Базовые схемы логических элементов

Диодно-транзисторная логика построена на основе диодов и транзисторов. В основу входят базовые логические элементы, схемные решения которых одинаковы для всей системы. На рисунке показан элемент 3И-Не. Схема И реализована на диодах, инвертирование—на транзисторе VT. Если на входах Х1…Х3 единицы, на базе транзистора –единица, транзистор в насыщении, на выходе –напряжение отпертого транзистора, т.е. не более 0,4 В—логическая единица. Для увеличения быстродействия нужно уменьшить степень насыщения транзистора, что достигается введением диода VD6. При подаче на любой из входов нуля напряжение в точке а становится равным падению напряжения на открытом диоде. Этого может оказаться недостаточно для запирания транзистора. Для большего уменьшения напряжения базы введено два диода VD4 и VD5( диоды смещения ). Иногда на вход транзистора подается отрицательное относительно эмиттера напряжение смещения через резистор R2.

Если источник отрицательного смещения отсутствует, резистор R2 подключается к эмиттеру. Транзистор при нуле на входе микросхемы может оказаться не в режиме отсечки, а в активном режиме при малом токе коллектора. Это увеличивает быстродействие, но уменьшает надежность и увеличивает потребление. Для повышения нагрузочной способности применяют сложный инвертор.

ДТЛ имеет большие недостатки (большое выходное сопротивление в закрытом состоянии транзистора, малая нагрузочная способность) и практически мало где применяется.

В ТТЛ (транзисторно-транзисторной логике), как правило, применяется сложный инвертор и многоэмиттерный транзистор вместо диодов. ТТЛ компактнее ДТЛ, имеют более высокое быстродействие, надежность, нагрузочную способность, помехозащищенность, потребляют значительно меньшую мощность.

В показанном на схеме многоэмиттерном транзисторе VT1 роль входных диодов играют эмиттерные переходы, а коллекторный диод—роль диода смещения. Сложный инвертор выполнен на транзисторах VT2…VT4.

При Х1=Х2=Х3=1 все эмиттерные переходы смещены в обратном направлении. Напряжение на коллектор подается через базу транзистора VT2. Коллекторный переход транзистора VT1 открыт, и положительное напряжение подается на базу VT2; через базу VT2 протекает ток. VT2 открывается и переходит в состояние насыщения.

При нулевом состоянии любого из входов переход этого входа открывается, через сопротивление R1 и базу протекает ток, напряжение на базе транзистора VT2 становится близким к нулю, ток базы транзистора так же становится близким к нулю, транзистор VT2 закрывается.

На выходе микросхемы напряжение формируется сложным инвертором, работа которого описана ниже.

Когда транзистор VT2 закрыт на базу транзистора VT3 подается высокое, а на базу транзистора VT4— низкое напряжение. Транзистор VT4 закрывается. При закрытом состоянии транзистора VT2 на базу транзистора VT3подается напряжение, почти равное напряжению источника питания. Транзистор откроется, даже если нагрузка микросхемы имеет довольно большое сопротивление. На выход будет подана логическая единица.

Когда транзистор VT2 открыт, на базу VT3 подается достаточно низкое напряжение, VT3 закрывается. При этом VT4 открывается, так как на его базу подается достаточно высокое напряжение. Коллекторное напряжение поступает на транзистор с нагрузки. На нагрузку поступает нулевое напряжение.

Из рассмотрения схемы видно, что выходное напряжение не может быть равным нулю (логический ноль) или напряжению источника питания (логическая единица). Значит, сопротивления R1…R4 должны быть рассчитаны так, что выходные напряжения в наихудших ситуациях не должны выходить за указанные ранее допуски.

Промышленность. выпускаются следующие серии ТТЛ.

133, 155 (SN74) –общего применения, стандартные;

1533—пониженного потребления;

130, 131—высокого быстродействия;

134 –микромощные;

530,531 –с диодами Шоттки;

555 – микромощные с диодами Шоттки.

Основу ЭСЛ составляют устройства на переключателях тока со связанными эмиттерами (VT2—VT3). В эмиттерной цепи обоих транзисторов установлен генератор тока, роль которого может играть сопротивление большого номинала. Назначение генератора тока заключается в том, что независимо от того, какой из транзисторов включен, или включены оба, ток определяется только генератором тока. На схеме показан базовый логический элемент ИЛИ.

На транзисторы VT1 и VT2, включенные параллельно, подаются входные сигналы Х1 и Х2. Единица на одном из входов (или на обоих) открывает соответствующий транзистор и на выход Y1 подается напряжение, соответствующее нулю. Параллельно включенные транзисторы создают схему ИЛИ. По сопротивлению R5 протекает ток, определяемый этим сопротивлением. Сопротивление R5 выбрано настолько большим, что ток, протекающий по нему, не зависит от того, сколько транзисторов включено одновременно (схема может иметь больше двух входов). В этом заключается роль генератора тока: падение напряжения на сопротивлении R5 не зависит от числа открытых входов. Как только открывается один (или несколько) из транзисторов, напряжение эмиттера транзистора VT3 поднимается на строго определенную величину. Транзистор VT3 используется для того, чтобы создать на выходе сигнал Y2, инверсный Y1. На базу транзистора VT3 подается опорное напряжение, которое создается элементами VT4, VD1, VD2, сопротивлениями R6…R8.

Когда транзисторы группы VT1 открыты, на эмиттере транзистора VT3 напряжение равно произведению тока в сопротивлении R5 на номинал этого сопротивления. Чтобы транзистор VT3 был закрыт, напряжение на базе транзистора (опорное напряжение) должно быть ниже, чем на эмиттере (например, если падение напряжения на сопротивлении равно 2,5 В, а на базе транзистора напряжение равно 2В, транзистор будет уверенно закрыт). Если же все транзисторы группы VT1 закрыты, падение напряженияна сопротивлении R5 мало и те же 2В на базе уверенно откроют транзистор. Когда транзистор VT3 открыт, по нему протекает ток, который создает падение напряжения на сопротивлении R5, которое должно быть меньше опорного напряжения. Такое состояние достигается подбором сопротивления R4. От соотношения сопротивлений R4 и R3 зависит устойчивость состояний ЭСЛ.

Сигналы Y1 и Y2 подаются на выходные усилители, в качестве которых обычно используются эмиттерные повторители, которые создают большую нагрузочную способность, малое выходное сопротивление и величину сигнала, совместимую с логическими элементами данной серии.

Микросхемы ЭСЛ имеют высокое быстродействие, сравнительно низкую стоимость, высокую помехоустойчивость, стабильность параметров при изменении температуры и напряжения питания. Недостатком является высокая потребляемая мощность. Область применения—высокопроизводительные и быстродействующие устройства вычислительной техники

Поиск по сайту: