Файл: Электроника Ицкович Часть 2.pdf

21

Напряжение в точке А равно падению напряжения на эмит-

терном  переходе 

A

U ,  смещенном  в  прямом  направлении.  Из 

вольт-амперных характеристик  (рис. 8.9, б) видно, что этого на-
пряжения  недостаточно,  чтобы  последовательно  включенные 
коллекторный  переход  многоэмиттерного  транзистора  и  эмит-
терный  переход  второго  транзистора  были  смещены  в  прямом 
направлении.  Следовательно,  токи  базы  и  коллектора  второго 
транзистора  практически  равны  нулю  и  напряжение  на  выходе 
равно логической единице (

K

E ). 

На  основании  эквивалентной  схемы  (рис. 8.9) можно  запи-

сать напряжение в точке А 

1

0

1

0

0

0

ln

ln

K

K

А

Т

T

I

I

I

I

U

I

I

+

+

= ϕ

+ ϕ

; 

           (8.8

а

)    

1

0

0

2

ln

Э

А

Т

I

I

U

I

+

= ϕ

,                             (8.8

б

) 

где

1

Э

I

 — 

суммарный

ток

через

эмиттерные

переходы

много

-

эмиттерного

транзистора

, 

1

K

I

 — 

ток

коллекторного

перехода

первого

транзистора

, 

0

I  — 

обратный

ток

переходов

. 

Приравни

-

вая

правые

части

выражений

 (8.8

а

) 

и

 (8.8

б

), 

после

несложных

преобразований

получим

: 

(

)

1

0

0

1

0

2

2

Э

K

I

I

I

I

I

+

=

− ,                             (8.9)   

учитывая

, 

что

1

0

Э

I

I

>>  (8.9), 

окончательно

запишем

1 0

1

0

2

Э

K

I I

I

I

≈

− .                             (8.10) 

Из

 (8.10) 

получим

1

1

Э

K

I

I

>>

, 

т

.

е

. 

коллекторный

переход

первого

транзистора

, 

а

также

коллекторный

и

эмиттерный

пере

-

ходы

второго

транзистора

закрыты

. 

Напряжение

на

выходе

логи

-

ческого

элемента

равно

единице

 (

K

E ).  

На

рис

. 8.10 

приведена

эквивалентная

схема

логического

эле

-

мента

для

случая

, 

когда

на

обоих

эмиттерах

первого

транзистора

логические

единицы

  (

K

E ). 

Эмиттерные

переходы

первого

транзи

-

стора

закрыты

, 

а

коллекторный

переход

смещается

в

прямом

на

-

правлении

. 

Эмиттерный

переход

второго

транзистора

смещается

в

22

прямом

направлении

, 

и

транзистор

входит

в

режим

насыщения

. 

Напряжение

на

выходе

логического

элемента

равно

нулю

. 

Э

3 

Э

2 

R

К 

U

ВЫХ 

R

Б 

E

K 

I

Б

β 

Э

1 

К

1 

I

RБ 

Рис. 8.10 — Эквивалентная схема логического 

элемента для момента времени, когда на входах  

действуют сигналы равные логическим единицам 

Передаточная

характеристика

рассматриваемого

элемента

ТТЛ

при

 U

ип

=3

В

, 

Т

=20°

С

и

 n=1 

приведена

на

рис

. 8.11. 

При

сня

-

тии

этой

характеристики

для

ЛЭ

, 

имеющего

  m 

входов

, 

входное

напряжение

изменяют

только

на

одном

из

входов

в

диапазоне

от

0 

до

  U

ип

, 

а

на

остальные

входы

подают

напряжение

1

U . 

При

по

-

вышении

температуры

 U

пор

понижается

 (

температурный

коэффи

-

циент

около

 — 2 

мВ

/°

С

), 

что

приводит

к

уменьшению

0

П

U  

и

уве

-

личению

1

П

U . 

Соответствующая

характеристика

для

Т

 = 120 °

С

показана

на

рис

. 8.11. 

1 

0 

U

0 

2

U

1 

U

ПОР 

U

ВЫХ 

U

ВХ 

2 

Рис. 8.11 — Передаточная характеристика  

ТТЛ элемента 

23

Нагрузочная

способность

ЛЭ

прежде

всего

ограничена

тем

, 

что

с

ростом

числа

нагрузок

увеличиваются

выходные

токи

. 

Вы

-

ходные

характеристики

элемента

ТТЛ

при

 U

ип

=3 

В

, R

2

=1,2 

кОм

, 

β =

60 

и

Т

 — 20 °

С

приведены

на

рис

. 8.12. 

Видно

, 

что

увеличение

выходных

токов

приводит

к

понижению

уровня

1

U  

и

повышению

уровня

0

U . 

I

0

ВЫХ 

I

1

ВЫХ 

U

0 

А

U

1

вых макс 

U

ВЫХ 

I

0

вых макс 

I

1

вых макс 

U

1

ВЫХ 

U

ПОР 

20

0,8

Рис. 8.12 — Выходные характеристики  

элемента ТТЛ 

Средняя

потребляемая

мощность

может

быть

оценена

по

формуле

: 

0

1

1

1

1

2

0,5

(

)

СР

ИП

Б

Б

K

P

U

I

I

I

=

+

+

.                      (8.11) 

Поскольку

при

снижении

напряжения

питания

уменьшают

-

ся

помехоустойчивость

и

нагрузочная

способность

, 

оно

ограни

-

чивается

значением

.

