Реализация логических элементов

Импульсные и цифровые устройства.

Лекция № 14.

Рис.14.1

Когда транзистор работает в ключевом режиме, он имеет два устойчивых состояния – 0 и 1 или отсечка и насыщение.

Элементарная схема транзисторного ключа.

Рис.14.2

В режиме отсечки оба перехода закрыты.

I_к = - I_ко – обратный ток коллекторного перехода

I_к = I_ко; U_кэ = E_к – I_коR_к ; I_коR_к = 0; U_кэ = E_к.

Рис.14.3

В режиме насыщения: импульс должен быть достаточной величины, при этом входное напряжение должно быть большим, чтобы входной ток I_б > I_бн.

При I_б > I_бн открывается коллекторный переход, U_кб < 0.

Рис.14.4

Остаточное напряжение U_ост в режиме насыщения небольшое.

=;

Распределение зарядов в режиме насыщения.

Рис.14.5

Глубина насыщения: N = (2-4).

Картина переходных процессов в транзисторе при переключении:

Рис.14.6

t_ср⁺ - происходит перезаряд дифференциальных и барьерных емкостей (положительный фронт выходного сигнала).

После t_имп на выходе протекает ток I_кн – это время рассасывания (t_р).

t_ср^- - закрывается переход.

Передние и задние фронты изменяются, если увеличить глубину насыщения, с увеличением N увеличивается t_р, поскольку в базе накапливается больше зарядов.

Технология Шоттки (ТТЛШ).

Противоречие между фронтами и временем рассасывания:

1) делают большую глубину насыщения, то есть уменьшаются фронты

Рис.14.7

Не дает коллекторному переходу открыться полностью, t_р стремится к нулю.

Логические интегральные схемы.

Логические схемы – самые распространенные интегральные схемы.

Рис.14.8

Рис.14.9

Рис.14.10

Рис.14.11

Рис.14.12

Для реализации логических элементов имеется ряд схем, которые отличаются по потребной мощности, по напряжению питания, значениями высокого и низкого выходного напряжения, временем задержки распределения, нагрузочной способностью.

ТТЛ и МДП – логические микросхемы.

ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика (на биполярных транзисторах).

ТТЛШ - транзисторно-транзисторная логика на диодах Шоттки.

МДП – металл – диэлектрик – полупроводник.

ТТЛ на биполярных транзисторах.

К155ЛА2, где

155 –серия;

ЛА – тип элемента;

2 – номер внутри серии;

К – кремниевый.

Схема с простым инвертором на выходе (многоэмиттерный транзистор):

Рис.14.13

Пусть на входе 1, тогда все эмиттерные переходы закрыты, а коллекторный переход открыт – инверсный режим.

I_б2>I_бн – транзистор VT2 открыт и насыщен.

На выходе низкий уровень напряжения.

Предположим, что хотя б на одном входе сигнал 0, или на всех. В этом случае ток протекает через открывшийся эмиттерный переход (ответляется) и не попадает в цепь базы транзистора. I_б2 0.

Транзистор VT2 закрывается, на выходе получается высокий уровень сигнала.

Основные параметры логических микросхем (характеристики и параметры)

Характеристики:

Передаточная характеристика:

Рис.14.14

уровень высокого напряжения

остаточное напряжение на транзисторе

U_пор – пороговое напряжение

U_пор=- U_ост ;

Помехоустойчивость.

Разница U_пор- определяет помехоустойчивость при переключении из 0 в 1.

= U_пор-=- U_ост-;

= - U^*-U_ост .

Для увеличении помехоустойчивости надо снижать остаточное напряжение.

N=1,5 2;

Схема с простым инвертором имеет не большое значение помехоустойчивости U_п=0,3 0,4 В.

3) Коэффициент разветвления по выходу.

Показывает сколько входов ТТЛ можно подключить на выход инвертора.

Дата добавления: 2014-01-06