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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 276

Скачиваний: 4

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

подобные схемы обозначаются РЕСТЛ (транзисторная логика с резистивно-емкостными связями).

Помехоустойчивость элементов (по мощности) высока по отно­ шению к запирающей помехе (благодаря глубокому насыщению транзисторов) и относительно мала по отношению к отпирающей помехе; последнее обусловлено малым запасом по запиранию тран­ зисторов (в схеме НСТЛ этот запас равен Unov — икп и составляет для кремниевых транзисторов величину порядка 0,4 В).

Потребляемая мощность в рассматриваемых схемах мала; при использовании низковольтного источника Ек (например, £к = ЗВ) средняя мощность Рср обычно порядка 4 ч- 15 мВт.

2.6.6. ТРАНЗИСТОРНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯХ ТОКА

Схема. Принцип работы

Типовая схема интегрального элемента ПТТЛ (или иначе, по другому классификационному признаку, СЭТЛ — транзисторная логика с соединенными эмиттерами) приведена на рис. 2.54.

Рассмотрим вначале схему на рис. 2.546, иллюстрирующую прин­ цип работы токового переключателя в качестве компонента логи­ ческого элемента.

Пусть по-прежнему входное напряжение иах принимает значе­

ния низкое Е° (х = 0) или высокое Е1

(х = 1) и пусть Е° < Е Л< ЕК

При ивх = Е° транзистор заперт, а

диод Д открыт; потенциал

эмиттера при этом и'э — Ел — идоткр; идоткр — напряжение на откры-

167

том диоде (ил откр

0,8В) и через диод идет ток

 

= (Ел—uAOTKp)/Ra.

Напряжение на

выходе

высокое: иаых = Ек (у — 1). При ивх— Е1

(х =

1) транзистор открыт, причем параметры схемы выбираются

так,

что

 

открытый

транзистор

работает

в

активном

режиме.

Потенциал

эмиттера

теперь и" — Е1 — «бакт, где и6акт— напряже­

ние база — эмиттер транзистора,

работающего в активном режиме,

т. е.

^Аюр

^бакт ^

Цбн

(например,

НПОр

0,6 В,

и^ЗК1С

0,7 В,

«бп =

0,8В).

 

и3

> Е л,

то диод

Д будет

закрыт,

ток

рези­

Если

выбрать

стора

R3

г'дэ = (Е1— u6 aKT)/R3

будет

замыкаться

через транзистор

и выходное напряжение при этом «вых =

Ек — ai3 RK будет пред­

ставлять собой нижний уровень напряжения

— Е°.

 

 

 

Таким образом, в зависимости от уровня входного напряжения

ток резистора Ra идет через диод

или транзистор, и при этом на

выходе создается высокий или низкий уровень напряжения.

(рис.

Рассмотрим теперь основную

логическую

схему

ПТТЛ

2.54а), имеющую пг входов; в этой схеме транзистор Т0

(точнее, его

эмиттерный переход)

выполняет ту же роль, что и диод Д в схеме

рис. 2.546. Выходные сигналы снимаются с эмиттерных повтори­ телей (транзисторы Гвых! и ТВЬІх2); на выходе Гвыхі реализуется функция ИЛИ — НЕ, а на выходе* ГВЫхг — функция ИЛИ входных сигналов

01 = *! + *? + . . . +А-,„ 1

(2Л53)

У 2 — Х 1 + х 2 + • • • + х т I

 

причем принят одинаковый принцип кодирования входных и вы­ ходных сигналов: высокий уровень Е 1 кодируется «1» и низкий Е° кодируется «0»; по-прежнему предполагается, что удовлетворяется

неравенство

(2.154)

Е °< Е б< Е 1.

Нетрудно убедиться в том, что рассматриваемая схема действи­ тельно реализует логические функции (2.153).

Статические режимы

Рассмотрим первый статический режим.

Пусть на все входы схемы поданы низкие уровни напряжения:

ивх I = иВх 2 == • • • ■UBXпг Е т. е.

Х\ —х2 = ... —х-т ■ 0. При

этом все входные транзисторы Ти Т2,

. . . , Тт заперты.

