Изъюров Г.И. - Расчет электронных схем (1266568), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Оптимальное значение у составляет О,б — 0,7. Другим способом повышения нагрузочной способности элемента ДТЛ является использование на выходе схемы так называемого сложного инвертора (рис. 9.4). Сложный ннвертор представляет собой двухтактный усилитель мощности на гранзисторах, работающих в ключевом режиме. Применение сложного инвертора позволяет не только повысить нагрузочную способность микросхемы, но и сохраняет ее высокую помехоустойчивость, так как эмиттерный переход транзнстора Т, выполняет роль смещаюшего диода, Схема работает следующим образом.
Прн низком уровне хотя бы олиого входного сигнала транзистор Т, закрыл. Состояние транзистора Тз определяется состоянием транзистора Т,: при закрытом транзисторе Т, транзистор Т также будет закрыт, а составной транзистор (Т, — Т ) — открыт. Однако в элементе ДТЛ со сложным инвертором при переключении в цепи 7з — Тз возникаюг броски тока, создающие заметные помехи по цепи питания. Для устранения этого явления включают токоограничнваюшпй резистор 7(9 Транзисторно-транзисторные элементы.
Простейший базовый элемент транзисторно-транзисторной логики (рнс. 9.5) в принципе повторяет структуру микросхем ДТЛ-типа. В то же время за счет использования многоэмипсрного транзистора, объединяющего свойства диода п траизисг"рното усилителя, эта схема позволяет увеличить быстродсйст.ие. снизить потребляемую мощность и усовершенствовать тсхноло- ~ ню изготовчения.
Базовый элемент ТТЛ, зак же как п элемент ДТЛ, выполняет логическую операшпо И вЂ” НЕ. Прп низком уровне сигнала (логический нуль) хотя бы на одном из входов многоэмпттерного транзистора Т, последний находится в состоянии насыщенна, а транзисзор Т, закрыт.
На выходе схемы существует вы- сокий уровень напряжения (логическая единица). При высоком уровне сигнала на всех входах многоэмиттерный транзистор Т, работает в активном инверсном режиме, а транзистор Т, находится в состоянии насыщения. Описанный здесь базовый элемент ТТЛ-логики, несмотря на упрощенную технологию изготовления, не нашел широкого применения из-за низкой помехоустойчивости, малой нагрузочной способности н малого быстродействия прн работе на емкостную нагрузку.
Его целесообразно использовать лишь при разработке микросхем с открытым коллектором для реализации функпии «монтажное ИЛИ», а также для включения элементов индикации, когда не требуется высокая помехоустойчивость и большая нагрузочная способность. Дополнительными комгюнентами в схеме базового элемента ТТЛ (рис. 9.6) по сравнению со схемой на рнс. 9.5 являются транзисторы Т, и Т, образующие сложный ннвертор.
Диод Д повышает порог отпирания транзистора Т„обеспечивая его закрытое состояние при открытом и насыщенном транзисторе Рис. 9.й Т,. Использование сложного инвертора повышает помехо)стойчивость н нагрузочную способность схемы. Базовый элемент (рис. 9.6) является основным при разработке современных микросхем ТТЛ-логики. Наряду с микросхемами ТТЛ-логики разработаны микросхемы типа ТТЛШ, в которых для увеличения быстродействия использованы транзисторы Шатки, работающие в активном режиме.
Транзистор Шатки представляет собой обычный интегральный транзистор л-р-л с нелинейной обратной связью, образованной диодом Шатки. Базовый элемент микросхемы ТТЛШ-логики изображен на рнс. 9.7,а,б и отличается от базового элемента ТТЛ-логики (рис. 9.6) наличием транзистора Шатки Т» и резистора й«. Зги дополнительные компоненты схемы позволяют исключить «скалывание» переключательной характеристики, присущее элементу ТТЛ-логикн и приводящее к снюкению помехоустойчивости схемы, «Скалывание» переключательной характеристики в схеме, изображенной на рнс. 9.6, обусловлено тем, что транзистор Тз на участке «скалывания» остается закрытым, хотя управляющий транзистор Т, уже открылся.
Включение транзистора Т, в схеме ТТЛШ-логнки позволяет существенно уменьшить ток коллектора транзистора Т, на участке «скалывания». Прн этом напряжение на выходе схемы (рис. 9.7,а) остается практически постоянным до значения ~У~~,„, Следует отметить, что дополнительный транзистор Т„используется прн разработке микросхем ТТЛ-логики с улучшенной переключательной характеристикой.
Элементы эмнттерно-связанной логики на переключателях тока. Основу базового элемента ЗСЛ-логики составляет переключатель тока (рис. 9.8). На базу транзистора Т, подается информационный входной си~пал, а на базу Т, — опорное напряжение Е,. Рис 9.8 Риа 9.9 Рис. 9.7 219 21К При наличии на входе сигнала логического нуля транзистор Т, закрыт, а транзистор Т, открыт.
Если на вход поступает сигнал логической единицы, то транзистор Т, открывается, а Т, закрывается. Если параллельно Т, подключить ряд транзисторов, на базы которых поступают информационные сигналы, то прн подклгочении нагрузки к выходу ! элемент будет выполнять логическую операцию ИЛИ в НЕ, а при подключении нагрузки к выходу 2 — операцию ИЛИ.
