14.3. Многоэмиттерные транзисторы в схемах ттл-типа

В интегральных логических схемах часто используются мно-гоэмиттерные транзисторы (МЭТ) (рис. 14.4, а). Такие транзи­сторы удобно применять для многовходовых логических венти­лей, так как это упрощает процесс изготовления интегральных схем. Применение многоэмиттерного транзистора в схеме логи­ческого вентиля показано на рис. 14.4,6. Здесь три эмиттера транзистора Т₁ n — р — n-типа являются входными зажимами схемы. Транзистор Т₂ инвертирует сигнал, поэтому оба транзи­стора T₁ и Т₂ формируют логику отрицания. Эта схема пред­ставляет транзисторно-транзисторный логический (ТТЛ) вен­тиль типа И-НЕ (см. гл. 8).

Оба транзистора — в схеме n — р — n-типа, поэтому при работе в нормальном (неинверсном) режиме прямое смещение на базе имеет положительную полярность относительно эмиттера.

На базу МЭТ через резистор R₁ подается положительный потенциал (несколько вольт). При подаче хотя бы на один из входов МЭТ отрицательного или даже небольшого положитель­ного потенциала (не более — 0,5 В) эмиттерный ток МЭТ почти равен току базы МЭТ, а ток базы транзистора Т₂ практически равен нулю, и транзистор Т₂ заперт. Если же на все входы МЭТ будут поданы положительные потенциалы выше 1 — 2 В, то токи эмиттеров МЭТ становятся практически равными нулю, а ток базы МЭТ оказывается равным току базы транзистора Т₂.

Рис. 14.4 Многоэмиттерный транзистор fa) и логическая схема ТТЛ-типа на его основе (б).

В этом случае транзистор T₂ открыт и находится в состоянии насыщения. Выходной каскад на транзисторе Т₂ работает как инвертор, а МЭТ выполняет функции логической схемы И.

Применение многоэмиттерных транзисторов и логических устройств ТТЛ-типа позволяет минимизировать число элемен­тов, составляющих интегральную схему. Использование непо­средственной связи между транзисторами исключает примене­ние переходного конденсатора, способствует повышению быст­родействия и помехоустойчивости логической схемы этого типа, выполняющей логическую функцию И-НЕ. Иногда применяют многоэмиттерные транзисторы с четырьмя-пятью входами, но большее число эмиттеров приводит к снижению помехоустойчи­вости схемы.

14.4. Интегральные схемы с дополняющими моп-транзисторами

Схемы с дополняющими МОП-транзисторами представляют собой специальный тип интегральных схем и были впервые раз­работаны фирмой RCA. Термин «МОП» означает, что транзи­стор имеет структуру металл — окисел — полупроводник. Как по­казано на рис. 14.5, а, схема состоит из двух дополняющих по­левых транзисторов МОП-типа с р- и я-каналами. Схемы ука­занного типа имеют ряд преимуществ в отношении технологии их изготовления и могут использоваться как в цифровых, так и в линейных аналоговых системах.

Рис. 14.5. Интегральные схемы с дополняющими МОП-транзисторами.

При отсутствии входных сигналов схемы МОП-типа с до­полняющими транзисторами, по существу, не потребляют ника­кой мощности. Логические системы из таких схем, содержащие около 100 вентилей, потребляют мощность менее 0,1 мВт. Как показано на рис. 14.5, полевые транзисторы МОП-типа с р- и n-каналами соединены параллельно и, таким образом, имеют характеристики противоположной полярности. Следовательно, если транзистор с р-каналом открыт, то транзистор с я-каналом находится в закрытом состоянии. По этой причине рабочий ток в схеме весьма мал, а к. п. д. схемы очень высок.

При работе в цифровых системах, где используются им­пульсные сигналы малой длительности, транзисторы работают поочередно, обеспечивая также очень незначительное потребле­ние мощности. При увеличении скорости переключения средняя мощность вентиля возрастает, хотя, если скорость переключения не превышает 10 кГц, значение рассеиваемой мощности состав­ляет не более 1 мкВт на вентиль. С повышением частоты сиг­нала увеличивается частота повторения импульсов тока, и по­этому несколько возрастает потребляемая мощность.

Благодаря особенностям передаточной характеристики схе­мы МОП-типа с дополняющими транзисторами имеют высокую помехоустойчивость. Различные фирмы выпускают интеграль­ные цифровые схемы такого типа, которые могут хорошо рабо­тать на частотах до нескольких мегагерц. Таким образом, МОП-схемы с дополняющими транзисторами могут с успехом применяться не только в вычислительных устройствах, но так­же в системах связи и измерительной аппаратуре.

Как показано на рис. 14.5,6, в схему может быть введен до­полнительный резистор Rь обеспечивающий линейный режим работы. Этот резистор включают между входным и выходным зажимами, так что он является цепью обратной связи, которая автоматически корректирует дрейф, появляющийся на выходе схемы. Так как при нормальной работе вентиля через него про­текает ток незначительной величины, то падение напряжения на резисторе R₁ практически отсутствует. Это позволяет при­менять высокоомный резистор R₁ величиной в несколько десят­ков мегом, что обеспечивает эффективное разделение сигналов на входе и выходе.

Схема, изображенная на рис. 14.5,6, может использоваться для построения генератора или усилителя. В схеме генератора с кварцевой стабилизацией частоты кварцевую пластину вклю­чают параллельно резистору R₁. Кварц ведет себя как резо­нансный контур в цепи обратной связи на частоте сигнала, обес­печивая высокую стабильность частоты колебаний (см. рис. 4.5).