Файл: Пакулов, Н. И. Мажоритарный принцип построения надежных узлов и устройств ЦВМ.pdf

Каждый эмиттерный повторитель выполнен на двух транзисторах. ЭП, связанный с инверсным выходом, со­ бран па транзисторах ТЗ, Т4, а ЭП, связанный с прямым выходом, — на транзисторах Т5, Тб. Резисторы R10 и R12 должны выбираться исходя из требований предот-

Рис. 1.21. Принципиальная схема трехвходового МЭ с повышенной помехоустойчивостью.

вращения запирания транзистора при передаче спада на­ пряжения.

Резисторы R9 и R11 в некоторых вариантах схем мо­ гут отсутствовать. Наличие этих резисторов увеличивает эмиттерный ток транзисторов ТЗ и Т5, выводя их из режима iM’HKpотоков. Это способствует улучшению пере­

входов элемента. Так как увеличение числа входов требует увеличения общего размаха сигнала на выходе элемента, то целесообразно связать возможность увеличения числа входов с возможностью создания стабильных источников

50

1.3. МАЖОРИТАРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ДИОДНОЙ ЛОГИКОЙ

И ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕМ ТОКА (ПТДЛ)

Схемные особенности

Мажоритарный элемент с диодной логикой и усили­ телем на переключателе тока является дальнейшей мо­ дификацией элементов, рассмотренных в предыдущем параграфе. Схема элемента на три входа приведена на рис. 1.23.

Рис. 1.23. Принципиальная схема МЭ с диодной логикой и переклю­ чателем тока (МЭ типа ПТДЛ).

Диоды Д1 и Д2, ДЗ и Д4, Д5 и Д6 вместе с резисторами R1, R2 и R3 образуют три логические схемы Я; диоды Д7, Д8 и Д9 — логическую схему ИЛИ. Эти диоды одновременно обеспечивают исключение взаимного влияния входов. На транзисторах 77, Т2 со­ бран переключатель тока. На транзисторах ТЗ и Т4 выполнены эмиттерные повторители, способствующие повышению нагрузочной способности элемента и обеспечивающие потенциальное согласова­ ние выходных и входных напряжений. Схемы переключателя тока и эмиттерных повторителей ничем не отличаются от рассмотренных ранее. Опорное напряжение может задаваться известными способами с помощью резистивного делителя или с помощью эмиттерного по­ вторителя уровня напряжения, снимаемого с резистивного делителя (рис. 1.2). На рис. 1.23 показаны источник напряжения Еi, питаю­ щий входные диодные цепи, и источник Ег, питающий коллекторные цепи транзисторов. Входная цепь элемента может иметь дополни­ тельный источник питания, подключенный к R4.

При проведении анализа МЭ типа ПТРЛ получены необходимые аналитические соотношения для статическо­ го и динамического режимов переключателя тока относи­ тельно напряжения пги, действующего непосредственно на базе транзистора Т1, поэтому нет надобности повто-

52

рять их, так как подключение диодных схем ко входу переключателя тока не вносит принципиальных измене­ ний в физические процессы, происходящие в нем.

Транзисторная часть схемы является разделительной между входной диодной цепью и нагрузкой. Примене­ ние змиттерных повторителей.исключает влияние нагруз­ ки на физические процессы, происходящие в диодных логических цепях. Это обстоятельство позволяет огра­ ничиться анализом диодной части схемы с учетом влия­ ния входной цепи переключателя тока. Общие же для элемента результаты можно получить с учетом метода, изложенного ранее, и приведенных выше соотношений Для переключателя тока.

Если к тому же учесть, что мажоритарная логика реализуется с помощью диодной части элемента, то схе­ му, подлежащую анализу, можно упростить, заменив пе­ реключатель тока элементом, учитывающим входную ха­ рактеристику t6= f(«6i) и входной емкостью переключа- Тбля тока Сих = 3,14СК1+1,42Сз0 (рис. 1.24). Напряжение «ги должно принимать два значения:

W6fn= = Won Имакс/2 И 11б1п = = Won4* Имакс/2.

Анализ статического режима

Анализ статического режима мажоритарного элемен­ та с учетом сделанных замечаний сводится к анализу диодного элемента, схема которого приведена на рис. 1.24. При анализе статического режима диодно-транзистор­ ных элементов обычно применяют два метода: использу­ ют нелинейную модель диода и транзистора или кусочнолинейную аппроксимацию вольт-амперных характеристик

Рис. 1.24. Схема входной цепи МЭ типа ПТДЛ.

53

диода и транзистора. Второй метод дает менее точные результаты по сравнению с первым, однако он позволяет получить их путем более простых вычислений. Аналити­ ческие выражения, полученные этим методом, проще, и их легче использовать для расчета и оценки параметров элементов. Для того чтобы выбрать методы анализа ди­ одной схемы, нужно хотя бы качественно оцепить требо­ вания к диодам и определить режим их работы в эле­ менте.

