то сигнал на выходе будет иметь вид (рис. 2.3,6).

Инерционность инвертора может быть охарактеризована параметром

t_{з ср}=( t¹⁰+t⁰¹ ) / 2 , который называется - среднее время задержки ло- гического сигнала..Здесь, t¹⁰ и t⁰¹ , определяемые на уровне 0,5 (рис. 2.3,6), - задержка включения и задержка выключения соответст венно. Более подробно длительность каждой стадии переключения инвертора определяется параметрами (рис. 2.3,6):

t_ф - длительность фронта (имеется в виду фронт коллекторного тока);

t_р - время рассасывания избыточного заряда; t_с - длительность среза.

Длительность всех стадий переключения зависит от режимов вклю- чения и выключения. Чем больше величины прямого (включающего) и обратного (выключающего) токов базы, тем меньше длительность ста- дий t_ф и t_c соответственно. Однако с ростом прямого тока в базе накапливается больший избыточный заряд, что ведет к увеличению длительности стадии рассасывания t_р .

Инерционность транзисторов наряду с конечным временем распрост- ранения сигналов по цепям связи обусловливают наличие порога в физическом повышении быстродействия цифровых систем, например, ЭВМ, микропроцессоров и др. Поэтому при разработке технологий из- готовления цифровых интегральных схем (ЦИС), в частности, изыски- вают схемотехнические решения, обеспечивающие повышение быстро- действия. Высокое быстродействие инвертора на биполярном транзис- торе может быть достигнуто, если переключение осуществляется силь- ными токами базы (прямым и обратным) и, кроме того, приняты меры по предотвращению насыщения открытого транзистора. Последнее иск- лючает стадию рассасывания при выключении. Ненасыщенный режим отк- рытого транзистора обеспечивается в схеме инвертора с нелинейной отрицательной обратной связью. Такой способ повышения быстродейст- вия ЦИС применяется в микросхемах с диодами (транзисторами) Шот- тки.

3. Методика выполнения работы

При выполнении настоящей работы студенты проводят два экспери- мента. В первом из них исследуется влияние величины базового то- ка (прямого и обратного) на длительность основных стадий переклю- чения инвертора (на величину параметров t _ф , t _р и t _с выходного сигнала); во втором - влияние нелинейной ООС на время рассасыва- ния избыточного заряда базы t _р . При этом настройка измеритель-

ных приборов (генератора Г5-54 и осциллографа CI-65)производит- ся по правилам, изученным при выполнении лабораторной работы № I. Перед выполнением работы следует:

1. Включить тумблер СЕТЬ, расположенный справа в нижней части лабораторного стенда, на наклонной панели управления. При этом должна загореться индикаторная лампочка, расположенная там же.

2. Подать питание на макет лабораторной работы, установив пе- реключатель (расположен там же) в положение, соответствующее но- меру макета. Нумерация макетов идет слева направо и сверху вниз (обычно макет данной работы располагается в ячейке стенда под первым номером).

3.1. Методика проведения первого эксперимента

Первый эксперимент выполняется по схеме (рис. 2.4), представ- ленной в нижней части лицевой панели макета лабораторной работы.

Рис. 2.4

При заданной амплитуде входного импульса напряжения, снимаемо- го с выхода генератора Г5-54, величины прямого и обратного токов базы изменяются путем изменения сопротивления резистора ( RI, R2 либо R3) в цепи базы. Номинальные значения сопротивлений резисто- ров в схемах разных макетов отличаются друг от друга, поэтому при одинаковой заданной величине амплитуды входных импульсов числен- ные значения параметров t _ф , t _р и t _с , измеренные на разных стендах, будут различаться.

При проведении первого эксперимента следует:

1. Включить и настроить генератор Г5-54. Длительность импульсов на выходе генератора I мкс, амплитуда 5 В, полярность положитель- ная , переключатель ЗАДЕРЖКА µ S (либо ВРЕМЕННЫЙ СДВИГ µ S ) в положении х0,1, частота выходных импульсов 80 кГц.

2. Подать импульсы с выхода генератора 1:1 шнуром на вход (Вх) инвертора (рис. 2.4).

3. Регулятор АМПЛ амплитуды синхроимпульсов (СИ) повернуть ■' до упора по часовой стрелке. Тумблером установить положительную полярность СИ, а затем шнуром подать синхроимпульсы на вход X осциллографа (обозначен X - справа в верхней части лицевой панели осциллографа).

4. Включить осциллограф CI-65 и настроить его на режим ждущей развертки с внешней синхронизацией:

а) переключатель РОД РАБОТЫ в положении ,

б) переключатель СИНХР в положении BHЕШН.I:I;

в) переключатель РАЗВЕРТКА в положении 0,5 µ S ;

г) переключатель V/ДЕЛ. в положении 2;

д) переключатель полярности синхроимпульсов - в положении "+". Порядок настройки осциллографа при необходимости смотри в ме- тодических указаниях к лабораторной работе № I.

5. На ВХОД У осциллографа подать шнуром сигнал с выхода инвер- тора (из гнезда ВЫХ нижней схемы макета).

Таблица 2.1

	t' ф	t р	t с
R1
А2
R3

6. Подключая с помощью ком- мутационной дужки в цепь базы транзистора попеременно резис- торы RI, R2, а затем R3, из- мерить в каждом случае величи- ны параметров t _ф , t _р , t _с с помощью меток и занести их значения в таблицу (типа табл. 2.1).

