книги из ГПНТБ / Электронные устройства релейной защиты и автоматики в системах тягового энергоснабжения

V -£S

Рис. 23. Элементы И-НЕ (а) и ИЛИ-НЕ (б)

Расход элементов (транзисторов, диодов, резисторов) на одну операцию «ИЛИ» (рис. 24) или «И» (рис. 25) оказывается боль­ шим. Значительно проще операции «И» и «ИЛИ» выполнять с по­

уменьшать сопротивление нагрузки Ra. При этом, однако,, значи­ тельно снижается коэффициент передачи по напряжению ки и от­

иток помехи при сигнале 0 на выходе). Напряжение и ток помехи

вобщем случае зависят от соотношения между выходным сопро­ тивлением источника сигнала и сопротивлениями R и RH.

Вдиодно-транзисторных схемах DTL источниками сигналов обычно являются транзисторы, включенные по схеме с заземлен­ ным эмиттером и работающие в режиме ключа. В этом случае на­ пряжение помехи при сигнале 0 на выходе диодной схемы И

Uao— Пкн“ЬДдш

где UдП— падение напряжения на диоде в прямом направлении. Ток помехи в нагрузке Rn

Так как /7дп>Дкш величина помехи может быть большой. По­ этому целесообразно совмещать диодные схемы И и ИЛИ с инвер­ тором. Транзистор в инверторе управляется током и имеет низкое входное сопротивление, что обеспечивает высокий коэффициент

40

а) а в в -Е

a-B-i

Рис. 26. Диодные логи­ ческие схемы И (а) и

ИЛИ (б)

передачи диодной схемы. Два возможных способа такого совмеще­ ния для образования элемента, выполняющего более сложную операцию, например типа ala2 + blb2-\-cic2 (системы типов DDTL и DRTL), представлены на рис. 27. Одна из них выполнена на базе инвертора с диодными связями (И-НЕ), другая — на основе инвер­ тора с резисторными связями (ИЛИ-HE).

Конструктивно элементы И и И-НЕ, И и ИЛИ-HE можно вы­ полнять отдельно. Эти элементы для широкого круга логических непоследовательностных функций, сводящихся к сумме произведе­ ний (операция «И-ИЛИ»), обеспечивают возможность построения схем с малой затратой транзисторов. Элемент рис. 27, б имеет луч­ ший коэффициент передачи по входу (большой коэффициент раз­ ветвления), а также обеспечивает оптимальное согласование с та­ ким элементам, как триггер [2, 4]. Поэтому в системах элементов ДТЛ-62 и «Сейма», разработанных в ЦНИИ МПС, в качестве ос­ новных приняты диодно-транзисторный (DTL) элемент И-НЕ и ди­ одный (D) элемент И. Диодно-транзисторные элементы и близкие к ним элементы с многоэмиттерным транзистором получили также большое применение в микроэлектронике.

§ 10. Расчетные соотношения в диодно-транзисторном элементе И-ИЛИ-НЕ

В системах с диодными связями обеспечить устойчивую рабо­ ту транзистора наиболее трудно в схеме И-ИЛИ-НЕ. Это объясня­ ется тем, что ток смещения разветвляется по всем разделительным диодам Д-р (рис. 28) и общее компенсирующее напряжение (сумма падений напряжений на диодах Д к и Др) при закрытом транзисто­ ре меньше, чем в схеме И-НЕ\ при открытом транзисторе обрат­ ные токи диодов Др с сигналом 0 уменьшают ток базы транзисто­ ра. Логические возможности схемы в этом случае определяются числом возможных входов И и ИЛИ и числом возможных выходов при работе на схемы И, так как сопряжение инвертора со схемами ИЛИ или другими инверторами всегда осуществляется через дио­ ды схемы И (отсюда название — инвертор с диодными связями).

Расчет инвертора сводится к обеспечению устойчивости схемы при закрытом и открытом транзисторе, выбору оптимального ре­ жима работы транзистора для обеспечения длительного срока службы и получению максимальных коэффициентов разветвления по входу и выходу.

Для определения устойчивости инвертора при закрытом тран­ зисторе воспользуемся эквивалентной схемой рис. 28. Транзистор будет надежно закрыт, если во всех случаях потенциал базы поло­ жителен или по крайней мере равен нулю по отношению к эмитте­ ру: Uбз^О. Если предполагается работа при температурах -}-50ч-60оС, то для германиевых транзисторов целесообразно выби­ рать потенциал базы закрытого транзистора больше нуля. Так, для

42

/к — ток в резисторе R K;

/ б — ток в базе транзистора; Вр — расчетный (минимальный) коэффициент усиления транзистора

с учетом старения, температуры, а также фактической вели­

эмиттер-коллектор закрытого транзистора / кэо макс, с тем чтобы ток /кэо макс не создавал значительного падения напряжения на резисто­ ре RK. При работе инвертора с нагрузкой в виде диодных схем И, кроме тока /кэомакс, следует учитывать также обратные токи дио­ дов этих схем.

