ВУЗ: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Электроника
Добавлен: 23.10.2018
Просмотров: 9082
Скачиваний: 23
26
ограничения импульсного тока транзистора VТ4, протекающего
при переключении ЛЭ из состояния логического нуля в состоя-
ние логической единицы. Передаточная характеристика ЛЭ со
сложным инвертором показана на рис. 10.14 (сплошная кривая).
При входном напряжении менее 0,7 В транзисторы VТ2 и VТЗ
закрыты. Когда входное напряжение достигает приблизительно
0,7 В, начинает открываться транзистор VТ2, увеличиваются его
коллекторный ток и падение напряжения, создаваемое этим то-
ком на резисторе
R2
. Поэтому напряжение на базе транзистора
VТ4 и выходное напряжение понижаются (участок А). Транзи-
стор VТЗ на этом участке закрыт, так что эмиттерный ток транзи-
стора VТ2 течет через резистор
R3
. Увеличивать сопротивление
R3
для повышения порогового напряжения и помехоустойчиво-
сти нецелесообразно, так как при этом уменьшается базовый ток
транзистора VТЗ во время процесса рассасывания. Поэтому для
коррекции формы передаточной характеристики в схему ЛЭ кро-
ме резистора
R
З вводят корректирующую цепочку, как показано
на рис. 8.15. Она состоит из транзистора VТ6 и резистора
R5
с
малым сопротивлением (200...400 Ом).
Скорректированный участок передаточной характеристики
ЛЭ показан на рис. 8.14 штриховой линией. В этом случае тран-
зисторы VТ2, VТЗ
и
VТ6 открываются практически при одном
напряжении, поэтому помехоустойчивость возрастает. Одним из
существенных недостатков простейшего элемента ТТЛ является
ограничение емкости нагрузки. Время нарастания выходного на-
пряжения определяется постоянной времени
R
С
Н
,
с которой за-
ряжается эта емкость.
1
2
U
ВЫХ
1
2
3
A
U
ВХ
U
0
Рис. 8.14 — Передаточная характеристика
элемента ТТЛ со сложным инвертором
27
VT3
R
5
R
3
VT2
Рис. 8.15 — Схема корректора
передаточной характеристики
элемента ТТЛ
Для ЛЭ со сложным инвертором допустима большая ем-
кость нагрузки (Сн
=
50…150 пФ), поскольку она заряжается
большим эмиттерным током транзистора VТ4, включающегося
при выключении транзистора VТ2. Потребляемая мощность для
ЛЭ со сложным инвертором значительно выше, чем для про-
стейшего, что обусловлено большим напряжением источника пи-
тания. Кроме того, сложный инвертор потребляет дополнитель-
ную динамическую мощность при переключении: когда напря-
жение на выходе повышается, транзистор VТ4 открывается и его
коллекторный ток увеличивает на это время ток питания. В цепи
питания при переключении элемента из состояния
0
ВЫХ
U
U
=
в
состояние
1
ВЫХ
U
U
=
появляется пик тока. Для его ограничения
используется резистор
R4
.
Потребляемая мощность возрастает при увеличении рабочей
частоты переключения. Логический элемент со сложным инверто-
ром по сравнению с простейшим занимает большую площадь кри-
сталла. По этой причине, а также вследствие большой потребляе-
мой мощности его применение ограничено цифровыми микросхе-
мами малой и средней степеней интеграции. Для повышения бы-
стродействия элементов ТТЛ в них используют транзисторы с
диодом Шотки. Так, в схеме со сложным инвертором все транзи-
сторы, кроме транзисторов VТ4 и VТ5, работающих в активном
режиме, заменяют транзисторами с диодом Шотки. При этом вре-
мя рассасывания оказывается пренебрежимо малым, а средняя за-
держка определяется временем перезарядки паразитных емкостей.
28
8.4
Элементы
эмиттерно
-
связанной
логики
Основным отличительным признаком элементов ЭСЛ явля-
ется использование переключателя тока, транзисторы которого
работают в активном режиме. Исключение режима насыщения и
связанной с ним задержки рассасывания обеспечивает более вы-
сокое быстродействие элементов ЭСЛ по сравнению с элемента-
ми ТТЛ. Схема переключателя тока приведена на рис. 8.16.
