в параграфе 3.13. Если вас не интересуют все ужасные подробности ТТЛ-схем, то можно перепрыгнуть к параграфу 3.11 и ограничиться кратким обзором семейств ТТЛ.
3.9.1. Диоды Полупроводниковый диод (зет(сопс(исгог лют) состоит из полупроводников двух типов, называемых полупроводниками р-типа и п-типа, которые соединены друг с другом, как показано на рис. 3.61(а). Это, в основном, тот же самый материал, который используется в МОП-трзнзисторах с каналами р-типа и п-типа Контакт между полупроводниками ртипа и п-тнпа называется р-п-переходом.
(Обычно диод представляет собой один монолитный кристалл полупроводника, в который вводят различныее примеси, чтобы придать одной половине кристалла свойства полупроводника п-типа, а другой половине — свойства полу проводника р-типа) Физические свойства р-п-перехода таковы, что ток может легко протекать от полу проводника р-типа к полупроводнику п-типа в положительном направлении. Таким образом, если мы составляем цепь, показанную на рис. 3.61(Ь), то р-ппереход представляет собой почти юротюе замыкание.
Но согласно тем же физическим свойствам протекание тока через р-п-переход в противоположном направлении — от полупроводника п-типа к полупроводнику р-типа — весьма затруднено. Таким образом, в схеме, изображенной на рис. 3.61(с), р-и-переход ведет себя почти как разомкнутый участок цепи. Говорят, что р-и-переход действует как диод (йосЕе асйап).
(с (а) рп Рис. 3.61. Полупроводниковые диоды: (а) р-п-переход; (Ь) смещенный в прямом направлении переход, допускающий протекание тока, (с) смещенный в обратном направлении переход, препятствующий протеканию тока Хотя можно создать злектровакуумные лампы и другие устройства, ведущие себя как диод, в современных системах применяются полупроводниювые диоды, то есть р-п-переходы, которые впредь мы будем называть просто диодами (а(ог(е). На рис. 3.62(а) показано условное обозначение диода. Как только что было объяснено, в нормальных условиях заметный ток может протекать только в направлении, указанном двумя стрелками: от анода (апогее) к катоду(са1паг(е).
В действительности, диод представляет собой короткое замыкание, пока напряжение на переходе анод — катод неотрнцательно. Если напРяжение, приложенное между ано- 3.9.Логическиесхеыынабиполярных транзисторах 181 дом и катодом, отрицательно, то диод ведет себя подобно разомкнутой цепи и ток не течет. Зто правило иллюстрирует вольт-амперная характеристика идеального диода, приведенная на рис. 3.62(Ь). Если напряжение К между анодом и катодом отрицательно, то говорят, что диод смещен в обратном направлении (гвиегве-Ь/овес(/)/оде) и ток У через него равен нулю. Если напряжение дне отрицательно, то диод считается смещенным в прямом направлении (/Ъги/аг//-Ъ|аге// йоде) и может протекать сколь угодно большой ток б Фактически, напряжение г' никогда не может стать больше нуля, поскольку идеальный диод, смещенный в прямом направлении, представляет собой юроткое замыкание с нулевым сопротивлением. (а) (Ь) / (с) l рп «дад хаток Рис.
3. 62. Диоды; (а) условное обозначение; (Ь) вольт-амперная характеристика идеального диода; (с) вольт-амперная характеристика реального диода У неидеального, реального диода сопротивление не бесюнечно, когда он смещен в обратном направлении, и отлично от нуля при прямом смещении, так что вольт-амперная характеристика выглядит так, как показано на рис.3.62(с). При прямом смещении диод ведет себя как небольшое нелинейное сопротивление; с увеличением тока на нем падает большее напряжение, но ток и напряжение изменяются не строго пропорционально.
Когда диод смещен в обратном направлении, течет небольшой отрицательный ток утечки ()еа)гайе оштет). Если отрицател ьное напряжение становится слишюм большим, наступает пробой диода (й/оа/е ЬгваЫоит), при этом может течь большой отрицательный ток; в большинстве случаев пробоя стараются избегать. СТРЕЛОК, ДЕЙСТВИТЕЛЬНО, ДВЕ ...на рис. 3.62(а). Вторая стрелка входит в условное обозначение диода, напоминая нам о направлении тока. С учетом этого существует много способов запомнить, какой вывод называется анодом, а каюй — катодом. Приверженцы высококачественных усилителей на лампах возможно помнят, что электроны движутся от разогретого катода к аноду, и поэтому ток течет от анода к катоду Те, кю смотрел передачу «Улица Сезам», югда электровакуумные лампы, в основном, уже вышли из моды, возможно предпочитают пользоваться буквами алфавита — электрический ток течет согласно алфавиту от А (аноде) к С (сШЬоде).
[Спасибо Рику Кейси (Мс)с Свзеу) за подсказку этого мнемоничесюго правила,] З 82 Глава 3. цмфровыв схемы На рис. 3.63(а) и (Ъ) показано, как можно очень просто смоделировать реальный диод. Когда диод смещен в обратном направлении, он подобен разомкнутой цепи; мы пренебрегаем током утечки. Прн прямом смещении диод ведет себя как резистор с небольшим сопротивлением )1 включенный последовательно с источником небольшого напряжения К Сопротивление (( называют сопротивлением у аткры тога диода (гагзтага(гщьгапсе), а напряжение р — падением напряжения на открытом диоде (гбаае-Ь ар). (Ъ) (с) (а) анод катаЮ ак У>06В У<66В Ун = О 6 В Рис. 3.63. Эквивалентная схема реального диода (а) при обратном смещении, (Ь) при прямом смещении, (с) вольт-амперная характеристика диода, смещенного в прямом направлении Правильный выбор значений 11 и )~ позволяет получить приемлемую кусочно-линейную аппроксимацию вольт-амперной характеристики реального диода, показанную на рис.
3.63(с). У типичного маломощного диода типа 1М914 сопротивление Я равно примерно 25 Ом, а падение напряжения на нем (' составляет около 0.6 В. Чтобы «почувствовать» диод, следует помнить, что в действительности реальный диод не содержит источника напряжения 0.6 В, который присутствует в эквивалентной схеме. Верно только то, что из-за нелинейности вольт-ам первой характеристики реального диода до тех пор, пока падение напряжения на диоде и не достигнет величины порядка 0.6 В, через него не будет протекать сколько-нибудь значительный ток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
