Базовый элемент И-НЕ ТТЛ

Потенциальная система элементов ТТЛ.

Схема базового элемента представлена на Рис. 1.1.

Схема содержит 3 основных каскада:

1.Входной каскад, реализующий функцию И(транзистор VT1 и резистор R1).

2.Фазоинверсный каскад (транзистор VT2 и резисторы R2, R4) является инвертором, реализующим НЕ, и управляет транзисторами VT3 и VT4.

3.Выходной каскад (VT3, VT4, диод смещения VD и резистор R3) является повторителем и усилителем выходного сигнала.

Работа элемента:

Рис. 1.1 а). При значении хотя бы одного из входов X1 или X2 равным «0»,напряжение на коллекторе VT1 (т. а) окажется низким, равным логическому «0», поэтому транзистор VT2 закрывается и на его коллекторе (т. б) окажется высокое напряжение, равное логической «1», которое откроет транзистор VT3, а напряжением на его эммитере закроет транзистор VT4.

Таким образом на выходе элемента (т. в) будет высокий уровень напряжения, соответствующий логической «1».

При значении входных Х1 и Х2 равным «1», то есть высокому уровню сигналов, VT1 закрывается, на его коллекторе (т. а) появится высокое напряжение (реализуется И), которое откроет транзистор VT2, на коллекторе которого (т. б) окажется низкое напряжение (лог. «0», реализуется НЕ), которое в свою очередь закроет VT3, а напряжением на эммитере VT2 откроет VT4, поэтому на выходе элемента (т. в) появится «0».

Таким образом элемент выполнит функцию И-НЕ, то есть реализует равенство У=(штрих Шеффера).

Рис. 1.1 б). На ряду с рассмотренными элементами выпускаются и расширители по ИЛИ.

Его присоединение элементу точками К’ к К и Э’ к Э дает элемент, реализующий функцию У=v → И-ИЛИ-НЕ.

Замечания.

1. Временная диаграмма работы элемента И-НЕ приведена на рис. 1.02.

2. Теоретически число входов (Х1, Х2, … Хn) элемента И-НЕ может быть неограниченным, практически их выполняют не более 8, так как дальнейшее увеличение их ухудшает динамические характеристики элемента.

3. Схемная реализация базового элемента ТТЛ имеет много разновидностей, направленных на улучшение его динамических характеристик.

4. Диоды на входах VT1 (VD1 и VD2) предназначены в частности для защиты элемента от напряжения обратной заданной полярности.

5. Параллельное включение нескольких выходов таких элементов недопустимо, так как при реализации функции разными элементами возможно короткое замыкание по выходам.

Система обозначений транзисторов и диодов в соответствии с ГОСТ 2.730-73 приведена на рис. 1.03.

Транзисторы МДП еще называют униполярными.

§ 1.2. Система элементов МДП (КМДП).

Схема базового элемента НЕ на МДП-транзисторах представлена на Рис. 1.04 а).

В этой схеме транзистор VT2 используется как нагрузочное сопротивление Rн, что улучшает его динамические (временные) характеристики элемента и упрощает технологию его изготовления.

Недостаток элемента – схема во включенном состоянии потребляет ток, который в статике не нужен. Поэтому гораздо чаще применяются базовые элементы на комплементарных транзисторах (p-типа и n-типа одновременно).

Схема такого базового элемента НЕ приведена на Рис.1.04 б).

При подаче Х1 VT1 открывается, а VT2 – закрывается, и на выходе устанавливается низкий уровень . VT1 служит в качестве нагрузки.

Схема может быть разбита на 3 части:

1. Диодно-резисторный(VD1, VD2 и R1) ограничитель напряжения.

2. Инвертор (VT1 и VT2).

3. Выходная диодная цепь (VD4 и VD5).

Входное сопротивление таких схем достигает 10¹² Ом и при толщине изоляции между затвором (базой) и полупроводником (цепь исток-сток) порядка 60 мкм, пробивное напряжение составляет 120÷200 В.

Потребление такой схемы в статике практически равно нулю, поскольку транзисторы открыты одновременно только во время переключения, в остальное время открыт только один из них.

Это видно из временной диаграммы, приведенной на Рис.1.06.

Статическое напряжение, которое может попасть на вход микросхемы во время ее хранения или монтажа, может пробить вход инвертора. Для предотвращения этого пробоя и является ограничитель на диодах VD1, VD2 и VD3. Выходная цепь(VD4, VD5) накладывает ограничение на использование элемента, которое требует выполнения условия (иначе транзисторы могут быть повреждены) |Uвх-Uвых|<Uсс.

Следовательно такие схемы требуют сначала подать на схему Ucc, а потом сигналы Uвх. Схемы базовых элементов 2ИЛИ-НЕ и 2И-НЕ приведены на Рис.1.07.

Работа элемента 2ИЛИ-НЕ.

При отсутствии сигналов Х1 и Х2 VT3 и VT4 закрыты, а VT1 и VT2 открыты, на выходе У высокий уровень. При поступлении Х1(открывается VT3) или Х2(открывается VT4), или одновременно Х1 и Х2 (VT3 и VT4 открываются) на выходе У устанавливается низкий уровень, то есть реализуется функция У=(примечание: обратить внимание на то, что VT1, VT2 и VT3, VT4 – противоположной проводимости).

Работа элемента 2И-НЕ.

При поступлении Х1 или Х2 на выходе У высокий уровень, так как VT1 или VT2 закрыты, а VT3 или VT4 открыты. При подаче Х1 и Х2 одновременно VT1 и VT2 одновременно открываются, и VT3 и VT4 – закрываются, то есть реализуется функция У=.

Рассматривая базовые элементы на КМДП транзисторах можно сделать выводы:

1). Как и у ТТЛ элементы на КМДП не допускают параллельного включения их выходов во избежание короткого замыкания при выполнении разными элементами различных функций.

2). Элементы на КМДП транзисторах повторяют схемы элементов на МДП транзисторах n и p-типов, при этом: если для реализации заданной функции транзисторы с каналом n-типа включаются последовательно, то парные им транзисторы p-типа включаются параллельно и наоборот.

3). Схемы на КМДП транзисторах в статике ток практически не потребляют, так как благодаря противоположной проводимости транзисторов цепь всегда разорвана.

4). Следует отметить высокую помехоустойчивость КМДП (МДП) элементов: до 40% от напряжения питания.

5). КМДП (МДП) транзисторы более экономичны по сравнению с ТТЛ, но уступают им по быстродействию.

6). В принципе наблюдается закономерность: чем больше потребление элемента, тем более он быстродействующий.

Дата добавления: 2014-01-05