Тема 4. Схемотехніка базових структур ттл, ттлш та кмон § 4.1. Спрощена схема базового елемент ттл, логічні елементи з відкритим колектором

Базовий елемент ТТЛ, ТТЛШ – це найпpостiший елемент, на основi якого будуються бiльш складнi стpуктуpи.

Рівні напруг, що стандартні для ТТЛ до цього часу є стандартними для більшості цифрових пристроїв, в тому числі і ЕОМ. Ці рівні: "лог.0" – напруга від 0 до 0,4 В; "лог.1" напруга від 2,4 до 5 В.

Схема спpощеного базового елемента ТТЛ

Схема включає два каскади: вихідний та вхідний. Вихідний каскад зібрано за схемою зі спільним емітером на основі біполярного транзистора VT2. Він працює в ключовому режимі, тобто VT2 знаходиться чи в режимі відсічки, коли струм бази VT2 ( ) відсутній, чи в режимі насичення, коли більший він необхідного струму бази насичення. Вихід каскаду є виходом елемента, тобто напруга між колектором та емітером VT2 є вихідною. Коли VT2 знаходиться в режимі насичення, вихідна напруга близька до нуля, коли в режимі відсічки – близька до .

Струм бази VT2 ( ) формується вхідним каскадом на основі багатоемітерного транзистора (БЕТ) VT1, структура якого розроблена при створені технології ТТЛ. VT1 увімкнуто за схемою зі спільною базою, тобто емітери VT1 є входами елемента, а його колектор – виходом. Кожний з емітерів БЕТ утворює з базою власний p - n перехід, тому вітки, що приєднані до різних емітерів електрично не з’єднується між собою ні при яких потенціалах на них. Число емітерів дорівнює необхідному числу входів майбутнього елемента ТТЛ і в серійних МС може бути від 2 до 8.

Аналіз роботи схеми почнемо з випадку, коли на обидва входи подано напругу “лог.1”. Стандартною напругою живлення ТТЛ є 5В, тобто діапазон можливих вхідних напруг “лог.1” включає напругу . Тому, для наглядності входи просто з'єднаємо з шиною .

При використаному в схемі увімкнені, потенціали колектора та емітерів VT1 завжди будуть нижчими від потенціалу його бази, тому до його база - колекторного та база - емітерних p - n переходів будуть прикладені напруги в прямому напрямку. З курсу фізики відомо, що для відкривання p - n переходу на основі кремнію потрібна напруга 0,6 В і величина цієї напруги практично не залежить від величини струму через p - n перехід.

В замкнутому контурі:  R1  база - емітерні пеpеходи VT1 струм протікати не буде, так як немає різниці потенціалів для відкривання цих p - n переходів. Натомість по вітці:  R1  база - колекторний пеpехід VT1  p - n пеpехід база - емітер VT2  GND буде протікати струм. Величина цього струму визначається величиною резистора R1, яка вибрана таким чином, щоб VT2 перейшов в стан насичення. U_ВИХ = U_КЕ2  0, що відповідає напрузі «лог.0».

Від’єднаємо входи - емітери VT1 від . Це ніяк не вплине на стан схеми.

Висновки: 1) входи ТТЛ можна залишати неприєднаними; 2) неприєднання входу рівнозначно подачі на нього «лог.1».

Подамо на один з входiв, напpиклад , напругу "лог.0". Для наглядності з’єднаємо цей вхід з шиною GND. По вітці:  R1  база – VT1 почне протікати струм , причому цей струм буде мати напрямок від емітера до GND. Величина струму визначається номіналом R1, а він вибраний раніше, з умови переведення VT2 в насичення. Потенціал точки стане приблизно рівним 0,6 В, що недостатньо для відкривання двох послідовно з'єднаних p - n переходів: база-колектор VT1 та база-емітер VT2, тому стpум I_К1 = I_Б2 практично відсутній. Тpанзистоp VT2 перейде в режим відсічки, а напруга U_ВИХ стане близькою до , що відповідає напрузі «лог.1».

Вибір входу довільний, тому очевидно, що коли з GND з’єднати інший вхід - емітер або обидва, "лог.1" на виході залишиться. Причому, сумарний струм обох емітерів, що визначається номіналом R1, залишиться попередньої величини.

Висновок: з'єднання декількох входів одного елемента між собою не призводить до зростання вхідного струму.

Проаналізувавши розглянуте, ми бачимо, що тільки подача на всі входи напруги "лог.1" призводить до появи напруги "лог.0" на виході. При всіх інших комбінаціях рівнів на входах – на виході "лог.1", тобто базовий елемент реалізує функцію логічне множення з запереченням (штрих Шефера).

Елемент називається 2ТА-НІ, де 2 – кількість входів.

Як ми з'ясували, активним для ТТЛ є рівень "лог.0", тому розглянемо докладніше як його забезпечити. Для цього один з емітерів VT1 з'єднаємо з GND не безпосередньо, а через резистор . Потенціал бази VT1 відносно GND буде: = U_ВХ1 + 0,6 = . Якщо збільшувати величину , то наступить такий момент, коли стане більшим за 1,2 В, тобто достатнім для відкривання двох послідовно з'єднаних p - n переходів і VT2 почне відкриватись, тобто вийде з ключового режиму, що недопустимо.

Висновок: рівень "лог.0" досягається наявністю між відповідним входом та GND опору, величина якого обмежена.