Инвертор

В отличие от эмиттерного повторителя, инвертор организует логическую функцию НЕ и нагрузка находится в цепи коллектора.

Инвертор

Работа инвертора. При подаче сигнала на вход инвертора в зависимости от полярности и от уровня сигнала транзистор может находиться в 3 режимах работы:

1. Насыщение (переход R_кэ почти в 0). При этом U_вых100...600 мВ.

2. Отсечки (в этом случае ключ разомкнут и R_кэ, I_ко=0,1мА).

3. Усиление (усиление по мощности). Допустим, сигнал на входе инвертора отсутствует транзистор закрыт и U_вых=U_k =U_пит.. При подаче сигнала на вход транзистор из режима отсечки переходит в режим насыщения.

Режимы работы инвертора

Если на вход подать сигнал с низким уровнем, то на выходе получим высокий уровень, так как инвертор увеличивает сигнал по мощности, а не по напряжению.

Если же на входе высокий уровень сигнала, то это обеспечивается подачей тока обратной полярности напряжения питания или напряжения подачи на базу. В этом случае открывается переход коллектор-эмиттер и на выходе формируется выходной сигнал низкого уровня. Таким образом, транзистор в схеме инвертора находится либо во включенном, либо в выключенном состоянии быстродействующей схемы, зависит от времени включения-выключения и от степени насыщенности транзистора.

U_вых= U_пит -U_k

2. В процессе совершенствования схемотехники ЭВМ выделилось несколько типов логических схем, имеющих достаточно хорошие значения параметров и удобных для реализации в интегральном исполнении. Отличительной чертой этой группы интегральных микросхем (ИС) является наличие связи по постоянному току между входами и выходами и возможность работы в асинхронном режиме. Такие схемы получили название потенциальные. У таких ИС нет ограничений по нижней частоте сигнала, что обеспечивает большие удобства и простоту их использования для построения разнообразных устройств вычислительной техники (ВТ).

Потенциальные схемы (ПС) в настоящее время составляют основу системы изделий микроэлектроники для ВТ. Основные требования к подобным ИС:

• функциональная и техническая простота;

• единство конструктивного оформления,

• унификация сигналов и напряжений питания;

• технологичность изготовления.

Схемотехническая реализация ИС потенциального типа осуществляется на основе ряда типовых базовых схемотехнических решений выполнения функций Шеффера и стрелка Пирса И-НЕ, ИЛИ-НЕ, а также трехступенчатых функций И-ИЛИ-НЕ, ИЛИ-И-НЕ.

Потенциальные схемы ЭВМ представлены наиболее массовыми сериями ИС (133, 155, 555, 530, 564, 500, 100 и др.), выполненными по планарно-эпитаксиальной технологии в едином кристалле кремния.

При реализации устройств ЭВМ в цифровой ИС можно выделять ступени, выполняющие логические функции, а также отдельные цепи, осуществляющие связи между логическими ступенями и схемами. При организации связей часто используется отдельные схемы для усиления и формирования сигналов.

Транзисторная логика(самостоятельная работа)

Транзисторная логика (ТЛ)- тип схемотехники в потенциальных схемах, где для усиления, формирования сигналов и для реализации логических функций используются транзисторные схемы. Связи в схемах, а также между схемами могут быть пассивными и активными.

К пассивным связям относятся:

1. Непосредственная связь - гальваническое соединение двух точек. Это основной тип связи между элементами и схемами.

Непосредственная связь

Недостатки: слабая помехозащищенность.

2. Резисторная связь - ограничивает ток, повышает помехоустойчивость, но при этом снижает быстродействие.

Резисторная связь

3. Резисторно-конденсаторная связь - несколько увеличивает быстродействие за счет параллельно подключенной резисторной емкости.

4. Диодная связь - обеспечивает развязку электрических цепей, увеличивает помехоустойчивость и пороговое свойство.

Диодная связь

Активная связь применяется для соединений между схемами и реализуется использованием либо эмиттерных повторителей, либо парофазных усилителей на выходах.

5. Эмиттерные повторители обеспечивают усиление сигнала по мощности и высокое быстродействие, а также позволяют объединить выходы нескольких схем, реализуя монтажные схемы ИЛИ/И.

Активная связь, используемая эмиттерными повторителями

6. Парофазные усилители на выходах микросхем обеспечивают усиление сигналов обоих полярностей и быстрый перезаряд емкостей нагрузки.

Активная связь, используемая парофазными усилителями

Подобная связь используется очень широко, т. к. увеличивает коэффициент разветвления по выходу и быстродействие схем.

