25.3. Динамические характеристики и параметры блэ.
Динамические характеристики БЛЭ определяют по искажениям формы импульса на выходе логического элемента относительно формы входного импульса.
Определение искажений осуществляется путем сравнения осциллограмм входного и выходного импульса БЛЭ. Входной сигнал в виде импульса подается на один из входов логического элемента, а на другие входы подается постоянное напряжение, уровень которого должен обеспечить возможность изменения выходного сигнала при воздействии этого импульса.
На Рис.64b показаны типичные осциллограммы при импульсном воздействии на один из входов БЛЭ с выходным инвертором (например, на логический элемент И-НЕ при подаче на остальные входы напряжения уровня логической «единицы»).
По осциллограммам определяются динамические параметры БЛЭ, к которым относятся задержка фронта импульса tФ и задержка среза tC импульса, как правило, отличающиеся друг от друга, поэтому может использоваться среднеарифметическое значение этих задержек.
Производной от среднего времени задержки БЛЭ является обратная ей максимально допустимая частота переключения БЛЭ.
Для логических устройств, срабатывающих на положительный или отрицательный перепад логических уровней, важными дополнительными динамическими параметрами является максимально допустимая длительность перепада уровней, называемая, соответственно, максимальной длительностью фронта или максимальной длительностью среза входного импульса.
Динамические параметры БЛЭ, также как и статические параметры, зависят от величины нагрузки выхода БЛЭ и дестабилизирующих факторов, поэтому их определяют при максимально неблагоприятных, но допустимых значениях этих факторов.
25.4. Релейные, диодные и непосредственно связанные транзисторные логические элементы (нстл).
Исторически первыми в качестве электрически управляемых логических элементов стали использоваться электромеханические реле.
На Рис.65 показаны схемы подключения таких реле с нормально разомкнутыми контактами для реализации логической операции И (Рис.65а) и логической схемы ИЛИ (Рис.65b). Как видно из рисунков, логика формирования выходного сигнала UY от источника напряжения +Е контактами реле из входных сигналов UX, подаваемых на обмотки реле, определяется последовательной или параллельной схемой включения контактов реле.
Рис.65
При использовании реле с нормально замкнутым контактом реализуется логическая операция НЕ (Рис.65с).
Достоинствами релейных логических схем является возможность работы при высоких уровнях выходных логических сигналов, а также возможность работы в условиях высокого уровня помех и наличия широкодиапазонных дестабилизирующих факторов. В релейных БЛЭ легко реализуются высокие коэффициенты объединения по входу и коэффициенты разветвления по выходу.
В современной технике большие габариты и вес релейных логических схем, а также их низкое быстродействие обеспечивают им весьма узкую область применения, например - в мощной силовой электроавтоматике.
Простейшие электронные малогабаритные логические элементы могут быть реализованы с использованием диодной схемотехники.
БЛЭ диодной схемотехники включают в себя логические схемы ИЛИ и логические схемы И, принцип включения диодов в которых показан на Рис.66а и Рис.66b, соответственно.
Рис.66
В схеме на Рис.66а диоды при объединении нескольких источников входных сигналов на общую нагрузку выполняют роль элементов, предохраняющих входные цепи с низким уровнем логического сигнала от проникновения с этой нагрузки сигналов высоких логических уровней.
В схеме на Рис.66b только отсутствие токов через все диоды при высоких логических уровнях их входных сигналов или при разрыве входных соединительных проводов приводит к высокому уровню выходного сигнала.
Схемы диодной логики легко реализуются на диодах в виде отдельных электронных приборов. Уровни входных сигналов определяются типом используемых диодов, а быстродействие ограничено только быстродействием этих приборов и временем перезаряда паразитных внутрисхемных емкостей.
Но схемы диодной логики не позволяют получить ни высокий коэффициент объединения по входу из-за влияния числа входных диодов и разброса их токов на логические уровни выходных сигналов, ни высокий коэффициент разветвления по выходу из-за шунтирования сопротивлением нагрузки входных диодных цепей.
На Рис.67 показаны схемы логических элементов непосредственно связанной транзисторной логики (НСТЛ), реализующих логическую операцию ИЛИ-НЕ (вариант а), логическую операцию И-НЕ (вариант b), а также транзисторный вариант логической операции НЕ (вариант с).
Рис.67
Транзисторы НСТЛ могут иметь два состояния: транзистор закрыт – минимальный ток коллектора, но максимальное напряжение UY (логическая «единица»), транзистор открыт - максимальный ток коллектора с насыщением при минимальном напряжении UY (логический «ноль»).
Насыщение транзистора в открытом состоянии является средством борьбы с, так называемыми, дестабилизирующими факторами.
К таким факторам относят, в частности, нестабильность источника электропитания, технологический разброс параметров транзисторов и резисторов, а также температурная нестабильность этих параметров.
Логические элементы НСТЛ, по аналогичным диодной логике причинам, имеют малые коэффициенты объединения по входу и коэффициенты разветвления по выходу.
В частности, при закрытом транзисторе инвертора увеличивающийся ток I k из-за увеличения тока нагрузки снижает уровень выходного сигнала логической «единицы».
БЛЭ НСТЛ на биполярных транзисторах не нашли широкого применения, несмотря на простоту их реализации на отдельных электронных приборах.