книги из ГПНТБ / Ицхоки Я.С. Импульсные и цифровые устройства [учебник]

входов приводит к большему смещению нагрузочной прямой. Схема работает правильно, если при к = т — 1 нагрузочная прямая рас­ полагается н и ж е пика характеристики ТД, а при k — m она проходит в ы ш е пика этой характеристики; в последнем случае возникает переходный процесс, приводящий систему к состоянию

> Таким образом, только при возбуждении всех вхо­

дов схемы II на выходе образуется высокий потенциал. Следова­ тельно, рассматриваемая схема выполняет операцию И.

12. Как показывает анализ, надежная, работа схемы И (с уче­ том влияния выходной цепи, если она идентична входной цепи) достигается лишь при минимальном числе входов m — 2. Свойства

Рис. 34.

схемы И на ТД существенно улучшаются (допустимо иметь m > 2) при включении последовательно с источниками еі обращенных дио­ дов или при применении комбинированных схем на ТД и транзи­ сторах [160, 161].

С Л О Ж Н Ы Е И КОМБИНИРОВАННЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

§ 21.1. ДИОДНО-ТРАНЗИСТОРНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ (ДТЛС)

1. Диодно-транзисторная логика (ДТЛ). Диодные схемы не содержат активных элементов. Поэтому рабочий пере­ пад выходного потенциала ДѴН в таких схемах всегда мень­ ше перепада входного потенциала Д £ . Это приводит к за­ туханию сигналов, проходящих через несколько логичес-

500

ких элементов (см. § 19.2, п. 5). Для устранения такого не­

достатка на выходе диодной схемы устанавливают активный •элемент в виде транзисторного инвертора, который вос­

станавливает исходные уровни потенциалов. Образуемая

таким образом комбинированная логическая схема назы­ вается диодно-транзисторной логической схемой (ДТЛС) или, как говорят, схемой с диодно-транзисторной логикой

(ДТЛ). Промышленность выпускает такие схемы в микро­ модульном и интегральном исполнении [200, 202-, 2051.

2. ДТЛС относятся к классу комбинированных (состав­ ных) логических схем с двумя ступенями преобразования информационных сигналов. В 1-й ступени выполняется либо операция ИЛИ, либо операция И, для. чего исполь­ зуются диодные логические схемы. Во 2-й ступени — тран­ зисторном инверторе — производится инвертирование сиг­ нала, т. е. выполняется операция НЕ. Таким образом ДТЛС имеют логическую структуру вида ИЛИ—НЕ или И—НЕ. Однако считается, что о с н о в н о е логическое преобра­

зование производит 1-я ступень. Поэтому ДТЛС называют иногда логическими схемами со входной логикой.

3. Принцип работы ДТЛС. На рис. 1 изображена схема ДТЛС с резисторной связью между диодной схемой и ин­ вертором на транзисторе типа п-р-п., работающим в клю­

чевом режиме. Подобная схема обычно применяется для

Вход е0 используется, если надо осуществить только опе­ рацию инвертирования; при этом остальные входы не воз­ буждаются. При выполнении же логической операции над

нелинейный характер нагрузки диодной схемы. Режим ра­ боты транзистора устанавливается таким, чтобы даже при возбуждении k = m — 1 входов диодной схемы транзистор оставался запертым (Ѵн — Ѵ"а = 'ЕЯ-+ 1). При этом в за­

(имеется в виду режим В работы диодной схемы), при кото-

501

ром транзистор отпирается и насыщается (Ѵ„ = Ѵ'„ —

=Ѵка-+0).

Свяжем потенциалы et, Va и Ѵп с логическими перемен­ ными X, у , г: ві -> X, Va-*- у , VR-+ z. Тогда рассмотренные выше логические преобразования можно описать равенст­ вами, выражающими операцию И—НЕ:

выполняет логическую операцию ИЛИ—НЕ. В самом деле,

= Va — Е" -*- 0; при этом транзистор насыщен и выходной потенциал Ѵв = V в — Vки-± 1.