Простые термы: .

Минитермы – конъюкция n переменных; имеет следующий вид записи:

.

Макстерм определяется как инверсия минитерм:

.

ЛЕКЦИЯ №10

СХЕМОТЕХНИКА ТРАНЗИСТОРНО-ТРАНЗИСТОРНЙ ЛОГИКИ (ТТЛ)

Транзисторные схемы с общей нагрузкой

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

При работе нескольких инверторов на общую нагрузку реализуемая логическая функция называется монтажной. Ниже приведена трехходовая схема транзисторной логики на основе трех инверторов, подсоединенных к общей коллекторной нагрузке.

На входы Х₁-Х₃ могут поступать логические функции. На вход могут быть также подключены блоки входной логики (БЛ), а на выходе - использование усилителя-формирователя (УФ).

Транзисторная схема с общей нагрузкой

Работа схемы И-НЕ, ИЛИ-НЕ описывается таблицей уровней. Здесь нижний уровень обозначен “0”, а верхний - ”1”.

X1	X2	X3	Y
0	0	0	1
0	0	1	0
0	1	0	0
0	1	1	0
1	0	0	0
1	0	1	0
1	1	0	0
1	1	1	0

Это таблица положительной логики, когда схема реализует функцию И для инверсных сигналов, или функцию ИЛИ-НЕ для входных аргументов Х₁-Х₃.

_.

При отрицательной логике, т. е. верхний уровень “0”, а нижний “1” схема реализует функцию И-НЕ для аргументов Х₁-Х₃, или функцию ИЛИ для инверсных сигналов на выходах транзисторов.

_.

Тогда, каждая транзисторная схема в зависимости от кодировки уровней может выполнять два набора функций. При смене логики и логической функции операторы И меняются на операторы ИЛИ и наоборот. При этом каждая логическая схема в зависимости от принятой логики работы может иметь 2 условных графических обозначения ИЛИ-НЕ, И-НЕ (см. выше).

Ниже приведены два варианта реализации логических функций для обобщенных схем, работающих на общую нагрузку, подсоединенную к источнику питания U_пит . При этом тип транзистора и полярность источников питания не имеют значения.

Варианты реализации логических функций

На рис. 8.4 показаны два варианта реализации логических функций, когда транзисторные параллельные и последовательные сборки работают на нагрузку, подсоединенную к общей точке.

Логические функции схем:

Y_1ол=  … Y_1пл=  …

Y_2ол=  … Y_2пл=  …

_{Y3ол=X1X2…Xn Y3пл=X1X2…Xn}

_{Y4ол=X1X2…Xn Y4пл=X1X2…Xn}

Блоки входной логики (БЛ) могут быть выполнены на диодных логических схемах или многоэмиттерных транзисторах. Если построить таблицу уровней для диодной схемы, учитывая, что R_вых схем значительно больше R₀ источников входных сигналов, то закодировав таблицу уровней 1 и 0, получим на выходе диодной схемы функции И/ИЛИ.

Точно такие же функции в зависимости от положительной или отрицательной логики выполняются на коллекторном выходе многоэмиттерного транзистора, у которого переходы база-эмиттер выполняют функцию диодов.

Применение многоэмиттерного транзистора (МЭТ) вместо диодной сборки повышает быстродействие схемы, т. к. МЭТ работает при высоких уровнях на всех входах в режиме инверсного включения, а при появлении низких уровней на входах в режиме нормального включения обеспечивает быстрый перезаряд емкостей нагрузки.

Использование входной логики на диодной схеме или МЭТ расширяет логические возможности транзисторной логики.

Рассмотрим несколько базовых схем ДТЛ и ТТЛ.

Диодная схема И/ИЛИ и МЭТ

В качестве входной логики могут быть использованы следующие схемы (ДЛ и МЭТ).

Диодная схема И/ИЛИ на входе, подсоединенная к инвертору через цепочку из двух последовательных диодов (см. рис. 8.4) обеспечивает логическую функцию И-НЕ/ИЛИ-НЕ для положительной и отрицательной логики при наличии одного транзистора в схеме.

Базовый элемент ДТЛ

Данная схема является базовым элементом ДТЛ, применяемой в цифровых устройствах, где требуется повышенная помехоустойчивость. Это достигается диодами в цепи входной связи, и за счет выбора ВАХ диодов помехоустойчивость может быть повышена до нескольких вольт. Подобные ИС применяются в цифровой технике, обслуживающей СЧПУ и работающей в условиях повышенных помех.