Проектирование автоматизированнь2х станков и комплексов (831035), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Коммутация осуществляется полевыми МОП-транзисторами.13.2.3. Типовые элементы для обработки дискретнойинформации.Комбинационные логические схемыЭлементы для обработки дискретной информации образуют две большие группы: комбинационные логические схемы и последовательностныесхемы. У первых выходной сигнал определяется только входным, у вторых-входным сигналом и состоянием схемы. Входов и выходов у схемыможет быть несколько.Комбинационные логические схемы-это группа логических вентилей,выполняющих основные логические операции НЕ, И, ИЛИ, исключающееИЛИ и их сочетания над входными сигналами и передающих результат навыход. Если в них добавить обратные связи от выхода к входу, образуетсяпоследовательностная схема.Интегральная схемотехника получила широкое распространение с появлением транзuсторно-транзuсторной логики (ТТЛ) и соответствующей ейтехнологии.Основу(рис.13.14,схемыТТЛсоставляетмногоэмиттерныйтранзисторVTlа). Рассмотрим работу схемы, представив его в виде диодногоэквивалента, т.
е. заменив два эмиттерных и коллекторный переходы диодами(рис.13.14, б, в). Если на обоих входах Xl и Х2 сигналы высокого уровня (см.рис. 13.14, 6), эмиттерные переходы закрыты и через коллекторный переход вбазу транзистора VT2 протекает ток 162 . Транзистор VT2 откроется и войдет13.
Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексах150+ 5ВRIаРис.а-13.14.XIХ2уооо11111о11овгЭлемент И-НЕ ТТЛ:упрощенная принципиальная схема; бком уровне сигналовXl , Х2-диодный эквивалентна обоих эмиттерах; в -низком уровне сигнала Х1; г -VTIпри высодиодный эквивалентVT 1 притаблица истинности элементав состояние насыщения. На выходе элемента У появится сигнал низкогоуровня (менее0,6 В, уровень логического «О»).Если хотя бы на одном из входов Х (например,Xlна рис.13.14,в) появится сигнал низкого уровня, то через соответствующий эмиттерный переход начнет протекать токIx, (см.
рис. 13.14, в). В связи с падением напряжеRl потенциал базы понизится, коллекторный переход закроется и ток базы / 62 прекратится. В результате транзистор VT2 закроется ина выходе У появится сигнал высокого уровня (уровень логической «1»).В таблице истинности (рис. 13.14, г) приведены значения сигналов на входахXl, Х2 и выходе У. Как видим, получился элемент И-НЕ.ния на резистореРеальная схема элемента ТТЛ сложнее.
Если выход ячейки находится всостоянии «О», коллектор транзисторабольшой ток(10VT2способен принять достаточномА и более), тогда как в состоянииздает заметное падение напряжения на резистореR2«1»выходящий ток сои напряжение на выходеуменьшается. Для повышения нагрузочной способности в состоянии«1»добавляют еще один каскад из двух синфазно работающих транзисторов (одиноткрыт, второй закрыт).Несмотря на упрощения, представленная схема элемента ТТЛ отражаетосновные свойства этой логики:входы не потребляют, а выдают ток;выход в состоянии «О» потребляет ток, нагрузочная способность элементадостаточно высока и выходной каскад находится в состоянии глубокогонасыщения;в состоянии«1»выход выдает ток, причем, нагрузочная способность ниже, чем в состоянии «О».Схема ТТЛ и технология ее реализации достаточно просты, однако ее топология не может быть компактной.
Суть в вьщеляемой на элементе мощности, которая слишком велика. Для обеспечения высокого быстродействиятребуются большие токи, чтобы быстро вывести транзисторы из состоянияглубокого насыщения. Транзисторно-транзисторная логика с диодом Шоттки(ТТЛШ) не позволяет транзисторам входить в состояние глубокого насыщения, поскольку их коллекторный переход шунтирован диодом Шоттки. Этот13.2.Электронные компоненты систем автоматического управлениядиод на переходе металл-151низколегированный полупроводник имеет малоепадение напряжения в прямом направлении.
При открытии выходных транзисторов он не позволяет, чтобы на коллекторе напряжение было ниже базового более чем на0,3В, т. е. ограничивает состояние насыщения. Типовоевремя переключения элементов ТТЛ и ТТЛШ около10 ... 15 нс.МОЛ-логика построена на полевых МОП-транзисторах. Благодаря томучто при работе полевого транзистора используются носители одного типа ирекомбинация зарядов не происходит, быстродействие элементов МОП-логики выше, чем у рассмотренных ранее элементов ТТЛ и ТТЛШ на биполярныхтранзисторах, а рассеивание энергии при переключениях меньше.В зависимости от используемых носителей зарядов различают элементыр-МОП-, п-МОП- и k-МОП-логики. В первых основу составляют МОПтранзисторысканалами р-проводимости,а вовторых-п-проводимости.Элементы k-МОП-логики построены на комплементарных (сходных по параметрам, но использующих разные типы носителей) парах транзисторов с р- ип-каналами.Элементы п-МОП-логики используют в производстве больших и сверхбольших интегральных схем (микропроцессоры и микроконтроллеры, схемы памяти и т.
