labnik2 (520480), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Пренебрегая U* и U ⁰ по сравнению с E_К и используя (5.4) - (5.6), получим оценочное выражение для нагрузочной способности ТТЛ –элемента

N   - R_Б,/ R_К . . (5.7)

Подключение нагрузок к выходу логического элемента несколько изменяет его передаточную характеристику (на рис. 5.2, б - штриховая линия): - уровень U ¹ практически не изменяется, однако. по мере уменьшения выходного напряжения до уровня U_ВЫХ =0,7-0,9 В на характеристике возникает ступенька, связанная с появлением значительного вход­ного тока нагрузок (эмиттеров). При этом транзистор VT2 оказывается нагруженным на низкое дифференциальное входное сопротивление ЛЭ, определяемое малым сопротивлением прямо-включенных р-п-переходов транзисторов МЭТ. По мере уменьшения выходного на­пряжения дифференциальное входное сопротивление ТТЛ схемы­ возрастает. Это вновь ведет к увеличению наклона передаточной характеристики.

В целях повышения нагрузочной способности, помехоус­тойчивости и быстродействия ТТЛ используется вариант схемы с усилителем мощности на транзисторах V3 и V4 (рис. 5.4, а).

Если на входе схемы приложено напряжение U_ВХ =U ⁰, то транзисторы VT2 и V4 закрыты: Транзистор –V3 от­крыт, и на выходе формируется уровень высокого потенциала

Uвых= U ¹= E_К –I_Б3R₂ –U_БЭ3 – U_D = E_К –2U*. (5.8)

Транзистор V3, работая в качестве эмиттерного повторителя, обеспечивает малое (порядка 2г_э) выходное сопротив­ление схемы в состоянии Uвых=U ¹. Это позволяет умень­шить время заряда емкости нагрузки, что повышает быстродействие ТТЛ .

Если на всех входах МЭТ присутствует напряжение U_ВХ=U ¹, то транзис-торы VT2 и V4 переходят в насыщенное состояние и обеспечивают Uвых= U ⁰ . При этом, по сравнению с упрощенной схемой, транзистор V4 имеет более глубокое насыщение и может обеспечить большой ток нагрузки, что повышает нагрузочную способность схемы в состоянии U_ВЫХ=U ⁰. Транзистор VЗ в данном случае должен быть закрытым. Для его надежного запирания в схему введен диод VD, в результате чего выполняется условие

U_БЭ3 = U_{КБ 4} + U_{КЭН 2} – U_D  0,1В < U*, (5.9)

В схеме возможно состояние, когда V3 и V4 одновременно открыты. Оно реализуется в случае, когда V4 уже насыщен, а VT2 еще не вошел в насыщение. В этом случае U_БЭ3 ~ 0,7 В, что и обеспечивает открытое состояние VЗ. При этом возникает значительный сквозной ток через тран­зисторы VЗ и V4. Для его ограничения используется резистор R₄  50 – 300 Ом.

Входная и передаточная и выходные характеристики модифицированных схемы представлены на рис. 5.5 а, б, в соответственно.

а)	б)	в)
Рис. 5.5. Характеристики модифицированной ТТЛ-схемы: а – входная; б– передаточная; в– выходные

В отличие от простой схемы в данном случае (Рис.5.4, а), чтобы перевести транзистор V1 из насыщенного состояния в инверсное, требуется напряжение U_ВХ = 2U* = U_БЭ2 + U_БЭ4. При входном напряжении U_ВХ = U* транзистор VT2 открывается и переходит в область активного режима. При этом V4 еще закрыт, поскольку U_БЭ4<0,7В, и формируется участок сравнительно медленного изменения выходного напряжения на передаточной характеристике (рис 5.5, б, сплошная линия). При достижении U_ВХ = 2U* транзистор V4 открывается и переходит в активную область работы, а затем в насыщение. Формируется круто падающий участок передаточной характеристики.

Наличие участка с медленным спадом выходного напря­жения на передаточной характеристике снижает помехоустойчивость схемы. Для повышения помехоустойчивости вместо резистора R₃ используется нелинейный элемент, состоя­щий из резисторов R₄, R₅ и транзистора V5 (рис. 5.4, б). Это приводит к тому, что только при увеличении U_ВХ до 2U* транзисторы VT2 и V4 одновременно открываются и переходят в насыщение. Передаточная характеристика для такой модификации показана на рис. 5.5, б штриховой линией. Данная модификация является базовой для микросхем серии К155.

Выходные характеристики модифицированной схемы представлены на рис. 5.5, в. Рабочий участок, соответствующий Uвх= U ⁰, простирается от 2,4 до 3,6 В и имеет малое дифференциальное сопротивление, определяемое прямо смещенными переходами VЗ и VD. Максимальный рабочий ток достигает 10 мА.
При увеличении выходного тока транзистор V3 входит в насыщение и наклон выходной характеристики определяется величиной R2 R4.

Ветвь выходной характеристики, соответствующая U_ВХ = U¹, определяется насыщенным транзистором V4, и при U_ВЫХ= 0,4В ток I_ВЫХ может достигать 30мА.

Для повышения быстродействия в схеме вмecто обычных используются транзисторы Шоттки. Этим исключается введение транзисторов в глубокое насыщение. Такая схема носит название ТТЛШ.