Анализ требований к диодам с учетом особенностей режима их работы в диодно-транзисторных элементах детально проведен в работах [1 и 2]. Основные результа­ ты этого анализа сводятся к следующему. Желательно, чтобы все диоды имели малое значение паразитной ем­ кости и крутую прямую ветвь вольт-амперной характе­ ристики. Входные диоды (в нашем случае Д1—Д6) дол­ жны иметь малое время восстановления обратного со­ противления, т. е. обладать малой длительностью процес­ са рассасывания заряда, накопленного в базовой области диода. Это позволяет уменьшить динамическую нагрузку на управляющие элементы. Входные диоды должны иметь малое падение напряжения в прямом направлении и достаточно большое напряжение пробоя.

Диоды смещения (в нашем случае это диоды Д7—Д9, образующие схему ИЛИ) должны иметь большое паде­ ние напряжения о прямом направлении, что способству­ ет повышению помехозащищенности элемента, и обла­ дать сравнительно большим временем восстановления обратного сопротивления (желательно использовать дио­ ды с накоплением заряда) и сравнительно большой барь­ ерной емкостью. Это способствует повышению скорости рассасывания неосновных носителей в базе насыщающе­ гося транзистора и сокращает время переключения. При сочетании диодной логики с переключателем тока требования к диодам, вытекающие из особенностей их работы в ДТЛ-элементах, не могут быть приняты без изменений. Во-первых, следует учесть, что в переключа­ телях тока режим насыщения транзисторов по допуска­ ется; во-вторых, элементы на переключателях тока управ­ ляются малыми перепадами напряжений, что эффектив­ но используется для повышения быстродействия элемен­ тов. Желательно эти особенности работы и положитель­ ные эффекты, обусловленные ими, использовать и в эле' ментах типа ПТДЛ,

54

Ток базы г'б транзистора 77 в рабочем диапазоне На­ пряжений «01 ограничивается лишь за счет общего эмнттерного тока транзисторов 77 л '72. Режим насыщения транзистора 77 не допускается. Поэтому переключатель тока не фиксирует верхний уровень ыгн, как это происхо­ дит в ДТЛ-злементах. Для того чтобы напряжение hgi не выходило за пределы, соответствующие условиям предотвращения насыщения транзистора 77 (1.20), не­ обходимо ограничить верхнее значение этого напряжения соответствующим выбором режима работы диодов и фиксацией верхних значений входных напряжений. По­ этому в рассматриваемом мажоритарном элементе не­ применим такой режим входных диодов, при котором эти диоды закрываются во время действия высоких уровней напряжения на всех входах элемента. С помощью дио­ дов смещения Д7, Д8 и Д9, выполняющих операцию ИЛИ, необходимо обеспечить передачу уровней напря­ жения ui, «2 и и3. Для этого диоды должны быть откры­ ты или все, в случае если все напряжения, действующие па их анодах, имеют низкий уровень, или только те, к анодам которых приложено напряжение высокого уров­ ня. Значит,- точки 1, 2 и 3 схемы, представленной на рис. 1.24, всегда связаны со входами элементов через открытые входные диоды и одна или все эти точки свя­ заны с базой транзистора 77 через открытые диоды схе­ мы ИЛИ.

Вследствие малых размахов выходных, а значит и входных, напряжений и непосредственной связи но на­ пряжению входа переключателя тока со входами МЭ нельзя использовать для анализа простой и наглядный метод кусочно-линейной аппроксимации вольт-амперпых характеристик диодов. Поэтому в дальнейшем для полу­ чения основных соотношений используется аппроксима­ ция вольт-амперпых характеристик диодов экспоненци­ альной функцией, а там, где понадобятся лишь прибли­ женные оценки, будет применяться метод более упро­ щенного представления характеристик диодов. При полу­ чении аналитических соотношений будем считать, что ток диода задается выражением

и в .предыдущем параграфе.

55

Для анализа статического режима примем следующие допущения: будем считать диоды Д1—Д6 идентичными друг другу по своим характеристикам, диоды Д7—Д9 тоже будем считать идентичными. Токи проводимости первой группы диодов обозначим /si, а токи проводимо­ сти диодов второй группы — Is7- Кроме того, положим, что выполнены все условия, необходимые для правиль-

Рис. 1.25. Упрощенная схема входной цепи МЭ, используемая для анализа статического режима.

иого функционирования транзисторной части элемента, а величины токов и напряжений — соответствуют полу­ ченным в § 1.2 соотношениям. В ряде случаев при ана­ лизе схемы, представленной на рис. 1.24, будем заменять ее одним элементом (рис. 1.25), стремясь сохранить общность аналитических выкладок. Погрешность, вноси­

мая такой заменой, будет учитываться.

Пусть на всех входах действуют низкие уровни на­

56