3.9.4. Транзисторный инвертор

На рис. 3.69 показано, что на «-р-и-транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, можно построить инвертор логических сигналов. Когда входное на­пряжение имеет низкий уровень, напряжение на выходе имеет высокий уровень и наоборот.

В цифровых схемах воздействие, оказываемое на биполярные транзисторы, часто приводит к тому, что они всегда либо закрыты, либо находятся в насыщении. То есть цифровые схемы типа инвертора, изображенного на рис. 3.69, разработа­ны так, чтобы транзисторы в них всегда находились (ну, почти всегда) в одном из состояний, изображенных на рис. 3.70. Если входное напряжение Кш соответству­ет низкому уровню, то оно настолько мало, что ток /А равен нулю и транзистор закрыт; цепь между эмиттером и коллектором разомкнута. Если напряжение F[N соответствует высокому уровню, то оно настолько велико (а сопротивление R1 достаточно мало и коэффициент /J достаточно велик), что транзистор попадет в состояние насыщения при любом разумном значении сопротивления R2; цепь между коллектором и эмиттером выглядит почти как короткое замыкание. Нали­чие входных напряжений, попадающих в область неопределенности между низким и высоким уровнями, не допустимо, за исключением переходных процессов. Эта область неопределенности соответствует запасу помехоустойчивости, о кото­ром шла речь в связи с табл. 3.9.

Р ис. 3.69. Транзисторный инвертор: (а) условное обозначение (IN - вход, OUT-выход); (b) принципиальная схема; (с) передаточная характеристика (LOW- низ­кий уровень, HIGH - высокий уровень)

Р ис. 3.70. Обычные состояния л-р-г/-транзистора в цифровой схеме: (а) ус­ловное обозначение транзистора и протекающие в нем токи; (b) эквивалентная схема транзистора в состоянии отсечки (OFF); (с) эквивалентная схема транзис­тора в состоянии насыщения (ON)

Другой способ, позволяющий наглядно представить работу транзисторного инвертора, показан на рис. 3.71. Если напряжение K]N соответствует высокому уровню, то транзисторный ключ замкнут, выход инвертора соединен с землей и выходное напряжение безусловно соответствует низкому уровню. Если входное напряжение F]N соответствует низкому уровню, то транзисторный ключ разомк­нут и выход инвертора через резистор подключен к шине питания +5 В; выходное напряжение соответствует высокому уровню, если выход не слишком сильно на­гружен (то есть в том случае, когда он не соединен с землей резистором с малым сопротивлением, что было бы неправильно).

3.9.5. Транзисторы Шоттки

К огда напряжение на входе насыщенного транзистора изменяется, выходное на­пряжение не начинает изменяться немедленно; для выхода из насыщения требуется дополнительное время, называемое временем удержания (storage time).

В первом семействе ТТЛ фактически время удержания составляло значительную долю задержки распространения.

Время удержания можно исключить и тем самым уменьшить задержку распространения, обеспечивая условия, при которых транзисторы в нормальном режиме не попадают в область насыщения. В современных семействах ТТЛ это достигается включением диода Шоттки (Schottky diode) между базой и коллектором каждого транзистора, который может оказаться в насыщении, как показано на рис. 3.72. По­лучающиеся транзисторы, не попадающие в область насыщения, называются тран­зисторами с фиксирующими диодами Шоттки (Schottky-clamped transistors) или короче транзисторами Шоттки (Schottky transistors).

П адение напряжения на диоде Шоттки при смещении в прямом направлении существенно меньше, чем у обычного диода, и составляет 0.25 В против 0.6 В. У обычного транзистора напряжение между базой и коллектором в режиме насыщения равно 0.4 В, как показано на рис. 3.73(а). В транзисторе Шоттки благодаря применению диода Шоттки ток в базовой цепи разветвляется, и часть этого тока отводится в коллектор прежде, чем транзистор входит в режим насыщения, как это показано на рис. 3.73(b). На рис. 3.74 представлена принципиальная схема просто­го инвертора с транзистором Шоттки.

Рис. 3.73. Работа транзистора при большом токе в цепи базы: (а) обычный транзистор в режиме насыщения; (b) транзистор с диодом Шоттки, предотвра­щающим насыщение