Файл: Дроздов Е.А. Многопрограммные цифровые вычислительные машины.pdf

ются накоротко. Имеющиеся в них выходные диоды образуют вы­ ходную схему ИЛИ.

При необходимости объединить на входе элемента И — ИЛИ — НЕ / схем И выходы 5 и 8 диодных вентилей модулей М2 подсо­ единяются к входу 5 модуля Ml. Пример расширения входной ло­ гики диодно-транзисторного элемента показан на рис. 4.17. Кроме подключения дополнительных вентилей там же показан возмож­ ный способ увеличения количества входов у схем И с помощью модулей М3. Выходы 5 или 10 модуля М3 подсоединяются к клем­ ме' 4 модуля Ml.

Особенности работы и расчета диодно-транзисторных схем. При электрическом расчете сложный элемент рассматривается как еди­ ное целое. Такое проектирование обеспечивает построение элемен­ тов с хорошо согласованными составляющими его логическими каскадами.

Универсальный диодно-транзисторный элемент, реализующий функционально полную логическую зависимость, может быть ос­ новным элементом, используемым для построения вычислительноуправляющих устройств цифровой машины. Параметры выходных сигналов такого элемента служат основой для выбора стандартных кодовых и управляющих сигналов машины.

К схемам вычислительных машин обычно в первую очередь предъявляется требование обеспечения заданной или максимально возможной скорости преобразования информации. Поэтому одним из основных требований к проектируемому элементу может быть обеспечение некоторого требуемого времени переключения вы­ ходного напряжения при заданных пределах изменения нагрузки. Кроме того, в результате предварительного анализа функциональ­ ных схем устройств определяются возможные варианты объедине­ ния сигналов на входах элементов. Это позволяет выбрать либо необходимый набор элементов, разнящихся по количеству и типам входов, либо взять за основу гибко изменяемую схему, например, приведенную на рис. 4.17. Исходя из анализа условий работы ма­ шины могут быть также определены и заданы в качестве исходных данных диапазон изменения температуры окружающей среды, тре­ бования к источникам питания и т. п. Требуется выбрать и рас­ считать электрические параметры и элементы схемы так, чтобы она была оптимальна в первую очередь по потребляемой мощно­ сти. Получающиеся в результате расчета параметры выходных сиг­ налов должны удовлетворять требованиям надежного управления другими подобными логическими элементами, подключаемыми к выходу данного элемента.

Пусть для расчета дана схема И — ИЛИ — НЕ (рис. 4.18). Входная диодная схема совпадения связана с базой транзистора Т выходного инвертора через диоды ДЗ и Д4. Назначение вентиль­ ного диода ДЗ было объяснено выше. Дополнительный же диод Д4 включен для сдвига в сторону понижения постоянного уровня напряжения на базе транзистора Т (в точке в) при низком уровне сигнала, поступающего с коллектора открытого транзистора Т'.

117

Рис. 4.17. Пример расширения входной логики базо­ вого элемента И — ИЛИ — НЕ:

Р — принципиальная схема; б — функциональная схема

Благодаря наличию диода Д4 падение напряжения от точки а на

тым.

Используемые для построения логического элемента транзисто­ ры должны удовлетворять заданным температурным условиям ра-- боты и обеспечивать требуемую скорость переключения. Например, для схемы с общим эмиттером должно соблюдаться условие

где /р — предельная частота работы транзистора в схеме с общим эмиттером.

Диоды по максимальной рабочей частоте также должны соответствовать требуемой частоте работы схемы. Допустимый прямой ток диода должен обеспечивать возможность надежного открыва­ ния или закрывания логической схемы через один открытый диод при остальных закрытых.

В начале расчета выбирается статический режим работы тран­ зистора и рассчитываются определяющие его элементы схемы. Ста­ тический режим характеризуется следующими основными параме­ трами:

—напряжениями Ек и £ См;

—коллекторным током /к.ном при максимальной нагрузке;

119

— прямым током базы /б. Пр открытого транзистора и, следова­ тельно, коэффициентом насыщения К„.

Величины Ек и Есм должны быть такими, чтобы напряжения Uэ. в, Дк.э и Uu.б не превышали предельно допустимых. Ток /к. „0м также не должен превосходить предельно допустимый /к. доп. Для повышения надежности и долговечности транзисторов рабочие токи и напряжения выбираются на 30—50% меньшими максимально до­ пустимых.