2

ИП МИН

U

>   В.  Поэтому  потребляемую 

мощность можно уменьшить, только увеличив сопротивления 

R

1

и

  R

2

.  Однако  при  этом  возрастает  средняя  задержка.  Средняя  за-

держка  определяется  временем  перезарядки  паразитных  емко-
стей. Кроме того, средняя задержка зависит от времени рассасы-
вания избыточного заряда в выходном транзисторе. 

Для повышения помехоустойчивости, нагрузочной способно-

сти  и  обеспечения  высокого  быстродействия  при  значительно 
большей емкости нагрузки в элементах ТТЛ используют сложный 
инвертор.  Такие  элементы  применяют  в  микросхемах  малой  и 
средней степеней интеграции, а также в выходных каскадах БИС. 

24

VT5

VT4

VT3

B

A

U

ИП 

R

1 

R

2 

R

3 

R

4 

VT1

VT2

C=AB

Рис. 8.13 — Схема элемента ТТЛ со сложным  

инвертором  

 
Схема элемента ТТЛ со сложным инвертором представлена 

на    рис. 8.13. Этот  элемент  выполняет  логическую  функцию          
И

-

НЕ.  Назначение  входного  транзистора  и  резистора 

R1

  то  же, 

что и в простейшем элементе. Остальные транзисторы и резисто-
ры  составляют  сложный  инвертор,  содержащий  промежуточный 
каскад на транзисторе VТ2 и резисторах R2, R3 и выходной кас-
кад на транзисторах VТЗ — VТ5 и резисторе 

R4.

 Транзистор VТ5 

используется в диодном включении (

0

КБ

U

= ). С выходов проме-

жуточного  каскада  (с  коллектора  и  эмиттера  VТ2)  задаются 
управляющие  сигналы,  обеспечивающие  противофазное  пере-
ключение транзисторов VТЗ и VТ4 выходного каскада: если один 
из  них  включен,  то  другой  выключен.  При 

0

ВХ

U

U

=

  на  одном 

или нескольких входах, как и в простейшем элементе ТТЛ, кол-
лекторный ток входного транзистора и напряжение на базе тран-
зистора VТ2 близки к нулю. Поэтому транзисторы VТ2 и VТЗ за-
крыты.  Транзистор  VТ4  открыт,  так  как  в  его  базу  втекает  ток, 
задаваемый резистором R2. Напряжение на выходе соответствует 
напряжению высокого уровня. Пренебрегая малым падением на-
пряжения  на  этом  резисторе,  выходное  напряжение  можно  оце-
нить по формуле: 

1

1

2

,

ИП

БЭ

U

U

U

=

−

                           (8.12) 

где 

1

2

БЭ

U

 — падение напряжения на эмиттерных переходах тран-

25

зисторов VТ4 и VТ5. Через эти переходы протекает выходной ток 
элемента ТТЛ, являющийся входным током нагрузочных элемен-
тов. В зависимости от значения выходного тока 

1

БЭ

U

 может при-

нимать  значения 0,45...0,5 В  при  Т = 25 °С.  Для  обеспечения 
большей  помехоустойчивости  для  ЛЭ  со  сложным  инвертором 
необходимо более высокое напряжение питания. Типовое напря-
жение питания 5 В. При этом для 

1

БЭ

U

=0,5 В из (10.12) получаем 

1

U

=4  В.  Нагрузочная  способность  по  сравнению  с  нагрузочной 

способностью простейшего элемента ТТЛ  увеличивается за счет 
использования транзистора VТ4. В этом состоянии VТ4 работает 
в  активном  режиме.  Выходная  характеристика  элемента  ТТЛ  со 
сложным инвертором аналогична по форме зависимости для про-
стой логической схемы. При напряжении 

1

U

 на всех входах мно-

гоэмиттерного транзистора транзистор VТ2 открывается коллек-
торным током входного транзистора и переходит в режим насы-
щения. Напряжение на его коллекторе понижается, и транзистор 
VТ4  закрывается.  Транзистор  VТЗ  открывается  эмиттерным  то-
ком транзистора VТ2 и также переходит в режим насыщения по-
сле разряда паразитной ёмкости С

Н

. 

При этом выходное напряжение соответствует напряжению 

низкого уровня и определяется напряжением насыщения транзи-
стора  VТЗ.  Для  того  чтобы  транзистор  VТ4  не  открывался  при 
понижении  выходного  напряжения,  в  схему  введен  транзистор 
VТ5.  Сопротивления 

R1 

и

 R2

  выбирают  из  условия 

R1>R2

,  по-

этому  эмиттерный  ток  транзистора  VТ2  в  режиме  насыщения 
значительно больше тока базы. Следовательно, в промежуточном 
каскаде  происходит  усиление  тока.  В  результате  в  базу  транзи-
стора  VТЗ  поступает  больший  ток,  чем  в  простейшем  элементе 
при  том  же  сопротивлении R1, что  увеличивает  нагрузочную 
способность в состоянии 

0

ВЫХ

U

U

=

. 

Форма  выходной  характеристики  ЛЭ  со  сложным  инверто-

ром  в  этом  состоянии  такая  же,  как  и  характеристики  простого 
элемента. Однако значения токов 

I

ВЫХ

значительно больше. Рези-

стор 

R3

  необходим  для  создания  цепи,  по  которой  протекает  ба-

зовый ток транзистора VТЗ во время процесса рассасывания. Ре-
зистор 

R4

  с  малым  сопротивлением  (около 100 Ом)  служит  для