Наихудшим при открытом транзисторе будет случай, когда только на одном из входов ИЛИ имеется сигнал 1, а на осталь­ ных — сигнал 0.

44

Ток в базе открытого транзистора при этом

/ дро— обратный ток разделительного диода Д Р входа, на котором

наихудшим будет случай с одним диодом Д с на данном входе, т. е. при п —\. При открытом транзисторе ток смещения равен

Воспользовавшись выражениями (58) и (59), находим ток в базе открытого транзистора при п — 1:

4 S

полагая

маниевых транзисторов удается обеспечить 1- ^ - = 0,1-у0,2; для кре-

1в

мниевых транзисторов в связи с малой величиной / к0, можно получить

также ограничено целесообразной величиной потребления и мощно­ стью, рассеиваемой в Re (это может иметь значение при большой плотности компоновки навесных элементов и особенно в интеграль­ ных схемах). Обычно в схемах на транзисторах £/др -Ь 2 £ /дк + ^бо= = 2,5-f-4,0 В.

Тогда при напряжениях Еб, равных 8, 12 и 24 В, рассматривае­ мое отношение будет равно соответственно 0,3 — 0,5, 0,2 — 0,33 и 0,1 — 0,17.

Таким образом, при Еб, равном 8, 12 и 24 В, коэффициент кпв для германиевых транзисторов лежит соответственно в пределах

Важным параметром логических схем является коэффициент разветвления кр, который показывает, каким количеством анало­ гичных элементов может управлять данный элемент. Приближенно можно считать, что

Кр Кдв/Тр.

Однако при наихудших сочетаниях параметров необходимо учитывать, что сопротивления резисторов Яб в управляющем ин­ верторе и управляемых различны (могут отличаться на удвоенную величину отклонения); кроме того, нужно учесть ток /кд в резис­ торе RK.

4 6

С целью учета допусков на параметры воспользуемся в соответ­ ствии с изложенным выше наиболее простой методикой расчета по наихудшему сочетанию параметров. Допуски будем учитывать с помощью коэффициентов:

где Лн* — номинальное значение параметра; ЛЛ* — наибольшее допустимое изменение параметра.

Примем допуски на изменение напряжения на входе блока пи­ тания е'<1 и е">\, на отклонение напряжения от номинального на выходе блока питания при номинальном питающем напряжении 6'<1 и 6">1 (учитывается перекос напряжений относительно друг друга вследствие разбросов напряжений при регулировке блока, падения напряжения в соединительных'проводах) и на отклонение

4 7

от номинала и изменение сопротивления вследствие старения и действия температуры г'<Д и r"> 1.

Наихудшим сочетанием условий для тока смещения / см будет понижение напряжения Есм при достижении сопротивлением Есм верхней границы допуска. Тогда выражение (55) можно записать как

Расчетное значение сопротивления

Для наихудшего сочетания условий, учитывая, что напряжения Еб и Есш меняются одновременно на всех логических элементах схемы, а худшим случаем является относительное понижение на­ пряжения Еб и повышение Есш, найдем ток управления

Этот ток управления имеет смысл для случая, когда для рас­ сматриваемого элемента управляющим является такой же элемент, питающийся от данного источника.

Если же для рассматриваемого элемента управляющим являет­ ся элемент с другим источником питания, то с учетом допусков при минимальном напряжении питания максимальный ток управления

4 8

Во многих случаях в качестве усилителя небольшой мощности целесообразно применять схемы, которые на входе позволяют осу­ ществлять также логические операции. В отличие от логического элемента, нагрузкой которого являются такие же логические эле­ менты или диодные приставки И и поэтому основной показатель — коэффициент разветвления по выходу, усилитель может иметь про­ извольную нагрузку, например, в виде сигнальных ламп, выходных реле, сложных матричных дешифраторов и др. В этом случае коэф­ фициент разветвления в прямом смысле не имеет значения. Основ­ ными показателями являются выходной ток / н и напряжение С/н. Важен, конечно, и коэффициент усиления по току (который в прин­ ципе аналогичен коэффициенту разветвления). Усилитель обычно рассчитывают на заданный ток нагрузки. Искомой величиной в об­ щем случае может быть либо коэффициент усиления транзистора В, либо сопротивление Не­

обычно приходится считаться с тем, что выбор типа транзисто­ ра и коэффициента усиления ограничен, поэтому удобнее в расче­ те задаваться коэффициентом усиления и определять Не и /у. Ве­ личину Не можно выразить так

сопротивления смещения по методу наихудшего сочетания измене­ ний параметров определяющим граничным условием является

49