Лабораторная работа №10 Исследование ттл-элемента Вариант №76. Лабораторная работа 10 Исследование ттлэлемента Вариант 76 Выполнил студент группы бин 1801 Ковалев А. Е
 Скачать 1.2 Mb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ (МТУСИ) Кафедра Электроники Лабораторная работа № 10 Исследование ТТЛ-элемента Вариант № 76 Выполнил студент группы БИН 1801 _______________ Ковалев А.Е. Проверил доц. кафедры Электроники ______________ Власов В.П. Москва 2020 Цель работы Изучение принципов построения и особенностей применения логических элементов транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) на биполярных транзисторах (БТ); исследование статических и динамических характеристик ТТЛ-элемента на примере ТТЛ-инвертора. Краткие теоретические сведения ТТЛ-элемент используется в цепях с цифровыми сигналами, т.е. на входах появляются сигнал "0" (напряжение низкого уровня, обычно близкое к 0 В), или сигнал "1" (напряжение высокого уровня, обычно близкое к напряжению источника питания). Н  а рис. 1 приведена схема простейшего двухвходового ТТЛ-элемента И-НЕ. Его основу образует многоэмиттерный транзистор (МЭТ), который отличается от обычного интегрального БТ наличием не одной, а нескольких эмиттерных областей. Рисунок – 1 Наличие нескольких эмиттеров позволяет реализовать самые разные логические функции, в том числе – основные – И, ИЛИ, НЕ и их комбинации. Логика работы рассматриваемого ТТЛ-элемента описывается таблицей истинности вида:  что соответствует логической функции И-НЕ. Логические элементы И-НЕ обладают значительной универсальностью (например, если соединить между собой входы такого элемента, чтобы превратить его в инвертор, т.е. элемент НЕ, то подключив инвертор на выход элемента И-НЕ, получаем функцию И-НЕ-НЕ = И и т.д.). Большим недостатком простейшего ТТЛ-элемента вида рис. 1 является низкая нагрузочная способность (способность нормально работать при подключении к выходу входов большого числа других таких же или аналогичных элементов). С увеличением числа нагрузочных элементов сопротивление нагрузки уменьшается, а емкость нагрузки возрастает. Намного более высокой нагрузочной способностью обладает ТТЛ-элемент со сложным инвертором, рис. 2:  Рисунок – 2 С помощью дополнительного транзистора Т1 осуществляется противофазное управление транзисторами Т2 и ТЗ: когда открыт Т2, ТЗ закрыт и наоборот. Поэтому при любом состоянии на выходе Т2 или Т3 закрыты, и ток от источника по цепи R4, T2, Д, T3 не проходит. Это значительно снижает энергопотребление такого элемента. Исследуемая схема Исследуемая схема представлена на рисунке 3.   Рисунок - 3 Выполнение работы Передаточная характеристика представлена на рисунке 4:  Рисунок – 4 - выходное напряжение логической единицы  = 3,8 В;- выходное напряжение логического нуля  = 21,5·10^-3 В;- выходное напряжение логического перепада  = - = 3,77 В.
