Файл: Электроника Ицкович Часть 2.pdf

Добавлен: 23.10.2018

Просмотров: 5640

Скачиваний: 22

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

 

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

 

и

 

1

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

 

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) 


background image

 

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

 

эле

-

мента

 

ЭСЛ

  (

рис

. 8.20) 

оказываются

 

ниже

 

выходных

 

напряжений

 

1

 

элемента

 

МЭСЛ

 

на

 

величину

 

прямого

 

напряжения

 

1

БЭ

U

 

на

 


background image

 

33

эмиттерных

 

переходах

 

транзисторов

  V

Т

'

эп

. 

Во

-

вторых

эмиттер

-

ные

 

повторители

 

ослабляют

 

зависимость

 

уровня

 

напряжения

 

1

 

от

 

числа

 

нагрузок

С

 

ростом

 

числа

 

нагрузок

 

увеличивается

 

вы

-

ходной

 

ток

а

 

уровень

 

1

 

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

R

R

Э 

R

ЭП 

F

1

=a+b 


background image

 

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

-


background image

 

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