ВУЗ: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Электроника
Добавлен: 23.10.2018
Просмотров: 5640
Скачиваний: 22
31
нием напряжения на резисторе в коллекторной цепи опорного
транзистора при протекании выходного тока
1
ВЫХ
I
в нагрузке:
1
1
/(1
),
ВЫХ
K
Э K
U
I
R
nI R
= −
= −
+ β (8.12)
где
β — коэффициент передачи тока базы входного транзистора
следующего ЛЭ. Это напряжение снижается с ростом числа на-
грузок n, что ограничивает нагрузочную способность. Поскольку
опорный транзистор открыт и в его коллекторной цепи протекает
ток, то напряжение на прямом выходе
0
(
)
.
K
ВЫХ
ИП
ОП
БЭ
Э
R
U
U
U
U
R
≈ −
−
−
(8.13)
При
напряжении
1
ВХ
U
U
=
на
одном
или
нескольких
входах
соответствующие
входные
транзисторы
открыты
,
а
опорный
транзистор
закрыт
.
На
инверсном
выходе
0
.1
.1
ВЫХ
ВЫХ
U
U
=
,
где
0
1
,
ВЫХ
Э K
U
I R
≈ −
(8.14)
т
.
е
.
напряжение
низкого
уровня
на
инверсном
выходе
уменьшается
при
росте
входного
напряжения
,
поскольку
увеличивается
ток
I
э
.
При
этом
на
прямом
выходе
1
ВЫХ
U
U
=
.
Для
элементов
МЭСЛ
ха
-
рактерен
малый
логический
перепад
U
Л
= 0,3...0,5
В
.
Средний
порог
переключения
получают
из
условия
U
пор
= –U
оп
= –0,5U
л
.
Опорное
напряжение
задают
от
специальной
схемы
,
размещаемой
на
том
же
кристалле
и
используемой
для
многих
ЛЭ
.
В
этой
схеме
пре
-
дусматривают
компенсацию
изменений
напряжений
эмиттер
—
база
входных
и
опорного
транзисторов
.
Особенность
применения
элементов
МЭСЛ
—
использование
отрицательного
напряжения
питания
.
При
этом
значительно
ослабляется
влияние
изменений
напряжения
U
ип
на
уровни
напряжений
0
U
и
1
U ,
что
особенно
важно
для
элементов
с
малым
логическим
перепадом
.
Вследствие
малого
логического
перепада
элементы
МЭСЛ
имеют
сравни
-
тельно
низкую
помехоустойчивость
.
Нагрузочная
способность
,
как
отмечалось
выше
,
ограничена
понижением
напряжения
1
U
при
росте
тока
нагрузки
: n=4...5.
Типичные
значения
напряжения
питания
— (2...3)
В
.
Потребляемая
мощность
практически
одина
-
кова
для
обоих
состояний
ЛЭ
,
поскольку
ток
I
э
почти
не
изменя
-
ется
при
переключении
:
.
СР
ИП Э
P
U
I
=
(8.15)
32
Схема
элемента
МЭСЛ
симметрична
,
поэтому
напряжение
на
прямом
выходе
при
переключении
изменяется
так
же
,
как
и
на
инверсном
,
но
в
противофазе
.
Для
повышения
быстродействия
элементов
МЭСЛ
необхо
-
димо
уменьшать
барьерные
емкости
р
-n
переходов
,
паразитные
емкости
проводников
,
сопротивление
базы
,
ограничивать
число
нагрузок
и
увеличивать
граничную
частоту
транзисторов
.
Все
это
достигается
совершенствованием
конструкции
и
технологии
из
-
готовления
микросхем
.
Уменьшение
сопротивления
R
k
ограниче
-
но
увеличением
потребляемой
мощности
.
Элементы
МЭСЛ
ис
-
пользуют
в
сверхбыстродействующих
БИС
,
где
обеспечиваются
малые
уровни
помех
и
небольшие
паразитные
емкости
.
При
от
-
носительно
большой
емкости
нагрузки
(
Сн
> 10
пФ
)
и
(
или
)
большом
числе
нагрузок
(n >10)
в
сверхбыстродействующих
цифровых
микросхемах
применяют
более
сложные
элементы
ЭСЛ
.
Схема
такого
элемента
ЭСЛ
приведена
на
рис
. 8.19.
Она
содержит
дополнительно
два
выходных
эмиттерных
повторителя
на
транзисторах
V
Тэ
.
п
и
резисторах
.
В
остальном
эта
схема
сов
-
падает
со
схемой
элемента
МЭСЛ
и
выполняет
те
же
логические
функции
Выход
1 —
инверсный
,
на
нем
реализуется
функция
ИЛИ
-
НЕ
F
1
= A
B
+ ,
выход
2 —
прямой
,
ему
соответствует
логи
-
ческая
функция
ИЛИ
F
2
= A
B
+ .
Принципы
работы
элементов
ЭСЛ
и
МЭСЛ
аналогичны
,
однако
их
основные
параметры
за
-
метно
различаются
.
Благодаря
использованию
эмиттерных
по
-
вторителей
и
большему
напряжению
питания
(U
ип
= –5
В
),
эле
-
менты
ЭСЛ
по
сравнению
с
элементами
МЭСЛ
имеют
большие
логический
перепад
,
помехоустойчивость
,
нагрузочную
способ
-
ность
,
допустимую
емкость
нагрузки
,
потребляемую
мощность
,
среднюю
задержку
и
площадь
,
занимаемую
на
кристалле
.
Пере
-
даточные
характеристики
элемента
ЭСЛ
при
Т
= 25 °
С
для
ин
-
версного
1
и
прямого
2
выходов
представлены
на
рис
. 8.20.