-A
A
R
K
R
K
U
ВХ
-U
ОП
-U
ИП
I
Э
A
-U
ИП
-U
ОП
U
ВЫХ
=-А
U
ВЫХ
=А
U
ВХ
t
t
t
а
б
Рис. 8.16 — Переключатель тока:
а — принципиальная схема, б — входные и выходные напряжения
VT
ОП
VT
ВХ2
VT
ВХ1
B
A
I
Э
R
Э
R
K
R
K
-U
ОП
F
2
=A+B
F
1
=A+B
-U
ОП
Рис. 8.17 — Схема элемента МЭСЛ
29
Она состоит из двух одинаковых ветвей, содержащих вход-
ной VТ
вх
и опорный VТ
оп
транзисторы, в коллекторных цепях ко-
торых включены резисторы
R
k
. На базу опорного-транзистора по-
дано постоянное опорное напряжение отрицательной полярности
–
U
оп. Заданный ток
I
э протекает через одну из ветвей схемы в
зависимости от напряжения на входе. При
U
ВХ
=U
ОП
оба транзи-
стора открыты и работают в активном режиме, их эмиттерные
токи одинаковы и равны 0,5
I
Э.
.
Напряжение на эмиттере
1
Э
ОП
БЭ
U
U
U
= −
−
, где
1
БЭ
U
— прямое напряжение на эмиттерном
переходе, равное (0,6 . 0,7) В при Т
=
25 С.
В активном режиме коллекторный ток существенно зависит
от напряжения
1
БЭ
U
0
exp
БЭ
K
Э
Т
U
I
I
⎛
⎞
= α
⎜
⎟
ϕ
⎝
⎠
. Согласно этой фор-
муле изменение напряжения
U
БЭ
на 2,3
T
ϕ приводит к изменению
тока на порядок. Если напряжение на входе понизить на
2,3
T
U
δ =
ϕ (на 60 мВ при Т
=
25 С), то коллекторный ток входно-
го транзистора станет значительно меньше тока опорного транзи-
стора. При этом напряжение на выходе 1 будет соответствовать на-
пряжению высокого уровня. Коллекторный ток опорного транзи-
стора
K
Э
I
I
≈ . Этот ток создает на резисторе
R
K
падение напряже-
ния, приблизительно равное
0
K Э
U
R I
≈ −
. Поэтому напряжение на
втором выходе соответствует напряжению низкого уровня. При по-
вышении входного напряжения до
ВХ
ОП
U
U
U
= −
+ δ увеличивает-
ся коллекторный ток входного транзистора (приблизительно до
Э
I
α ), напряжение на эмиттерах и уменьшается коллекторный ток
опорного транзистора (
Коп
Э
I
I
<< ). Следовательно, ток
I
э пере-
ключается в цепь входного транзистора, напряжение на выходе
понижается до уровня
U
0
, а на выходе 2 повышается до уровня
1
U
. Выход 1, на котором появляется логический сигнал А, назы-
вается инверсным, а выход 2— прямым. Таким образом, для пе-
реключения тока
I
э между двумя коллекторными цепями пере-
ключателя тока достаточно изменить входное напряжение на
0,12 В относительно среднего уровня. Для исключения режима
насыщения транзисторов необходимо ограничить входное на-
пряжение.
30
1
2
-0,1
U
1
U
ВЫХ
U
В
-0,3
-U
-0,3
-0,1
Рис. 8.18 — Передаточные характеристики
МЭСЛ
При последовательном соединении переключателей тока
для полного исключения режима насыщения нужны дополни-
тельные согласующие схемы, предотвращающие режим насыще-
ния, — схемы смещения уровня. Известно, что условие
0
БК
U
<
не является строго обязательным. Можно допустить небольшое
прямое напряжение на коллекторном переходе (0,4...0,5 В), так как
при этом еще не происходит заметной инжекции неосновных но-
сителей.
Такой режим работы характерен, например, для транзистора
с диодом Шотки. Указанный режим используют в простейших
элементах ЭСЛ, называемых элементами малосигнальной эмит-
терно-связанной логики (МЭСЛ). Эти элементы применяют во
внутренних цепях СИС или БИС. Схема элемента МЭСЛ приве-
дена на рис. 8.17. В отличие от рассмотренного выше переключа-
теля тока она содержит два входных транзистора
VT
вх1
и
VT
вх2
,
роль генератора тока играет токозадающий резистор
R
Э.
.
Число
входных транзисторов может быть и больше двух.
Эмиттеры всех транзисторов соединены в одной точке, что
отражено в названии: эмиттерно-связанная логика. Схема имеет
два выхода. На инверсном выходе 1 реализуется логическая
функция ИЛИ
-
НЕ:
F
1
=
А
+
В
,
на прямом выходе 2 — функция
ИЛИ:
F
2
=
А
+
В. Передаточные характеристики элемента МЭСЛ
для инверсного 1 и прямого 2 выходов показаны на рис. 8.18. По-
скольку напряжение источника питания
U
ип
и опорное напряже-
ние
U
оп
отрицательной полярности, то входные и выходные на-
пряжения также отрицательны. Значение
U
1
определяется паде-