п.). Для изготовления комбинационных логических схем внастоящее время применяют k-МОП-логику.Характернойособенностьюэтих+ Иприборовявляется практически нулевое потребление,уесли схема находится в состоянии покоя и непереключается. На рис.13.15показана упрощенная схема элемента И-НЕфункцио-нальный аналог приведенной на рис.13.14,аXlХ2схемы. Чтобы перевести выход У в состояниелогического «О» следует открыть оба транзи-Рис. 13.15. Элемент И-НЕстора VТЗ и VT4, для чего необходимо податьk-МОП-логикилогические « 1» ( напряжение более + V/2) наоба входа XI и Х2. При этом оба транзистора VTl и VT2 закроются. Приснятии высокого уровня хотя бы с одного из входов закроется соответствующийп-канальныйтранзисториоткроетсякомплементарныйканальный.
Выход перейдет в состояние логическойнем будет близко к напряжению питания«1»,ему ри напряжение на+ И.Выход k-МОП-логики симметричен относительно питания и представляетсобой комплементарную пару МОП-транзисторов. В состоянии «О» открыт п-,а в состоянии«1» -р-канальный транзистор, поэтому нагрузочная способность этой логики в отличие от ТТЛ и ТТЛШ одинакова в обоих состояниях ивесьма велика.Существуют и другие технологические серии интегральных схем, например эмиттерно-связаннаялогика,интегрально-инжекционная логика и другие, но для САУ станков и станочных систем используют обычно комбина-15213.Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексахционные логические схемы серий ТТЛШ и k-МОП. Типовые сведения овходных и выходных токах этих серий приведены ниже:Состояние .
...... .. ...................«О»«1»-200 мкА+ 10 . .. 15 мА-(0,4 .. .0,5) мА± 0,1 мкА+20 ... 30 мА± 0,1 мкА-(20 ... 30) мАТТЛШ:вход.................................выход .......... . ................. . ..+20мкАk-МОП:вход.... .. ...... . . .. ...... . ....... ...выход...............................Пр им е чан и е. Знак«+» соответствует втекающему току, «-» -На рис.вьпекающему.l 3. l 6 приведены примеры типовых логических элементов. Инверсию на выводе логического элемента обозначают маленьким кружком. Наячейках И, обозначаемых прямоугольником, символставлять, а символ-0-=В--[>-=С>-~У=Хtttfi=D-=[>-....::h..3--.-Y= X l · Х2уX I Х2Y= X l · Х2уX l Х2XIХ2111ооо11о1l1о13.16.не проt}-~У= Х \ +Х2уDУ = Х \ (±)Х2XIХ2уоо1оо1оо1о1о1оо111оооооlо1о11ооlобРис.u--ё::rоа«&» допускается«l» на ячейках ИЛИ обязателен.вгlдОтечественные и зарубежные схемотехнические обозначения, ихконтактно-релейные эквиваленты, логические формулы и таблицы истинности типовых комбинационных логических схем (сверху вниз соответственно):а-инвертор;6-элемент 2И-НЕ; в -элемент 2НЕ-И; г -элемент 2ИЛИ-НЕ; д-элемент исключающее ИЛИ-НЕЧасто выходы отдельных элементов или вентилей подключают параллельно один другому (рис.13.17).При этом, если хотя бы на одном выходеустановлен «О» (выход вентиля открыт), то «О» устанавливается и на общемвыходе.
Такое соединение называют монтажным ИЛИ. Соединив подобнымобразом выходы обычных элементов, получим параллельно включенныеверхние транзисторы выходных каскадов ячеек. Но если на выходе какоголибо элемента будет«1», топри открытом верхнем транзисторе и появлении13.2.Электронные компоненты систем автоматического управления153нуля на выходе другого элемента через два открытых последовательно включенных транзистора различных элементов начнет протекать чрезмерно большой ток, который выведет открытые выходные транзисторы из строя.
Дляпараллельного подключения выходов существуют вентили с открытым коллектором, в которых на выходе существует лишь один транзистор с подключенным к вьmоду элемента коллектором. Вентили с открытым коллекторомобладают в1,5- 2раза меньшим быстродействием, поэтому необоснованно ихприменять не следует.Элементы с трuстабильным выходом (тристабильные элементы) приспособлены для подключения к общей шине.
Они поочередно должны работать сшиной, когда им это разрешено. Так подключены ячейки памяти к шине данных и другие элементы шинной архитектуры, являющейся основой современных компьютеров. Обозначение и функциональная схема тристабильногоэлемента приведены на рис.13.18.баРис.13.17.подключениеРис.Параллельное13.18.значениевыходов ячеекСхемотехническое обо(а)ифункциональнаясхема (6) тристабильного элементас открытым коллекторомТристабильный элемент имеет три вывода: вход Х, выход У и управляющий вход«1»U.Выход тристабильного элемента может быть в состояниях «О»,и «разомкнуто».
Третье состояние возникает тогда, когда «контакт» вфункциональной схеме разомкнут (см. рис.13.18, 6).Это состояние называюттакже высокоимпедансным, т. е. в нем сопротивление между выходом и выводамиIШтаниясоставляетнесколькомегаомидажедесяткимегаомуk-МОП-схем. Иногда это состояние называют также Z-состоянием.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
