Элементы ттл. Ттл с простым инвертором .

Принцип работы.

Когда на входе НУ транзистор VT₁ открыт и находится в насыщении. Весь ток цепочки ЕR₁ поступает во входную цепь. Ток коллектора VT₁ вытекает из базы VT₂, в результате чего VT₂ закрывается и на выходе ВУ.

Если на входе ВУ, то переход база-эмиттер VT₁ закрыт, а переход база-коллектор остается открытым, то есть VT₁ работает в инверсном режиме. Весь ток от цепочки ЕR₁ поступает в базу VT₂ и тот уходит в насыщение. На выходе НУ.

Таким образом схема представляет собой инвертор с переключением токов. Выполним расчет схемы.

Пусть на входе НУ:

U_А=U_Х,Н + U_{БЭ VТ1} ;

I_R1=(E - U_А)/R₁=I_{Б VТ1} ;

I_{Э VТ1}=I_{Б VТ1} + I_{К VТ1} ;

Определим I_{К VТ1}

I_{К VТ1}=I_{КТ VT2}

VT₁ находится в насыщении, так как I_{Б VT1} > I_{К VT1} ;

I_{Э VТ1}=I⁰_ВХ I_R1 ;

U_y=E - I_КТ*R_К  E.

Пусть на входе ВУ:

Переход база-коллектор VT₁ открыт и база-эмиттер VT₂ открыт:

U_А=U_{БЭ VТ2} + U_{БК VТ2} = 1,3 В

Чтобы переход база-эмиттер VT₁ был закрыт необходимо, чтобы U_X превышало 0,7 B. Транзистор будет работать в инверсном режиме и в схеме будет протекать инверсный ток I_Ki.

I_R1=(E - U_Х)/R₁ ;

I_{Эi VТ1}=_i*I_{Б VТ1} ;

I_{Ki VТ1}=I_{Б VТ2} = I_R1 + _i*I_R1 ;

ТТЛ технологически изготовляются таким образом, что _i << 1 ( 0,01).

I_{Кi VТ1} = I_R1 ;

Величина I_R1 должна быть достаточна для насыщения транзистора, то есть I_R1  (E_К - U_{КЭ НАС})/(*R_К) ;

U_y=U_{КЭ НАС} ;

Расчет коэфициента разветвления проводится для случая, когда транзистор источник открыт.

Ттл со сложным инвертором.

Принцип работы.

Когда на входе НУ, транзистор VT₁ открыт и находится в насыщении. Весь ток цепочки ЕR₁ поступает во входную цепь. ЕR₁ ограничивает этот ток чтобы не сгорел источник входного сигнала. Транзисторы VT₂ и VT₄ закрыты. Транзитор VT₃ работает либо в линейном режиме, либо в насыщении. На выходе ВУ.

Если на входе ВУ, VT₁ работает в инверсном режиме. Весь ток от цепочки ЕR₁ поступает в базу VT₂ и VT₂ и VT₄ работают в насыщении. VT₃ закрыт. На выходе НУ. Диод VD служит для надежного запирания VT₃

Выполним расчет схемы.

Пусть на входе ВУ.

Так как переход база-эмиттер VT₁ открыт, то для правильной работы схемы необходимо, чтобы были открыты переходы база-эмиттер VT₂, база-эмиттер VT₄ и база-коллектор VT_1, то есть U_В=U_{БЭ VТ4};

U_Б=U_В + U_{БЭ VТ2}=U_{БЭ VТ4} + U_{БЭ VТ2} ;

U_А=U_Б + U_{БК VТ1}=U_{БЭ VТ4} + U_{БЭ VТ2} + U_{БК VТ1}  2 В ;

Ток I_{Б VТ1}=(E - U_А)/R₁=3/R1 ;

Tок I_{Є VТ1}=I_{ВХ VТ1}0=_i*I_R1 ;

I_{КI VТ1}=I_R1 ;

Транзистор VT₂ должен быть в насыщении. U_D=U_В + U_{КЭ Н VT2}=0,8 В ;

I_R2=(E - U_D)/R₂=4,2/R2 ;

Транзистор VT₃ должен быть закрыт, поэтому

I_R2=I_{К VТ2} ;

I_{Э VТ2}=I_{Б VТ2} + I_{К VТ2}=I_R1 + I_R2 ;

Чтобы транзистор VT₂ был в насыщении, необходимо, чтобы ток

I_R1  I_{Б НАС VT2}*I_{Б НАС VT2}=I_R2/ ;

Ток I_{Э VТ2} поступает в базу VT₄, при этом I_{Б VТ4}=I_{Э VТ2} + I_R3 ;

I_R3=U_В/R3=0,7/R3  I_БТ4 можно определить.

Транзистор VT₄ должен быть в насыщении, величина I_К определяется нагрузкой. В результате для того, чтобы транзистор был в насыщении нужно, чтобы I_{Б VТ4}  I_Н,max/. Для обычных ТТЛ серии К155 величина I_Н,max=1516 мА. U_y=U_КЭ,Н ;

Определим состояние транзистора VT₃:

Определим напряжение на базе и эмитере

U_{Б VТ3}=U_D=U_{БЭ VТ4} + U_{КЭ Н VТ2};

U_{Э VТ3}=U_{КЭ Н VТ4} - U_Д;

U_Б + U_Э=U_{БЭ VТ4} + U_{КЭ Н VТ2} - U_{КЭ Н VТ4} - U_Д = 0;

VD нужен для надежного запирания VT₃.

На входе НУ.

U_А=U_{Х Н}+ U_{БЭ VТ1}=0,8 В если нагружать на такую же схему.

I_R1=(E - U_А)/R₁=4,2/R1 ;

I_{Э VТ1}=I⁰_ВХ  I_R1.

Транзистор VT₂ закрыт отсутствует ток эмитера I_{Э VТ2}, отсутствует I_БТ4, транзистор VT₄ также закрыт. Ток через цепочку ЕR₂ открывает VT₃ и теперь расчет заключается в определении U_Y. Так как VT₂ закрыт, в базе протекает I_KT, который течет через R₃. Для того, чтобы он был закрыт U_B<0,3 B (I_KTR3<0,3 B).

U_Y зависит от режима работы VT₃.

Пусть VT₃ работает в линейном режиме.

В схеме протекают токи I_R2, I_R4, I_Э, I_Н.

Условие переключения транзистора из насыщения в линейный режим:  _Б -  _К < 0,5 B.

 _Б=Е-I_Б*R₂

 _К=Е-I_К*R₄

I_К*R₄ - I_Б*R₂< 0,5 B

Так как транзистор в линейном режиме, то все токи можно выразить через I_Б и I_Э.

I_Б (*R₄ - R₂)< 0,5 B

I_Э=I_H < 0,5(+1)/(R₄ - R₂)

Если (+1), то формулу можно упростить:

I_H < 0,5/(R₄ - R₂/).

Режим насыщения VТ ₃.

Определим условие перехода из линейного режима в насыщение.

Пусть VT₃ в линейном режиме, тогда:

U_{Б VТ3} - U_{К VТ3} < 0,3 B

U_{Б VТ3}=E - I_R2 R₂ ;

U_{К VТ3}=E - I_R4 R₄ ;

I_R4 R₄ - I_R2 R₂ < 0,3 B

 I_Б R₄ - I_Б R₂ < 0,3 B

( R₄ - R₂) < 0,3 B

(I_Э/(+1))(R₄ - R₂) < 0,3 B

I_Э < 0,3/( R₄/(+1) - R₂/(+1)) ;

I_Н < 0,3/(R₄ - R₂/(+1)) ;