Входные характеристики транзистора и выбранные £ к и Есм позволяют ориентировочно оценить требуемую амплитуду выход­ ного напряжения схемы И. Это в свою очередь дает возможность выбрать величину питающего напряжения Еп.

Пусть, например, для построения элемента используется тран­ зистор, имеющий допустимое напряжение Дк.э.доп=+5 в и оста­ точное напряжение на коллекторе в режиме насыщения UK.э. Нас=

=0,1 ч- 0,5 в. Предположим, что с учетом данных выше рекоменда­ ций выбрано пониженное напряжение коллекторного питания Ек=

=+3 в. В этом случае без учета сопротивления нагрузки ампли­

туда переключаемого выходного напряжения Д«Пых= Дк— Ul{,a,mc =

= (2,9ч-2,5) б.

Согласно приведенным в § 4.4 рекомендациям следует выби­ рать £„= (2 = 5)А«вых. В рассматриваемом примере Еп должно быть не менее 5—6 в, что в два раза превосходит Ек. Этим объяс­ няется то обстоятельство, что в диодно-транзисторных схемах для питания диодных схем и транзисторных усилителей часто прихо­ дится использовать источники различных номиналов напряжений.

Напряжение Еи совместно с резистором Ru образуют источник тока

К СМ

При выбранном 1к.ном прямой ток базы /е.пр определяет степень насыщения транзистора. Для уменьшения влияния нестабильности коэффициента усиления транзистора и управляющего напряжения на базе желательно выбирать ток базы возможно большей вели­ чины. Однако при этом растет степень насыщения транзистора, определяемая коэффициентом насыщения Ки.

120

жиме, как в данном случае, коэффициент насыщения Ки выбирают в пределах 1,5—5. Тогда

Как показано на рис. 4.19, время закрывания t3акр транзистора слагается из времени рассасывания tp неосновных носителей в базе и времени спада t c коллекторного тока в активной области, т. е.

вания транзистора.

Таким образом, в данной схеме открытый и закрытый режимы работы транзистора обеспечиваются разными источниками пита­ ния и разными цепями формирования токов /б.пр и /б. обр-

К входу 3 могут подключаться дополнительные диодно-рези­ сторные вентили, аналогичные имеющемуся в схеме элемента. Если открыт основной вентиль схемы и открываются дополнительные вентили, то прямой ток базы /б.пр транзистора Т в общем случае будет расти в соответствии с зависимостью

где /=1, 2, 3 ...—общее число открытых вентилей на входе транзи­ стора.

В соответствии с этим будет увеличиваться и коэффициент на­ сыщения Ка транзистора согласно (4.11). Например, пусть /р =

висимости от коэффициента усиления транзистора В и количества открытых на входе вентилей коэффициент насыщения Ки может меняться в пределах 4,4— 18,4.

При неизменном /б.обр большее насыщение приведет к увеличе­ нию времени рассасывания неосновных носителей в базе транзи­

121

стора. В результате суммарное время /закР может превысить тре­ буемое время tTp. Поэтому данное обстоятельство является при­ чиной ограничения, накладываемого на допустимое количество I

НЕ с простым однотранзисторным инвертором, подобных изобра­ женной на рис. 4.16, а, коэффициент объединения m по входам И обычно равен 6—8, а коэффициент объединения по входам ИЛИ составляет 3—4. Усилитель-инвертор оказывается в состоянии управлять четырьмя — шестью входами вентилей, аналогичных имеющемуся в схеме данного элемента.

Среднее время задержки ^зхр распространения сигналов в эле­ ментах, у которых m, I и п не превышает указанные выше пре­ делы, обычно не больше 50—70 нсек, а средняя рассеиваемая мощ­ ность ЛСр модуля типа Ml равна 20—30 мет. Для указанных на рис. 4.16 номиналов питающих напряжений сопротивления рези­

логических схем, в которых моменты продвижения информации от­ мечаются тактовыми сигналами, частоты следования последних обычно не превышают 0,5—1 Мгц.

§4.6. Транзисторные логические элементы

Влогических элементах такого типа транзисторы используются не только как усилители сигналов, но и как простейшие ключи, комбинации соединений которых реализуют различные логические

функции. Быстродействие транзисторных элементов определяется в основном типом используемых транзисторов и способом их вклю­ чения в схемах. Существует много вариантов транзисторных логи­ ческих схем, имеющих различные скорости переключения. У наи­ более быстродействующих из них задержки распространения сиг­ налов составляют единицы наносекунд.

Одно из основных достоинств транзисторных логических схем заключается в том, что хорошие формирующие свойства транзи­

122