Рассмотрим' вначале второй выход схемы; здесь, как отмечено выше, реализуется функция ИЛИ входных сигналов, т. е. напря­

жение на этом выходе должно быть низким («°ых 2^

-^0)’ Как вид­

но из схемы,

--цР

 

 

и?

it

(2. 155)

“ вых 2

иБ

ибакт»

где «б акт — напряжение база — эмиттер транзистора ГВЫХ2, рабо­ тающего в активном режиме, и°Б — потенциал в точке Б (т. е. на

коллекторе транзистора Т0, работающего теперь в активном, ре­ жиме) :

и% = Ек — г#к 2 RK2

IRK2--?’к0 + І62

 

 

Е б — « б :

(2.156)

Ц < о

—

и г э о = о

/?э

 

 

 

 

 

.

'з2

1 ^Э2

(,вых 2

 

г<32_ ? + Т — J T T ~

(ß+ 1) RS2

 

так как все Пг транзисторов-нагрузок закрыты (на их входах дей­

ствуют низкие уровни напряжения)

и их входные токи івх практи­

чески равны нулю, эмиттерный ток

i3 2 = h 3 2

+ г'н2 = h 3 2 +

п2 Івх —

-- in .

 

 

 

 

*'Э2

 

 

 

 

Из написанных выше уравнений получаем

 

“ °выХг =

I + tfK2/(ß + I) /г** { Е* ~ “ б акт “ “

/?эбаКТ ^ к2}’

(2‘157)

и так как ß!5>l и, кроме того, обычно R,a <

Rw, можно пренебречь

величиной

я/(Р + 1)/?э2 по сравнению с единицей (другими сло­

вами, можно пренебречь величиной ібг по сравнению с ік0); следо­ вательно,

и 0

я

 

 

 

 

 

 

 

 

(2Л58>

Ивых 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Напряжение и°в ы х 2

должно

быть

низким: «°ых 2 ^ Е°, т. е.

 

Я кв

^

Е к

tig акт

Е °

 

 

(2.159)

 

Я э

^

а {Еб

акт)

 

 

 

 

 

 

Напряжение на первом выходе «выхі, где реализуется функция

ИЛИ — НЕ, должно быть высоким: изых , ^ ЕСогл асн о

схеме

 

'Л

 

 

и\ — и,б акт*

 

 

(2.160)

 

^вых 1=

 

 

где »6 акт — напряжение база — эмиттер

транзистора Твыхи

рабо­

тающего в активном

режиме,

и\ — напряжение

в точке

А

в ре­

жиме, когда все входные транзисторы Гь Т2, . . . .

Тт заперты:

 

UA ~ ЕК

ГбІ^кІ

 

 

 

 

 

*61 =

4 i / ( ß

+

1)

 

 

 

(2.161)

 

г э1

=

г'д ЭІ “ Ь

І-ІІІ

 

 

 

 

 

— и

 

А э і

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫХ 1/IR ,

 

 

 

 

 

ZH1

^l^BK

 

 

 

 

 

 

169

lux — максимальный входной ток открытого транзистора-нагрузки (так как все Пі транзисторов-нагрузок открыты, на их входах дей­ ствуют высокие уровни Е \ снимаемые с Твыхі), причем

г’вх = W(ß + = № - «б акт)/(Р + 1) Яэ.

(2 .162)

Входной ток в транзисторе Г,- максимален в том случае, когда открыт только транзистор Г,-, а все остальные транзисторы за­ крыты; при этом эмиттерный ток Т{ равен току резистора R3.

Из ур-ний (2.160), (2.161) находим

RKI

 

 

 

 

акт — Щ

(Е1

U6 акт)

RKI

(2.163)

Ывъ,хі{ 1 -+ (ß+ ОЯэі

 

 

 

 

(ß +

1)2

Rs

Учитывая, что RKi <С R3

и ß >

1, запишем

 

 

 

ивых1 1

-

!І6 акт -

Е 1

Иб акт

£ К|

 

(2.164)

+

( ß + 1 ) 2

Rs

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и потребуем, чтобы и1вах1

^ Е

1,

т. е.

 

 

 

 

 

F

___ и

 

~

“ б ант

R KI

pi

7

 

 

•^к

**0акт

 

'Ч

 

ф

_|_ JJ2

 

s555

 

 

откуда

RKI <

Ек - Е ' - и бакт

( ß + 1 ) 2

 

 

 

 

 

 

(2.165)

 

Rs

 

Е1

«б акт

 

И]

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим теперь второй статический режим, при котором хотя бы на одном входе действует высокий уровень напряжения.

Пусть

1/Вх 1=

£', Нвх2= « в х з =

. . . Ы вх щ =

я°,

т. е.

Х і = 1 ,

*2 = х3

= ...

