Файл: Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства учебник.pdf

ный переход МТ выполняет роль одного смещающего диода (од­ нако связь между эмиттерными и коллекторным переходами в многоэмиттерном транзисторе, обусловленная диффузией носите­ лей в его базе, приводит в элементах ТТЛ к явлениям, не встре­ чающимся в элементах ДТЛ).

Принцип работы МТ иллюстрирует рис. 2.516, где часть схемы, обведенная пунктиром, представляет собой многоэмиттерный тран­ зистор на дискретных элементах. При ив х 1 = ивх2^ Е 1 транзисто­ ры Г] и Т2 работают в инверсном активном режиме (эмиттерные переходы закрыты, а коллекторные смещены в прямом направле­ нии); при этом через нагрузку идет большой ток, определяемый

инверсным коэффициентом усиления ß r , параметрами ЕА, R A - Е с л и хотя бы на одном входе действует низкий уровень ивх1 ^ Е 1, ивх -«СЕ0, то транзистор Т2 открыт и насыщен (оба перехода Т2 смеще­ ны в прямом направлении) и ток через нагрузку мал.

Интегральный многоэмиттерный транзистор представляет собой совокупность m транзисторных структур, имеющих общий коллек­ тор, причем эмиттеры МТ располагаются так, что взаимодействие между ними через участки пассивной базы практически отсут­ ствует.

По аналогии с- обычным транзистором для МТ можно записать

m

ібмт + 4 мт = 4 мтI где 4 мт — 2 4х /> 4х 1 — ток одного эмиттера. /'=1

157

В норм альном активном реж и м е М Т гк м т = ßMXi6 мх, г‘эМХ =

МТ работают в инверсном активном режиме, а транзистор Т ин­ вертора насыщен и его выходное низкое напряжение (икп Ä; 0,2 В) представляет собой нижний логический уровень Е° (т. е. у = 0).

В рассматриваемой схеме ток і'б является коллекторным током і'км т многоэмиттерного транзистора, работающего в инверсном ак­

смещенном в прямом направлении коллекторном переходе МТ (ибкмт) и эмиттерном переходе Т («бп):

и'А порядка 1,6 В. Коллекторный ток насыщенного транзистора Т

158

а ток нагрузки ін = швх, где гвх— максимальное значение входного тока одной насыщенной транзисторной структуры МТ [величина івк определена ниже — см. ф-лу (2.144)].

С учетом ф-л (2.135) и (2.138) условие насыщения транзистора (2.134) принимает вид

Из последнего равенства, в частности, следует, что при выбранпых пзрймбтрах и ß = рмии коэффициент разветвления по выходу не превышает величину

Обычно ß/MT <С 1, коэффициент насыщения s близок к единице, и поэтому

даже при достаточно малом ßj ток і'ВХІШ оказывается существен­ ным (например, і б мт = 1 м А, ßj = 0,01, гВхинв = 10 мкА); в этом заключается серьезный недостаток схем ТТЛ по сравнению со схе­ мами ДТЛ, где нагрузка — обратные токи закрытых диодов — пренебрежимо мала.

Рассмотрим теперь второй статический режим схемы ТТЛ, когда хотя бы на один ее вход подан-низкий уровень напряжения.

тура МТ насыщена, а остальные, как и прежде, работают в инверс­ ном активном режиме.

159

Напряжение »6 (2.142) меньше порогового уровня £/Пор отпи­ рания транзистора (Unov ~ 0,6 В), поэтому транзистор Т заперт и на его выходе действует высокий уровень напряжения £ ‘= £ к —

причем і'вхшів определяется ф-лой (2.141).

Найдем входной ток івх насыщенной транзисторной структуры (в нашем примере — ток первого эмиттера). Так как транзистор Т заперт, то ток его базы, а следовательно, и коллекторный ток МТ

пользуется ряд разновидностей сложных инверторов; схема ТТЛ с одним из вариантов сложного инвертора приведена на рис. 2.51е. Если хотя бы одна транзисторная структура МТ насыщена (на­ пример, при Х\ = 0), напряжение на базе Ті низкое (меньше поро­ гового уровня отпирания Д), транзистор Т\ закрыт и, следова­ тельно, транзистор инвертора Т2 также закрыт. Ток базы тран­ зистора Т3 достаточен для поддержания Т3 в активном режиме; при этом выходное сопротивление схемы (т. е. эмиттерного повто­ рителя) низкое.

Высокое напряжение на выходе миых=^выѵ отличается от на­

пряжения Е источника питания на сумму следующих напряжений: напряжения база—эмиттер транзистора Т3, работающего в актив­ ном режиме (примерно 0,7В), напряжения »бЭ 4 на эмиттерном переходе Т4 (порядка 0,8 В) и напряжения на резисторе £ ь созда­ ваемого током базы Т4.

Если на все входы МТ поданы высокие уровни напряжения Е1, Т1отпирается, следовательно, отпирается и насыщается транзистор инвертора Т2 и напряжение на выходе низкое, £/°ых икп, при этом

транзистор Т3 запирается, так как напряжение »бэз между его ба­ зой и эмиттером оказывается ниже порогового уровня: ыбэз =

= »кэ I — »бэ4— »кб 2 ^ 0, где »«а 1— напряжение коллектор — эмит­ тер Г] (т. е. примерно 0,2 В), ик ^ 2 — напряжение коллектор — база насыщенного транзистора Т2 (т. е. примерно — 0,6 В).

160

Переходные процессы

Характер переходных процессов в схеме ТТЛ в основном ана­ логичен характеру переходных процессов в схеме ДТЛ, особенно если в последней роль смещающих диодов Д см выполняют ДНЗ. В схеме ТТЛ со сложным инвертором обеспечивается весьма бы­ стрый режим включения. Это обусловлено, во-первых, быстрым зарядом входной емкости через малое выходное сопротивление эмиттерного повторителя инвертора предыдущего элемента, вовторых, быстрым включением транзисторов Д и Т2 благодаря

Быстрое выключение ТТЛ обеспечивается, во-первых, быстрым разрядом входной емкости через открывающийся транзистор Т2 предшествующего элемента, во-вторых, быстрым включением тран­ зисторов Т{ и Т2 благодаря тому, что накопленный в их базах за­ ряд рассасывается большим током (замыкающимся через малые сопротивления насыщенного МТ и насыщенного транзистора Т2 предшествующего элемента) и, в-третьих, быстрым зарядом вы­ ходной емкости через эмиттерный повторитель (транзистор Г3),

в частности, к увеличению площади, занимаемой МТ на поверх­ ности кристалла.

Быстродействие элементов ТТЛ со сложным инвертором доста­ точно велико; обычно ^зср ~ 10-1-40 нс.

Помехоустойчивость элемента ТТЛ с простым инвертором по

отношению ко входной отпирающей помехе üh невелика, так как невелик запас по запиранию транзистора Т. Действительно, на­ пряжение на коллекторе МТ (при хотя бы одной открытой транзи­

2ДПор=1,2В . Помехоустойчивость U°n относительно запирающей помехи зависит от запаса по запиранию эмиттерных переходов МТ и может быть увеличена путем увеличения питающего напряже­

ния Е. Обычно LI-п — порядка 0,5-4- 1 В.

Потребляемая мощность РсР в схемах ТТЛ со сложным инвер­ тором—порядка 10-г 30 мВт.