Особенностью ТТЛ-элемента является то, что логическая функция “И” обеспечивается многоэмиттерным транзистором, все эмиттеры которого расположены в одной базовой области (рис. 5.6). Это позволяет существенно экономить площадь, занимаемую логическим элементом на кремниевой пластине. Однако в такой конструкции возникают боковые n-р-n-транзисторные структуры, обусловленные передачей неосновных носителей

заряда между соседними эмиттерами. Боковой транзистор проявляет себя в процессе работы схемы при сочетании U_Э!=U ¹, U_Э2= U ⁰. При этом, например, р-n-переход БЭ2 (рис. 5.6) оказывается смещенным прямо и является эмиттером бокового транзистора, а р-n-переход БЭ1 смещен обратно и выполняет функцию коллектора бокового n-р-n-транзистора. Боковой транзистор увеличивает входной ток логического элемента при U_ВХ = U¹ на величину

I_Э1= _бок I_Э2 =  _бок (Е_К - U_БЭ)  R_Б ( 5.10)

Это может существенно снизить нагрузочную способность схемы при U_ВХ = U¹. Для уменьшения эффективности бокового паразитного транзистора стремятся уменьшить  _бок до малых значений путем увеличения расстояния между эмиттерами (W_БОК).

3адание

В ходе домашней подготовки к выполнению работы нужно ознакомиться с принципами работы изучаемых типов схем, с конструкцией и режимами работы многоэмиттерного транзистора, а также транзисторных ключей в усилителях мощности, понять назначение всех элементов схем и их влияние на основные эксплуатационные характеристики ТТЛ.

Для студентов III курса

Контрольные вопросы

1. Поясните каково назначение многоэмиттерного транзистора.

2. Показать, чем определяются особенности входной характеристики
   схемы ТТЛ.

3. Оьясните, в чем суть работы усилителя мощности, какими факторами определяется нагрузочная способность ТТЛ.

4. Обьясните какими конкретно факторами определяется длительность переднего фронта и заднего фронта при передачей ТТЛ прямоугольного импульса.

В процессе выполнения работы при изучении схемы ТТЛ с усилителем мощности:

1. Исследуйте входную характеристику ТТЛ. Определите входные токи (I_ВХ ⁰, I_ВХ¹ = f (Uвх), напряжение U_ВХ^, соответствующее порогу переключения ЛЭ.

2. Исследуйте передаточную и выходные характеристики схемы ТТЛ (не превышать допустимых паспортных данных по току!).

1. Определите допустимый уровень статической помехи UП⁺ , UП^– .

3. Проведите эксперемент по исследованию быстродействия ТТЛ при работе его на емкостную нагрузку (Сн = 1000 пF).

Для студентов IVкурса

Контрольные вопросы

1. Каково назначение МЭТ в схеме ТТЛ? Какой схемой можно заменить МЭТ?

Укажите приемущества и недостатки.

2. Поясните, какими факторами определяется нагрузочная способность схемы простого ТТЛ.

3. Что приводит к уменьшению а_I МЭТ , с чем это физически связано?

4. Почему и в каких областях напряжений введение RБ и VD изменит входную характеристику МЭТ?

5. Как, используя технологические и топологические приемы, уменьшить а_I МЭТ и а _БОК МЭТ?

В процессе выполнения работы при изучении простейшей схемы ТТЛ:

1. Исследуйте входные характеристики схемы ТТЛ (Рис. 11.1,а, б) при включенном и выключенном диоде VD. Обратие внимание на их различия. Определите значение R._Б., а_{I МЭТ}.

2. Исследуйте передаточные характеристики схемы для двух состояний диода VD – (включенном и выключенном). Определите напряжение переключения логических элементов, а также допустимый уровень статической помехи U_П⁺ , U_П^–. .

3. Исследуйте выходные характеристики логического элемента.

4. Исследуйте боковой транзистор. Определите коэффициент

передачи  _бок .

Библиографический список

1. Алексенко д. Г., Шагурин И. И. Микросхемотехника. М.: Радио и связь. 1982, 1990..

2. Коледов Л.А. Технология и конструкция микросхем, микропроцессоров и микросборок –- М.: Радио и связь, 1989.

1. Николаев и Филинюк Н.А. Интегральные микросхемы и основы их проектирования – М.:Радио и связь, 1992.

Лабораторная работа № 6

ИЗУЧЕНИЕ ТРАНЗИСТОРНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯХ ТОКА С ЭМИТТЕРНОй СВЯЗЬЮ (ЭСЛ)

Цель работы - исследование передаточных, входных и выходных характеристик ЭСЛ-элементов, определение поме­хоустойчивости, размаха логического сигнала, условии совместимости элементов.

Отличительной. особенностью логических схем на переключателях тока с эмиттерной связью является их высокое быстродействие, обусловленное тем, что транзисторы работают в активном режиме, т. е. их работа в режиме глубокого насыщения и отсечки исключается. Изучаемая схема показана на рис. 6.1.

В ее основе лежит пере­ключатель тока на транзисторах VT1 и VT2, имеющий конфигурацию параллельно–балансного каскада. Резистор R_Э играет роль источника тока. Выходные сигналы снимаются с эмиттерных повторителей на транзисторах V3 и V4, что обеспечивает быструю перезарядку емкости нагрузки.

Характеристики

Список файлов учебной работы