При измерениях цену клеток следует подбирать в зависимос- ти от длительности стадий таким образом, чтобы обеспечить при- емлемую точность. В ряде случа- ев дня измерения каждой стадии придется подбирать свою цену меток.

Следует иметь в виду, что в отдельных макетах величина сопро- тивления R может оказаться столь большой, что фронт и срез сиг- нала на выходе инвертора будут иметь экспоненциальную форму (рис. 2.5), т.е. эти стадии с одной из сторон не будут иметь резкой границы. В таких условиях длительность этих стадий измеря- ется между уровнями 1,0 и 0,1, а также 0 и 0,9 соответственно, как это показано на рис. 2.5. При измерении длительности времени рассасывания t_p для определения момента начала стадии следует

временно уменьшить амплитуду выходного сигнала генератора Г5-54

(ручкой АМПЛ и клавишным перек- лючателем, который возможно при- дется установить в положение х0,01) до выхода транзистора из насыщения (рис. 2.6,6) и отме- тить на экране осциллографа мо-

мент t₂ (рис. 2.6,6) по' масштабной сетке.

Затем нужно вновь установить уровень напряжения на выходе ге- нератора 5 В. В данном случае сигнал на выходе инвертора будет иметь вид (рис. 2.6,в) и длитель- ность стадии рассасывания можно будет измерить между моментами t₂ и t₃ , Следует иметь в виду,

что. после отметки на экране момента t₂ нельзя смещать изображе- ние сигнала по оси X. В противном случае операцию получения от- . метки момента t придется повторить.

3.2. Методика проведения второго эксперимента

Второй эксперимент выполняется по схеме рис. 2.7, представлен- ной в верхней части лицевой панели макета. В схеме предусмотрено исследование нескольких схемотехнических методов повышения быст- родействия инвертора.

Рис. 2.7

14

В настоящей лабораторной работе исследуется лишь один из них - применение нелинейной ООС с целью обеспечения ненасыщен- ного режима работы открытого транзистора.

Исследование влияния нелинейной ООС производится путем срав- нения двух вариантов выходного сигнала инвертора: при разомкну- той цепи ООС и при подключении диода Д1 в цепь нелинейной 00С (к коллектору транзистора) с помощью коммутационной дужки. Полу- ченные в обоих случаях осциллограммы следует изобразить на одном рисунке, приложив листок бумаги к экрану осциллографа и обводя контур изображения на просвет. При коммутации диода Д1 нельзя до- пускать смещения листа бумаги относительно экрана. Снятие осцил- лограмм выполняется при максимальной яркости изображения, хоро- шей фокусировке луча и при выключенных метках. На рисунке следует отметить, какому случаю соответствует та или иная осциллограмма.

4. Содержание отчета

1. Схемы, изображенные на лицевой панели макета.

2. Таблица вида табл. 2.1 с результатами первого эксперимента.

3. Осциллограммы, полученные при выполнении второго эксперимен- та.

4. Выводы по результатам обоих экспериментов.

5. Рекомендуемая литература

1. Гольденберг Л.М. Импульсные устройства. - М.: Радио и связь, 1981, с. 30-33, 36-37.

2. Каледин Г.Г.' Основы электроники. Ч. П./ МЭИС. М., 1979, / с. 7-13.

Лабораторная работа № 3 ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ (ИЛС) I. Цель работы

Экспериментальное исследование основных электрических парамет- ров ИЛС на примере схем ТТЛ.

2. Краткая теория вопроса

В современных цифровых устройствах и системах находят приме- нение все основные типы полупроводниковых логических схем, техно- логия изготовления которых освоена промышленностью. Среди них:

1. наиболее дешевые и технологичные биполярные схемы транзис- торно-транзисторной логики (ТТЛ), обладающие повышенным быстро- действием;

1. обладающие наивысшей плотностью компоновки схемы на n-ка- нальных МОП-транзисторах (n МОП);

2. потребляющие наименьшую мощность от источника питания схе- мы на МОП-транзисторах с каналами разных типов проводимости - на комплементарных транзисторах (КМОП);

3. имеющие наивысшее быстродействие биполярные схемы эмиттерно- связанной логики (ЭСЛ);

4. обладающие наибольшей плотностью компоновки среди биполяр- ных схем - микросхемы интегральной инжекционной логики (ИИЛ, И²Л).

ИЛС выпускаются сериями, отличающимися не только технологией и составом, но и электрическими параметрами. Для характеристики свойств ИЛС в составе схемы сложного цифрового устройства исполь- зуются пять обобщенных основных электрических параметров, характе- ризующих электрические свойства ИЛС любого типа и их допустимые сочетания. К числу этих параметров относятся:

m - коэффициент объединения по входам, указывающий число вхо- дов элемента;

n - коэффициент разветвления по выходу, определяющий нагру- зочную способность логического элемента, т.е. максимальное число входов аналогичных элементов, которые можно подключить к выходу

данного элемента; -о

Р_ср =(P ⁰+P ¹) / 2 - средняя потребляемая мощность, где Р - мощ-

ность, потребляемая элементом от источника

питания в состоянии 0 (0 на выходе), Р¹ - мощ- ность, потребляемая в состоянии I; U _{n доп} - допустимое напряжение статической помехи -

максимальное напряжение помехи (открывающей или закрывающей), при котором состояние эле- мента еще остается неизменным (состояние вы- хода) ; характеризует помехоустойчивость ИЛС;