5.2.2 Диод-транзисторные схемы
Элементы диодно-транзисторной логики (ДТЛ) получают объединением диодно-резисторных схем с усилителем на биополярном транзисторе, собранном по схеме с общим эмиттером, выполняющим операцию логического отрицания. Схема базового элемента (ДТЛ) приведена на рисун- ке 5.10
а б
а – принципиальная схема; б – условное обозначение
Рисунок 5.10 – Базовый элемент диод-транзисторной логики (ДТЛ)
При подаче на оба входа "1", т. е. высокого напряжения, диоды VD1 и VD2 заперты и от +Uп через делитель напряжения: R1, диоды смещения VD3, VD4 и R2 протекает ток. Падение напряжения на R2 достаточно для того, чтобы транзистор VT1 был открыт и насыщен. При открытом транзисторе напряжение на его коллекторе будет близко к нулю, то. есть. у = Uвых = ОВ = "0". Если хотя бы один из входных сигналов равен "0", то через соответствующий входной диод резистор R1 замыкается на корпус, потенциал на базе транзистора понижается и он переходит в состояние отсечки. На выход через R3 поступает напряжение, равное Uп, соответствующее "1". Таким образом, базовый элемент реализует логическую функцию "2И-НЕ". ДТЛ используют при реализации микросхем серии К511, обладающих повышенной помехоустойчивостью, так как имеется возможность повышения порогового напряжения.
Падение напряжения на открытых диодах смещения VD3, VD4 должно быть таким, чтобы при открытом любом из входных диодов потенциал базы был достаточно низок для надежного запирания транзистора. Это условие выполняется при Uсм большем, чем сумма падений напряжений на входном диоде (VD1 или VD2) и открытом транзисторе предыдущего каскада.
5.2.3 Транзисторно-транзисторные схемы
В интегральной схемотехнике логические элементы выполняются на транзисторах, что значительно упрощает технологию изготовления. Чаще всего в качестве входного элемента используется многоэмиттерный транзистор. Схема базисного элемента транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) приведена на рисунке 5.11а.
а б
а – базовый элемент; б – экономичный базовый элемент
Рисунок 5.11 – Базовый элемент транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ)
В ТТЛ-элементах многоэмиттерный транзистор реализует функцию "И", а транзистор VT2-функцию "НЕ". Если на все входы подана "1", то есть высокий потенциал, то эмиттерные переходы транзистора VT1 заперты. Переход база-коллектор VT1 находится по прямым напряжения и открыт. По цепи Un+;R1; база VT1; коллектор VT1; база VT2; эмиттер VT2; Un – протекает ток Iбн, который обеспечивает состояние насыщения транзистора VT2. Выходное напряжение при этом равно "0". При подаче низкого потенциала хотя бы на один из входов соответствующий переход эмиттер-база открывается и через VT1 начинает протекать ток Iэ, который много больше Iбн. Iэ создает на R1 падение напряжения, почти равное Un. Потенциал точки "а" приближается к потенциалу общей шины. В результате Uбэ VT2 стремится к нулю; Iб VT2 прекращается и VT2 переходит в режим отсечки. Напряжение на выходе VT2 стремится к Un, т.е. на выходе VT2 появляется "1". Однако схема рисунка 5.11а неэкономична. Для повышения экономичности используют сложный инвертор (рисунок 5.11б). Каскад на транзисторе VT2 является предварительным и управляет работой транзисторов VT3, VT4. При "1" на всех входах VT2 насыщен и протекает ток Iк2н в несколько раз меньше, чем на выходе схемы рисунок 5.11а. Ток эмиттера VT2 создает на R4 падение напряжения достаточное, чтобы VT4 был насыщен. Следовательно, на выходе схемы устанавливается напряжение, близкое к нулю, т. е. на выходе "0". При этом VT3 заперт, потому что потенциал точки "е" выше или равен потенциалу точки "в". Такое состояние схемы осуществляется за счет включения диода смещения (VD5); падение напряжения на диоде равно приблизительно 0.5В. Отсутствие собственного потребления тока в выходной цепи (за счет закрытого VT3) сложного инвертора делает его экономичным при "0" на выходе.
При наличии "0" на одном из входов VT2 закрыт. Падение напряжения на R4 равно нулю; транзистор VT4 закрыт. Транзистор VT3 открыт возросшим до Un потенциалом точки "в". Ток через VT3, если не присоединена нагрузка, практически не протекает, так как VT4 закрыт. Это обеспечивает экономичность схемы в режиме холостого хода при "1" на выходе. Ток при подключении нагрузки определяется соотношением
. (5.6)
Диоды VD1 и VD2 включены для защиты входных цепей и повышения помехоустойчивости. При положительных входных сигналах они заперты и не влияют на работу схемы. Открываются они при отрицательной полярности входных напряжений, что наблюдается при переходных процессах, когда при переключении схемы возникают затухающие колебания из-за наличия паразитных емкостей и индуктивностей. При первой отрицательной полуволне напряжения диод открывается, и напряжение на входе не превышает падения напряжения на диоде. Мощность паразитного колебания гасится, и следующая положительная полуволна колебания уже меньше уровня логической единицы, поэтому ложного срабатывания логического элемента не происходит.
Наряду с рассмотренным вариантом на два входа, выпускаются микросхемы, в которых VT1 имеет 3,4 и 8 эмиттеров, такие элементы реализуют функцию "3И-НЕ", "4И-НЕ" и "8И-НЕ". Если в базовый элемент добавить соединения, показанные пунктиром, то получается система с тремя устойчивыми состояниями: "0", "1" и высокоимпедансное. Если из схемы рисунка 5.11б убрать VT3, то получается схема с открытым коллектором, позволяющая объединять выходы элементов (монтажное "ИЛИ").
ТТЛ-элементы нашли широкое применение в практике. Промышленностью освоен ряд серий микросхем с ТТЛ, например: К133, К134, К155 и другие. В качестве базового элемента серии микросхем могут использоваться и другие элементы, например "ИЛИ-НЕ".