= Хщ — 0. При этом

транзистор

Ті

открыт

и рабо­

тает в активном режиме, транзисторы Т2, Т3, . . . .

Тт закрыты. Че­

рез резистор R3 течет эмиттерный ток транзистора Т\ и благодаря

напряжению на резисторе R3 (u3 = E l — «б акт)

транзистор

Т0 за­

пирается, и напряжение на втором выходе должно быть высоким:

Ы в ы х 2

Согласно схеме

 

 

 

 

 

 

 

“ вых 2 = и Б

 

“ б акт

 

 

 

 

 

 

 

ИБ

 

+2^к2

 

 

 

 

 

 

 

.

£э2

л

J

I .

 

 

(2.166)

 

^62 == ß _j_ [

і

*э2 == IR 32

I ^н2

 

 

 

 

 

Ивых г

гн2 — /І2 І]

__ „

Е 1

U&акт

 

 

 

RS2

 

 

 

 

 

2 (ß+l)Ä9

 

откуда получаем, по-прежнему

считая

ß

1, RK2 < .R 3 2 '

 

 

1

~ F

__ ,,

 

E l — Иб акт

R

(2.167)

 

вых 2

^ к

 

“ б акт

"■г

(ß -(_ 1)2

 

Для

удовлетворения

 

условию «вых2==^^'

необходимо, чтобы

 

R K2

 

Ек

Об акт

(ß + 1)2

 

(2.168)

 

R3 ^

 

Е 1 — Иб акт

 

 

в-2

 

 

170

Напряжение на первом выходе в рассматриваемом случае должно быть низким: «вых і ^ £°- Согласно схеме

:10

, =

IJ°

— ,

бакт’

 

 

(2.169)

вых I

 

 

 

 

 

причем и ° А = Ек — tR K lR Ki

и

і К к

= сц’эі +

ібі *** hu

г'эі =

г Ѵ =

= (E' — «бактѴ-^э- Следовательно,

 

E ' tlQакт

 

 

 

и,бакт

 

 

(2.170)

вых 1

 

 

Rэ

RKU

 

и для удовлетворения условию и1

 

".Е°

должно быть

 

 

 

 

ВЫХ I

 

 

 

 

/?кі

 

£,<

иб I

 

- Е °

 

 

(2.171)

 

Ибакт)

 

 

Rs

 

О. (£1

 

 

 

Формулы (2.159), (2.165), (2.168), (2.171) определяют область значений параметров, при которых обеспечивается выполнение ус­ ловия работоспособности схемы. Естественно, что неравенства (2.159) и (2.168), а также (2.165) и (2.171) должны быть совме­ стны, т. е.

£,<

• 116акт ”

EQ^— £ к

Е 1 U6акт

(ß Ч~ О 2

^2 J7 2 )

Ч

( Е б

«бакт)

Е 1 Ибакт

Иг

 

II

 

 

 

 

 

 

£,с

ыбакт

£° <с £к-£'-Ибакт

(ß + D 2

(2.173)

Ct(£f

Ибакт)

£‘— «бі

П1

 

Последние неравенства определяют, в частности, максимально допустимые коэффициенты разветвления (при выбранных пара­ метрах) или минимальные значения коэффициентов ß, при которых ■обеспечивается требуемая нагрузочная способность схемы.

Заметим, что на практике параметры схемы выбираются так, •чтобы удовлетворить как упомянутым условиям работоспособно­ сти, так и ряду других условий. Так, например, для того чтобы существенно не сказались нестабильность и разброс величины ■^б акті выбирают Ек Мб акт (например, выбирают Ек близким к максимально допустимому напряжению для данного типа транзи­ стора). Напряжение источника Е^ должно, очевидно, удовлетво­ рить условию Е° < Еб < £ ‘; обычно для получения симметричной передаточной характеристики ивых — 1 (ивх) выбирают

£ в= - І (£» + £')•

(2.174)

Для нормального функционирования элементов ПТТЛ их пара­ метры должны быть выбраны так, чтобы были согласованы соот­ ветственно низкие и высокие уровни на обоих выходах элемента, т. е. так, чтобы «|,ых , = «'ых 2, «°вых , = м°вых 2.

Для того чтобы открытые транзисторы Т0, Ти Т2, . . . , Тт ра­ ботали в активном режиме, т. е. чтобы коллекторные переходы ■открытых транзисторов оставались смещенными в обратном на­ правлении, необходимо, чтобы напряжение «бк между базой и

171

Смотрите также файлы