9.4.9. Специальные схемы выходных каскадов

Иногда возникает необходимость логического объединения выходов очень большого числа элементов Например, для объединения 20 выходов потребовалось бы использовать логический элемент с 20 входами и вести к нему 20 отдельных проводов. Этого можно избежать, используя логические элементы с открытым коллектором. В качестве выходного каскада они содержат, как показано на рис 9.22, n-p-n-транзистор, эмиттер которого соединен с общей точкой. Выходы таких систем. в отличие от обычно используемых двухтактных выходных каскадов, могут подключаться к одному общему коллекторному резистору параллельно друг другу.

Рис 9.22. Реализация логической функции с помощью монтажного соединения выходов элементов с открытым коллектором

Рис 9.23 Элемент типа ТТЛ с тремя состояниями

При низком уровне ue выход схемы находится в безразличном состоянии

Выходное напряжение имеет высокий уровень только то1да, когда все выходные транзисторы элементов заперты Согласно позитивной логике, в этом случае реализуется функция И С другой стороны, выходное напряжение будет иметь низкий уровень, если один (или более) выходной транзистор открыт. Следовательно, согласно негативной логике, здесь реализуется функция ИЛИ. Так как логическая связь организуется с помощью внешнего монтажа, такое соединение условно называется «монтажное И» или «монтажное ИЛИ» Выбор позитивной или негативной логики в данном случае определяется видом требуемой логической функции.

Поскольку выходное сопротивление описанных схем мало только в состоянии логического нуля, то они называются также схемами с низким выходным активным уровнем (активным нулем). В противоположность этому элементы ЭСЛ (рис. 9.14) являются схемами с высоким выходным активным уровнем (активной единицей). Если в микросхемах отсутствуют эмиттерные сопротивления выходных эмиттерных повторителей, то их выходы можно аналогичным образом подключать параллельно друг другу. При этом, согласно позитивной логике, реализуется функция «монтажное ИЛИ».

Еще одно применение элементов с открытым коллектором состоит в том, что они позволяют весьма просто реализовать функцию мультиплексора, т.е. подключать к общему выходу выход одного из нескольких логических элементов. В случае использования элементов И-НЕ выбор входного сигнала осуществляется путем подачи на соответствующий вход управляющего сигнала U_E с высоким уровнем. При этом выходные транзисторы всех остальных элементов заперты, так как на их входы подан сигнал U_E низкого уровня. Следовательно, они не влияют на величину выходного напряжения, которое определяется только входным сигналом того элемента, на который подан сигнал U_E высокого уровня.

Тот факт, что в одном из двух состояний выход рассматриваемой схемы является высокоомным, можно с успехом использовать при мультиплексировании сигналов. Однако такая схема имеет существенный недостаток: переход в высокоомное (единичное) состояние из-за паразитных емкостей происходит всегда медленнее, чем в низкоомное (нулевое). Поэтому вместо элементов с открытым коллектором лучше использовать элементы с трехстабильным выходом. Они содержат обычный двухтактный выходной каскад, который, однако, может быть переведен в особое высокоомное состояние «безразличного выхода». Для управления выходным каскадом служит специальный вывод-разрешение выдачи данных.

Соответствующая схема ТТЛ представлена на рис. 9.23. Если уровень управляющего напряжения U_E низкий, запираются оба транзистора T₃ и T₄. При высоком уровне U_E получим обычную логическую связь И-НЕ между входными сигналами U₁ и U₂. Аналогичным образом можно перевести в высокоомное (безразличное) состояние и трехстабильный элемент КМОП.