Рис. 21. Схема преобразования уровней

Схема ПУ работает следующим образом. При U_вх = U⁰_ттл транзистор VT₁ находится в отсечке, и на выходе первого каскада U + Е. Транзистор VT₂ заперт, aVT₃ открыт, на выходе схемы U_вых 0 U⁰_кмдп.

При U_вх = U^-1_ттл транзистор VT₁ отпирается до насыщения благодаря базовому току, равному (U_вх – е_об)/R_б, где - е_об напря­жение на р-n-переходе Б-Э насыщенного транзистора (для крем­ниевых транзисторов е„б^я< 0,6 В). Остаточное напряжение между коллектором и эмиттером насыщенного транзистора U_{кэ н} близко к нулю (для кремниевых транзисторов U_{кэ н}  0,2 В), и транзистор VT₂ открыт, а VТ₃ заперт. Следовательно, U_вых + ЕU¹_кмдп. Недостаток схемы – одновременное использование и биполярных, и полевых транзисторов в одной микросхеме, что затрудняет ее изготовление в виде интегральной полупроводниковой схемы, хо­тя эту схему ПУ можно изготовить в виде гибридной микросбор­ки. В случае, когда ставится задача спроектировать ПУ ТТЛ  КМДП для расположенных на одной и той же плате кон­кретных ТТЛ ИС и КМДП ИС с заданными нагрузочной способ­ностью ПУ - n, частотой переключения П – f и темпе­ратурным диапазоном работы ПУ, схема преобразователя может содержать только один биполярный транзистор VT, а также ре­зисторы R_к и R_б (рис. 21, б).

Напряжение Е выбирается равным напряжению питания КМДП ИС.

Если U_вх = U⁰_ттле_об, то VT находится в режиме отсечки (рис. 22, а), и напряжение на его коллекторе, равное напряжению на входе ПУ, не должно быть меньше уровня логической 1 КМДП-элементов, т.е. U¹_кмдп:

U_вых = Е – (nI¹_{вх кмдп} + I_{кб о})R_кU¹_кмдп, (1)

где: n – нагрузочная способность ПУ;

I¹_{вх кмдп} – малый ток, обусловленный в основном охранными диодами, подключенными к затворным входам транзисторов (р-n-переходы, смешенные в обратном направлении);

I_{кб о} – обратный ток коллекторного перехода транзистора VT.

---

Рис. 22. Эквивалентные схемы преобразования уровней

Если U_вх = U_ттл, целесообразно обеспечить насыщение транзистора VT со степенью насыщения S = 1,5 2, т.е.

(2)

где: I_кн – ток коллектора насыщенного транзистора VТ.

Из рис. 2, б видно, что ток I_б, протекающий в цепи базы транзистора VТ при условии, что U_вх = U¹_ттл, равен

(3)

вычисленной по формуле (3) ток I_б не должен превышать выходной ток I¹_{вых ттл}, обеспечиваемый ТТЛ-элементом в состоянии логической 1, а также должен быть меньше максимального допустимого тока I_бмакс выбранного транзистора VT, т.е.:

I_б I_выхттл; (4, а)

I_б I_{б макс}. (4, б)

В коллектор насыщенного транзистора VT (рис. 22, б) втекает ток I_{к н}, который складывается из тока I_к, протекающего через резистор R_к и n входных токов I⁰_{вх кмдп} КМДП-элемента, т.е.

(5)

Ток I_{к н}, найденный по формуле (5), должен быть меньше максимально допустимого тока I_{к макс} выбранного транзистора VT, т.е.

I_{к н} I_{б макс}. (6)

Напряжение U_вых на выходе ПУ, равное потенциалу на коллекторе насыщенного транзистора VTU_{кэ н}, не должно превышать уровня логического 0 КМДП-элемента U⁰_кмдп

U⁰_вых = U_{кэ н} U⁰_кмдп.

Статические свойства схемы ПУ наглядно отражаются ее передаточной характеристикой – зависимостью U_вых= f(U_вх).

На передаточной характеристике рассматриваемой схемы ПУ можно выделить три участка.

Если U_вхе_об, то VT находится в режиме отсечки и U_вых определяется по формуле (1).

Если U_вхе_об, то VT открыт, и ток базы определяется по формуле (3). Пока VT работает в активном режиме и

(7)

мы пренебрегли малым током nI⁰_{вх кмдп}.

Ток I_б достигает значения I_{б н} при U_вх = е_об + I_{б н}R_б, поэтому, если U_вх (е_об + I_бнR_б), то VT находится в насыщении и U_вых = U_кен.

На графике U_вых = f(U_вх) ПУ проводят уровни U¹_кмдп и U⁰_кмдп. Абсцисса точки пересечения характеристики U

---

_вых = f(U_вх) с уровнем U¹_{кмдп мин} соответствует пороговому напряжению U¹_пор входного сигнала ПУ. Абсцисса точки пересечения характеристики U_вых = f(U_вх) с уровнем U⁰_{кмдп макс} равна пороговому значению U⁰_пор входного сигнала ПУ.

