Б.И. Дубовик. Конспект лекций по электронике для студентов направления 550200 (Автоматизация и управ. Б.И. Дубовик. Конспект лекций по электронике для студентов напра. Конспект лекций для студентов направления 550200 (Автоматизация и управление) специальности
 Скачать 0.94 Mb.
|
Транзисторно-транзисторная логикаСхемы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) являются наиболее о распространенным классом логических схем. ТТЛ возникла на базе интегральной ДТЛ, но отличается от нее тем, что не может быть реализована на дискретных элементах. На входе таких схем находятся многоэмиттерные транзисторы не имеющие дискретного аналога. Работа такого транзистора отличается от работы обычного одноэмиттерного транзистора тем, что его коллекторный ток управляется суммой эмиттерных токов, а не единичным током эмиттера, как в обычном транзисторе. В остальном многоэмиттерный транзистор аналогичен одноэмиттерному. На рис. 2.20 показана ТТЛ - схема, реализующая операцию И-НЕ для положительной логики.  рис. 2.20. Принципиальная схема ТТЛ элемента 2И-НЕ. Схема работает следующим образом. Пусть Х1=Х2=1, т.е. подается высокий положительный потенциал. Тогда переход эмиттер-база Т1 запирается и переход коллектор-база смещается в прямом направлении. В этом случае ток от Uп будет протекать через R1 и переход база-коллектор Т1 в базу Т2. Этот транзистор открывается и переключает ток, протекающий через R2 от базы транзистора Т3 к базе транзистора Т4. Транзистор Т3 запирается, а транзистор Т4 входит в режим насыщения. При этом на выходе схемы устанавливается низкий потенциал (логический нуль). Далее, если Х1 или Х2, или оба этих входа находятся в состоянии нуля, то ток через R1 уходит (отбирается) на землю через переход база-эмиттер Т1. Тогда Т2 закрывается, значит закрывается и Т4, а Т3 открывается и на выходе устанавливается высокий потенциал (логическая единица). Стандартные ТТЛ – схемы обычно имеют коэффициент разветвления по выходу равный 10. Номинальные значения других параметров следующие: напряжение источника питания 5 В, потребляемая мощность около 12 МВт на элемент, задержка – 10 нс. Напряжение на входе схемы U0вх и U1вх соответственно равны 0,8 В и 0,2 В, а напряжения на выходе U0вых и U1вых – 0,4 В и 2,4 В. Помехоустойчивость этого типа схем считается хорошей. Транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки. В ТТЛ-схемах переход из одного состояния в другое требует переключения выходных транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером, в состояние насыщения или выход из этого состояния. Когда транзистор переключается в состояние насыщения, базовая область насыщается неосновными носителями. Чтобы выключить транзистор требуется время на удаление неосновных носителей, что ограничивает быстродействие схемы. Для устранения этого недостатка с целью повышения быстродействия в рассмотренные ТТЛ-схемы вводятся диоды Шоттки. Высокое быстродействие обеспечивается в этом случае благодаря тому, что параллельно переходу база - коллектор транзистора включается диод Шоттки, используемый в качестве ограничивающего диода. Поскольку этот диод имеет меньшее прямое падение напряжения, чем переход база - коллектор, излишний управляющий ток базы при открывании транзистора отводится через диод, что предотвращает вхождение транзистора в режим насыщения, поскольку в области базы не накапливаются избыточные носители заряда. В результате резко сокращается время закрывания транзистора. Логические схемы с эмиттерными связямиВ ТТЛ- схемах переход из одного состояния в другое требует переключения выходного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, в состояние насыщения или выхода его из этого состояния. Когда транзистор переключается в состояние насыщение, базовая область насыщается неосновными носителями. Чтобы выключить транзистор, требуется время на удаление неосновных носителей, что ограничивает быстродействие схемы. Если же не доводить транзистор до насыщения и отсечки, т.е. работать в активной зоне, то можно существенно повысить быстродействие схемы. Логические схемы, работающие в активной зоне между областями насыщения и отсечки, называются схемами, с эмиттерными связями или эмиттерно-связанной логикой (ЭСЛ). Схема с эмиттерными связями, реализующая операцию ИЛИ будет иметь вид: рис. 2.21.Принципиальная схема ЭСЛ элемента ИЛИ. Она состоит из дифференциального усилителя выполненного на транзисторах Т1 и Т2, цепи смещения на транзисторе Т3 и эмиттерного повторителя на выходе на транзисторе Т4. Цепь смещения подобрана таким образом, что при подаче Х1=Х2=0 на дифференциальный каскад транзистор Т3 открыт, но не находится в режиме насыщения. При этом потенциал на базе эмиттерного повторителя Т4 уменьшится, он прикроется и на выходе будет сигнал логического нуля. Если же хотя бы один из входных сигналов Х1 или Х2 или оба вместе равны 1, то соответствующий транзистор Т1 или Т2 или Т1 и Т2 будут открыты. При этом через резистор отрицательной обратной связи R3 транзистора Т3 будет протекать дополнительный ток, создающий смещение, закрывающее транзистор Т3. При этом Т4 будет открываться и на выходе будет сигнал логической 1. Таким образом, схема реализует логическую операцию ИЛИ. В стандартных схемах ЭСЛ коэффициент разветвления по выходу 15, номинальное значение потребляемой мощности более 35 МВт на элемент, задержка около 2 нс. Помехоустойчивость схем считается удовлетворительной. |