До изменения: CJE = 2*10^-12; CJC = 5*10^-12; TF = .5*10^-9 t10 = 10*10^-9 c; t01 = 35.04*10^-9 c; t = (t10 + t01)/2 = 22.52*10^-9 c. После изменения (параметры умножить на 7,6): CJE = 15.2*10^-12; CJC = 38*10^-12; TF = .38*10^-9 t10 изм = 40.26*10^-9 c; t01 изм = 61*10^-9 c; tизм = (t10 изм + t01 изм)/2 = 50.63*10^-9 c. Контрольные вопросы Изобразить схему простейшего двухвходового ТТЛ–элемента И-НЕ и его таблицу истинности. Ответ: Схема простейшего двухвходового ТТЛ-элемента И-НЕ имеет вид:  Л огика работы рассматриваемого ТТЛ-элемента описывается таблицей истинности вида:Изобразить устройство многоэмиттерного транзистора и пояснить принцип его работы Ответ: многоэмиттерный транзистор (МЭТ), который отличается от обычного интегрального биполярного транзистора (БТ) наличием не одной, а нескольких эмиттерных областей (например, двух). Наличие нескольких эмиттеров позволяет реализовать самые разные логические функции, в том числе – основные – И, ИЛИ, НЕ и их комбинации. Изготовление многоэмиттерного БТ требует тех же технологических операций, что и для обычного транзистора и не усложняет изготовление ИС. В МЭТ, в отличие от обычного транзистора, не один, а несколько равноценных эмиттерных переходов. Поэтому при подаче прямого напряжения на любой из этих переходов начинается инжекция неосновных носителей в базу и может быть получен активный или насыщенный режим. Если минимальная толщина диэлектрического слоя станет 1-1,5 нм могут начаться проблемы с туннелирующими токами и иными эффектами, связанными с уменьшением толщины диэлектрического слоя, из-за которых он становится ненадежным. Из-за этого толщина диэлектрического слоя ограничена 2 нм.  Рассказать о режимах транзисторов простейшего двухвходового элемента при подаче на входы сигналов 0,0 или 0,1 или 1,1. Ответ: При сигнале 0 на одном или на обоих входах ток от плюса источника питания через резистор R1 протекает через открытый переход на землю. Существует и другой путь тока через R1 на землю – через параллельную ветвь с коллекторным переходом МЭТ и эмиттерным переходом Т2. Но тем не менее, напряжение на открытом эмиттерном переходе МЭТ (около 0.7 В) недостаточно для отпирания двух последовательных переходов в параллельной ветви и поэтому тока в ней нет. Т2 закрыт, падение напряжения на R2 равно нулю, и на выходе ТТЛ-элемента действует напряжение высокого уровня, т.е. сигнал 1. При подаче на оба входа МЭТ (на все имеющиеся входы) сигналов 1 напряжение на обоих эмиттерных переходах МЭТ обратное, и они заперты. Тогда ток от плюса источника через R1 проходит через коллекторный переход МЭТ и поступает в базу Т2. Т2 открыт, напряжение на выходе ТТЛ-элемента близко к 0. Что такое нагрузочная способность логического элемента, и почему она недостаточна у простейшего элемента? Ответ: Нагрузочная способность - способность нормально работать при подключении к выходу входов большого числа других таких же или аналогичных элементов. Работа элемента в условиях нагрузки с сопротивлением Rн: при закрытом Т2 напряжение на выходе высокого уровня U1вых составляет только часть напряжения источника питания. По мере уменьшения сопротивления нагрузки Rн напряжение U1вых уменьшается и может оказаться недостаточно большим для надежной работы последующих элементов. Изобразить схему И-НЕ элемента со сложным инвертором. Почему он обладает повышенной нагрузочной способностью? Ответ:  В таком элементе вместо резистора R2 простейшей схемы включен транзистор Т2. С помощью дополнительного транзистора Т1 осуществляется противофазное управление транзисторами Т2 и ТЗ: когда открыт Т2, ТЗ закрыт и наоборот. Это значительно снижает энергопотребление такого элемента. Изобразить передаточную характеристику исследуемого элемента, пояснить смысл основных параметров выходного напряжения. Ответ:  Где: U1вых, В - выходное напряжение логической единицы; U0вых, В - выходное напряжение логического нуля; UЛ = U1вых − U0вых, В - выходное напряжение логического перепада. Изобразить временные диаграммы исследуемого элемента с пояснением на рисунке способа определения t10, t01 и среднего времени переключения t. Ответ:  Среднее время переключения расчитывается по формуле: t = (t10 + t01)/2 Как и почему влияют на быстродействие ТТЛ элемента ёмкости и время пролёта его транзисторов? Ответ: С увеличением этих параметров быстродействие ТТЛ уменьшается. При изменении состояния на выходе от 1 к 0 емкость нагрузки быстро разряжается через малое сопротивление открытого Т2. При изменении состояния от 0 к 1 емкость нагрузки заряжается от источника питания через сопротивление R2. Это сопротивление нельзя сделать небольшим, так как оно ограничивает максимальный ток Т2. Поэтому время перехода из состояния 0 в состояние 1 рассматриваемого элемента недопустимо большое. | ||||||||||||||||||||||||||||||