Базовый элемент ЭСЛ-логики изображен на рис. 9.9. Здесь в отличие от обычного перекшочателя тока на выходах схемы включены эмиттерные повторители. Повторители смещают уровни коллекторных потенциалов транзисторов и обеспечивают тем самым высокую нагрузочную способность базового элемента. Схемы ЭСЛ характеризуются малым логическим перепадом дУ„„= 0,65 —: 0,8 В и соответственно малой помехоустойчивостью. Использование в базовом элементе эмиттерных повторителей на транзисторах Т, и Т, (рис.
9.9) уменьшает выходной нмпеданс схемы и снижает уровень помех в линиях связи логического устройства, выполненного на схемах ЭСЛ. В практических устройствах на базе схем ЭСЛ-тнпа обычно заземляют плюсовую шину источника питания, При заземлении плюсовой шины колебания напряжения источника питания ие приводят к изменению логического уровня напряжения на коллекторах транзисторов Т, и Т„соответствуюшсго нулевому по~енциалу. Основным достоинством микросхем ЭСЛ-логики является нх высокое быстродействие, обусловленное прежде всего работой транзисторов в активном режиме н уменьшением времени перезаряда емкостных составляющих схемы за счет малого логического перепада.
В настоящее время разработаны сверхбыстродействуюпше микросхемы ЭСЛ-логики с частотой переключения до 500 МГц. Однако следует учитывать, что повышение быстродействия связано с увели ыннсм потреб,шемой мощности. Интегральная инжекцнон па я логика (И Л). Схемы И~Л, появившиеся позднее других и тсгральных логических элементов, не имеют анапе~ он среди дискретных транзисторных устройств и являются нзнболее перспективной базой лля создания сверхбольших интегральных схем (СВИС). Пргшцнпиальная схема типового элемента И Л с источником г сигнала и нагрузкой представлена на рис. 9.10.
Рассматриваемый шпегральный логический элемент состоит нз транзистора Т, типа н-р-л н генератора пьтаюшего тока, вьпюллснного на транзисторе Т„тяпа р-л-р. Источником сигнала и нагрузкой являются аналогичные элементы, выполненные на транзисторах Т,' и Т,". Питание всех элементов осуществляется с помошью многоколлекторного транзистора Те. Резистор й„ является внешним навесным элементом лля ИМС. Его номинал подбирают в соответствии с требуемым питающим током инжектора 1,: Š— (га, Š— 0,6В 1<-— й„н„ (9.1) Ри» йго К базе «ранзистора я-р-и полключен источник тока 1» = 1„з/и... где и — коэффициент передачи тока транзистора Т; и„ вЂ” количество коллекторов у транзистора Т».
При анализе схем ИзЛ обычно считают„ что база транзистора Т, либо замкнута на кземлю» (если в предыдущем ИЛЭ транзистор Т; насьццен), либо отюпочена от предыдушего ИЛЭ (еслн в предыдущем ИЛЭ транзистор Т; заперт). В первом случае транзистор Т, заперт, а ток 1* протекает через транзистор Т,' прсдыдушего ИЛЭ ((»„=1»). Напрюкеннс на вхоле ИЛЭ (гочка А на рис. 9.! О) имеет низкий уровень (ю. Величина О» равна напряжению между коллектором и эмпттером насыщенного транзистора Т, и составляет единицы — десятки мнллпвольт (столь малое значение (l характерно для обращенной структуры транзистора Т, )132). Во втором случае (Т; заперт) ток 3' полностью протекает в базу транзистора Т, н насыпшет его (прп этом входной ток 1,'„О). Напряжение на входе ИЛЭ (точка А) имеет высокий уровень (l', значение которого равно падению напряжения на открытом эмнгтерном переходе транзистора Т, и составляет 0,6 — 0,8 В. Продояэкение игаоя.
9.1 Входные токи 10 ив (9.4а) 1,', но. (9.46) о Кр к нме75м 1(', ге го. (9.5а) Коэффицнентт разветвления (9.56) Потребляе- мая мнимость (9.6) Т а б л и ц а 9.( Задержки пе- реключения е, г Сп(~ Ни зй 1 [9.7в) тнежт гв гзввгв = 05(Гзь + Гтт ) ье е,1 (9.7в) Обычно р-л-р-транзистор То имеет так называемую горизонтальную структуру и невысокий коэффициент усиления тока (и = 0,2 —:0,3). Однако в некоторых новых разработках транзистор Т„выполнен с вертикальной структурой, благодаря чему величина и увеличена до 0,8.
Транзистор Т, имеет вертикальную обращенную структуру. Значения нормального коэффициента усиления тока )) составляют 2-Ю ~22~. Типовой элемент ИзЛ представляет собой многовыходной инвертор (рис. 9ЛО, выходы А). Путем соединения выходов различных инверторов можно реализовать логическую функцию И. Поскольку в схемах ИзЛ эта функция выполняется монтажным соединением выходов, она называется имонтажное И». Так как логический базис И вЂ” НЕ является функционально полным, то, используя элементы ИзЛ с монтажным соединенном выходов, можно реапизовать любую логическую функцию. Приближенные соотношения лля определения основных параметров элемента И'Л даны в табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