Эмиттерные
повторители
,
во
-
первых
,
выполняют
функцию
согласующих
схем
смещения
уровня
выходного
напряжения
,
предотвращающих
режим
насыщения
входных
транзисторов
по
-
следующих
ЛЭ
.
Действительно
,
выходные
напряжения
1
U
эле
-
мента
ЭСЛ
(
рис
. 8.20)
оказываются
ниже
выходных
напряжений
1
U
элемента
МЭСЛ
на
величину
прямого
напряжения
1
БЭ
U
на
33
эмиттерных
переходах
транзисторов
V
Т
'
эп
.
Во
-
вторых
,
эмиттер
-
ные
повторители
ослабляют
зависимость
уровня
напряжения
1
U
от
числа
нагрузок
.
С
ростом
числа
нагрузок
увеличивается
вы
-
ходной
ток
,
а
уровень
1
U
понижается
вследствие
увеличения
па
-
дения
напряжения
на
резисторе
R
к
.
Однако
базовый
ток
транзи
-
стора
,
протекающий
через
этот
резистор
,
в
β+1
раз
меньше
вы
-
ходного
тока
.
Поэтому
нагрузочная
способность
элементов
ЭСЛ
значительно
выше
,
чем
элементов
МЭСЛ
— n=10
÷20.
В
-
третьих
,
эмиттерные
повторители
позволяют
увеличить
логический
перепад
(
до
U
л
=0,8
В
при
Т
=25 °
С
),
что
невозможно
в
элементах
МЭСЛ
из
-
за
перехода
входных
транзисторов
в
ре
-
жим
глубокого
насыщения
.
Благодаря
большему
логическому
пе
-
репаду
возрастает
помехоустойчивость
.
Наряду
с
этим
мощность
,
потребляемая
элементом
ЭСЛ
,
в
3 — 5
раз
выше
,
чем
МЭСЛ
,
так
как
дополнительная
мощность
потребляется
эмиттерными
повто
-
рителями
и
элемент
ЭСЛ
используется
при
большем
напряжении
питания
U
ип
= –(4…5)
В
.
Рис. 8.19 — Схема сложного элемента МЭСЛ
-1,6
-U
ОП
-0,4
U
1
U
ВЫХ
-0,8
-1,6
U
1
1
2
U
ВХ
Рис. 8.20 — Передаточные характеристики
сложного элемента МЭСЛ
Выход2
Выход1
U
ИП
R
ЭП
VT
ВХ1
VT
ВХ2
VT
ЭП
VT
ЭП
VT
ОП
R
K
R
K
R
Э
R
ЭП
a
b
F
1
=a+b
34
Для
уменьшения
потребляемой
мощности
эмиттерные
по
-
вторители
могут
подключаться
к
источнику
питания
с
меньшим
напряжением
,
например
–2
В
.
При
заданной
мощности
элемента
ЭСЛ
можно
перераспределять
ее
между
переключателем
тока
и
эмиттерными
повторителями
,
изменяя
отношение
сопротивлений
R
К
/R
ЭП
.
При
этом
,
вследствие
больших
значений
потребляемой
мощности
и
площади
,
занимаемой
на
кристалле
,
элементы
ЭСЛ
с
эмиттерными
повторителями
применяются
в
сверхбыстродейст
-
вующих
цифровых
микросхемах
малой
и
средней
степеней
инте
-
грации
.
При
потребляемой
мощности
Р
c
р
=10–20
мВт
эти
эле
-
менты
ЭСЛ
имеют
t
зд
ср
— 0,5 1
нс
.
Вопросы
для
самопроверки
1.
Какие
логические
операции
Вы
знаете
.
2.
Назовите
типы
классификаций
логических
элементов
.
3.
Основные
характеристики
логических
элементов
.
4.
Что
понимается
под
пороговыми
напряжениями
?
5.
Объясните
понятие
«
помехозащищенность
логического
элемента
».
6.
Назовите
основные
параметры
логических
элементов
.
7.
Чем
характеризуется
быстродействие
логических
элементов
.
8.
Нарисуйте
простейшую
схему
ТТЛ
.
9.
Объясните
принцип
работы
простейшей
схемы
ТТЛ
на
физическом
уровне
.
10.
Укажите
основные
недостатки
простейшей
схемы
ТТЛ
.
11.
Нарисуйте
схему
ТТЛ
со
сложным
инвертором
.
12.
Объясните
работу
ТТЛ
со
сложным
инвертором
на
фи
-
зическом
уровне
.
13.
Достоинства
ТТЛ
со
сложным
инвертором
.
14.
Основные
достоинства
и
недостатки
ТТЛ
.
15.
Нарисуйте
схему
токового
ключа
и
объясните
назначе
-
ние
генератора
тока
в
цепи
эмиттеров
.
16.
Объясните
работу
токового
ключа
.
17.
Нарисуйте
принципиальную
схему
элемента
малосиг
-
нальной
эмиттерно
-
связанной
логики
(
МЭСЛ
).
18.
Проанализируйте
работу
элемента
МЭСЛ
.
19.
Основные
недостатки
элемента
МЭСЛ
и
его
передаточ
-
35
ная
характеристика
.
20.
Нарисуйте
базовый
ЭСЛ
и
объясните
в
чем
его
достоин
-
ства
по
сравнению
с
элементом
МЭСЛ
.
21.
Основные
достоинства
и
недостатки
ЭСЛ
по
сравнению
с
ТТЛ
.
22.
Начертите
эпюры
входных
и
выходных
сигналов
.