Для того чтобы уровни выходных сигналов ТТЛ-элемента могли использоваться в качестве уровней входного сигнала ПУ, необходимо соблюдать условия:

U⁰_{ттл макс} U¹_пор;

U¹_{ттл макс} U⁰_пор. (8)

Указанные неравенства выполняются с некоторым запасом. Так как U⁰_{ттл макс} U¹_пор, то допускается некоторые паразитные (помеховые) измерения входного сигнала, которые не приводят к изменения сигнала, которые не приводят к изменению сигнала на входе ПУ до уровня, меньшего U¹_{кмдп мин}. статическую помехоустойчивость ПУ характеризуют параметрами U⁺_п и U^-_п. Напряжение U⁺_п = U^-_пор – U⁰_{ттл макс} (рис. 23) характеризует помехоустойчивость схемы ПУ к помеховым выбросам положительной полярности уровня логического 0 на его входе.

Аналогично U^-_п = U¹_{ттл макс} – U⁰ _пор характеризуется помехоустойчивость схемы ПУ к отрицательным измерениям уровня логической 1 на его входе.

---

Рис. 23. Выходная характеристика ТТЛ-элемента

Значения U⁺_пи U^-_п можно определить аналитически и графи­чески.

Более точный анализ помехозащищенности следует про­водить для наихудшего сочетания параметров ПУ и температуры. В этом случае будет не одна передаточная характеристика ПУ, а 0целое семейство, по которому более корректно определяют U⁺_п и U^-_п.

Важной характеристикой ПУ является его быстродействие, которое определяется максимально допустимой частотой следо­вания входных сигналов, представляющих кодовые символы 0 и 1 каждый из которых приводит к переключению ПУ.

Очевидно, что быстродействие зависит от общей длительности переходного процесса, возникающего при воздействии пе­реключающего сигнала и обусловленного инерционностью тран­зистора и перезарядом паразитных емкостей в процессе переклю­чения. В рассматриваемой схеме ПУ обычно процесс переключе­ния из состояния логического 0 в состояние логической 1 проис­ходит медленнее и определяется процессом заряда нагрузочной емкости С_н через резистор R_н.

Если выбрать транзистор VT, у которого граничная частота переключения в несколько раз выше заданной частоты переклю­чения ПУ, то при запирании транзистора его инерционностью можно пренебречь и длительность t^0,1 можно рассчитать, исходя из упрощенной схемы (см. рис. 13):

t^0,1 = 2,3R_кС_н,

где С_н = nС_вх + С_м;

где: n - нагрузочная способность ПУ;

С_вх- входная емкость КМДП-элемента;

С_м - емкость монтажа.

Если задана частота переключения ПУ – f, то время пере­ключения и необходимо обеспечить условие

f^0.1t_пер. (10)

Если частота переключения f не задана, то спроектировать ПУ нужно так, чтобы он не ухудшал быстродействия цифрового устройства, в котором он используется, т.е. должно выполняться неравенство:

f^0.1t_макс. (11)

где: f’^0,1 – наибольшее время задержки распространении сигнала дин ТТЛ и КМДП-элементов, t

---

^0,1_макс = max(t^0,1_{эд рттл}, t^0,1 _{эд р кмдп}).

Значения резисторов R_к и R_б определяются из условий двух­сторонних ограничений, изложенных ниже.

Из условия, что напряжение на выходе ПУ не должно быть меньше напряжения U¹_кмдп, для наихудшего соотношения пара­метров определяем первое ограничение сверху на величину R_к:

(12)

где: - минимальное напряжение питания при заданном допуске;

- максимальное значение входного тока КМДП-элемента и обратного тока коллектора транзистора VT, которые достигаются при максимальной температуре Т_макс заданного температурного диапазона работы ПУ.

Для нахождения и можно использовать известное упрощенное выражение, описывающее зависимость обратного тока р-n-перехода I₀ от температуры окружающей среды Т,



где: Т^* - приращение температуры, при которой обратный ток I₀(Т₀) удваивается (Т^* (8  10) С для германия и Т^* (6 - 7) С для кремния);

Т – температура, при которой определяют ток I₀;

I₀(Т₀) – ток I₀ при некоторой исходной температуре Т₀, который приводится в справочнике.

Второе ограничение сверху на величину R_к определяется требованиями обеспечения заданного быстродействия ПУ (формулы (9) и (10))

(13, а)

при выполнении условия, что спроектированный ПУ не ухудшит быстродействие электронной схемы, построенной на ТТЛ и КМДП-элементах (формулы (9) и (11))

(14)

где: - максимальное напряжение питания при заданном допуске.

Таким образом, получаем двустороннее ограничение на величину R_к – формулы (12) – (14).

С точки зрения уменьшения мощности, потребляемой ПУ необходимо выбрать величину R

---

Смотрите также файлы

• Практическая работа 1 Анализ соответствия локального акта общеобразовательной организации, регламентирующего оценку качества образования, требованиям обновленных фгос..doc

• Курсовой проект Компьютерные системы и сети.docx

• Основные принципы предпринимательства.odt

• C, E, и f квадрата, по нормали к его плоскости (Рис 1). Индукция магнитного поля в четвертом углу D.doc

• Понятие сделки и ее виды. Форма сделок и последствия ее несоблюдения.docx