Система элементов ЭСЛ

Система элементов ЭСЛ (Рис.1.08) основана на использовании дифференциального усилителя в режиме переключения тока, появилась в 1967г., является самой быстродействующей среди полупроводников на основе кремния, применяется в больших ЭВМ.

Задержки распространения – до 1 нс. Быстродействие достигается за счет использования ненасыщенного режима работы транзисторов и малых амплитуд сигналов (около 0.8 В). Элементы имеют парафазные выходы, что позволяет получать сразу прямое и инверсное значение реализуемой функции, что снижает количество микросхем в аппаратуре.

Основой базового логического элемента ЭСЛ является токовый ключ, схема которого приведена на Рис.1.08 а).

Ключ выполняется на двух транзисторах VT1 и VT2. На базу одного из них, например VT2, подается некоторое постоянное опорное напряжение -Uоп<0. Изменение напряжения, подаваемого на вход Хо, ниже или выше –Uоп приводит к перераспределению постоянного тока Iэ, заданного токостабилизирующим резистором R3, между VT1 и VT2. При этом транзисторы не попадают в режим насыщения и, следовательно, в ключе принципиально отсутствует интервал времени рассасывания неосновных носителей. Отсюда и высокое быстродействие ключа.

Небольшой логический перепад (0.8 В) обеспечивается малыми значениями R1 и R2, что дает небольшое падение напряжения на них.

На основе такого ключа построен базовый элемент ЭСЛ 2ИЛИ-НЕ серии 500, схема которого приведена на Рис.1.08 б).

Здесь в ключе VT1 заменен двумя параллельно включенными транзисторами VT1 и VT2 (их может быть несколько).

Схему можно разделить на 3 части:

1. Транзисторы VT1, VT2 и VT3, резисторы R1, R2, R3, R7 и R8 образуют токовый ключ.

2. Параметрический стабилизатор на элементах R5, VD1, VD2, R6 и эммитерный повторитель VT4 и R4 образуют источник опорного напряжения -Uоп<0.

3. Выходные эммитерные повторители VT5 и VT6 с открытыми эммитерами, нагрузка на которые подключается вне микросхем.

Работа базового элемента ЭСЛ 2ИЛИ-НЕ.

При отсутствии сигналов Х1 и Х2 на базы VT1 и VT2 через R7 и R8 подается напряжение –Uп, поэтому VT1 и VT2 будут закрыты и весь ток Iэ протекает через R2 и VT3, на базу которого подается напряжение –Uоп (1.3 В).

Поскольку VT1 и VT2 закрыты, через R1 протекает небольшой базовый ток транзистора VT5, и следовательно на его выходе У1 будет напряжение низкого уровня (-0.9 В). Выход У1 называют инверсным.

Через R2 протекают токи Iэ и базовый ток VT6, создавая падение напряжения на R2, которое управляет VT6, поэтому на его выходе У0 появляется высокий уровень (-1.7 В). Выход У0 называют инверсным.

Если хотя ба на один из входов Х1, и Х2 (или на оба) подано напряжение, превышающее –Uоп, соответствующий транзистор (VT1 или VT2, или оба одновременно) перейдет в активный режим, его ток будет равен Iэ, что приведет к смене уровней на выходах У0 и У1 на противоположные.

Из сказанного следует, что схема реализует две функции:

У0=Х1˅Х2 и У1=

ИЛИ ИЛИ-НЕ

Функциональные возможности базового элемента ЭСЛ могут быть расширены:

1. При объединении выходов У0 и У1 элемента на общую нагрузку RL (Рис.1.08) получаем функцию:

Z= У0˅У1=.

2. При объединении выходов двух элементов:

Z1=(Х1˅Х2)˅(Х3˅Х4) – ИЛИ

Z2=()˅()=

(

– ИЛИ-И-НЕ

3. Построение многоярусных переключателей расширяет возможности построения различных логических элементов, например, дешифраторов, триггеров, счетчиков и т.д.

Основные особенности и характеристики элементов ЭСЛ.

1. Возможность объединения нескольких элементов по выходу для получения новых функций.

2. Допускают низкоомную нагрузку благодаря выходным эмиттерным повторителям.

3. Величина потребляемой мощности не зависит от частоты переключения.

4. Обладают стабильностью динамических параметров при изменении температуры и напряжения питания.

5. Использование отрицательного источника питания и заземление коллекторных цепей уменьшает зависимость выходного сигнала от помех в шинах питания.

6. Резисторы R7 и R8 при отсутствии сигналов Х1 и Х2 обеспечивают закрытое состояние VT1 и VT2, поэтому неиспользуемые входы Х1, Х2 в микросхеме-сборке можно оставлять свободными.

7. Основной недостаток ЭСЛ: сложность схем элементов, значительное потребление мощности и трудность согласования со схемами ТТЛ.

8. Выпускаемые серии ЭСЛ: 100, 137, 187, 223, 700, 500, 1500 – последние две имеют высокие технико-экономические показатели, например, быстродействие серии 1500 достигает 0.75 нс.

Дата добавления: 2014-01-05