6. Для реализации операции И—НЕ в о т р и ц а т е л ь н о й логике или же операции ИЛИ — НЕ в положительной логике мож­ но применить ДТЛС, отличающуюся от приведенной на рис. 1 толь­

7 . Режимы работы ДТЛС рассмотрим на примере схемы, выполняющей операцию И—НЕ в положительной логике (рис. 1 и 2). Здесь в диодной схеме И также возможны режи­ мы А, В и С (см. § 20.2, п. 4), но выбор параметров схемы должен производиться с учетом требований к надежной работе транзисторного инвертора. В этом смысле предпочти­ тельным является режим В, при котором получается наи*

602

больший рабочий перепад АѴор потенциала VQ. Это облег­ чает обеспечение двух крайних режимов работы транзисто­ ра — отсечки и насыщения.

При отпирании транзистора его входное сопротивление, определяющее нагрузку диодной схемы, резко падает. По­

i l l

Рис, 3.

Рассмотрим , каким образом обеспечивается нужный ре­ жим работы ДТЛС в диапазоне температур.

8. Обеспечение надежного запирания транзистора. Нуж­ ный для этого режим работы следует установить примени­ тельно к ситуации, возникающей при возбуждении k — m —

— 1 входов (рис. 1 и 2). Соответствующая такому состояниюсхема входной цепи транзистора изображена на рис. 3, а, где диодная схема представлена одной невозбужденной вет­ вью, в которой диод отперт. Поэтому сопротивление такой

503

транзистора имеет э. д. с и. внутреннее сопротивление, выражаемые равенствами

R6(EG + E6)

Яу = Я 0 І К * і + Ао). (21.5)

Для обеспечения надежного запирания транзистора по­ требуем, чтобы при наивысшей температуре базовое на­ пряжение

/ я

Здесь коэффициент насыщения s выбирается согласно ука­ занному в § 8.2, п. 18, а ток базы находится из схемы рис. 4:

R + Rt. • Re

Это приближенное равенство справедливо при условии, что управляющее сопротивление

604

где эквивалентное входное сопротивление транзистора RaX выражается формулой (8.31). В противном случае ток ба­ зы должен находиться согласно указанному в § 8.2, п. 21.

П . Повышение помехоустойчивости Д Т Л С . Выпус­

каемые промышленностью ДТЛС отличаются от рассмот­

был близок к нулю (рабочая точка диодов находится у ниж­

чения диодов), если предварительно произвести инверсию входных сигналов и на выходе схемы И установить инвертор (рис. 6). В са­ мом деле, после инверсии входных сигналов е; -*• я; получим сиг­ налы и-ѵ Свяжем с этими сигналами логические переменные уі (ui -> iji) в о т р и ц а т е л ь н о іі логике (рис. 7). В этом случае логические переменные х\ и уі тождественно равны. Поэтому в смыс­ ле логических преобразований безразлично, над какой из них вы­ полнять логические операции. Но поскольку переменные уі соот­ ветствуют отрицательной логике, для выполнения операции ИЛИ можно использовать показанную иа рис. 6 диодную схему. При этом, когда все входы диодной схемы не возбуждены (k = Ö), т. е. сигналы «j = Е" •* уі = 0, потенциал VG — Va = Е" ->- у с = О,

рицательна). Если же хотя бы на одном из входов сигнал и, => = Е' -+ уі == 1, то потенциал Ѵа = Va = Е' -* у 0 — 1, а вы­

ношении переменных ІД ДТЛС (рис. 6) выполняет логическую опе­

рацию ИЛИ — НЕ в отрицательной логике:

505

Учитывая, однако, что исходные переменные хі выражены в поло­

сматриваемое устройство в отношении сигналов ej выполняет

Таким образом, производя (когда нужно) инверсию по­ лярности логики (положительная отрицательная), мож­ но, используя диодную схему одного типа, выполнять как операцию ИЛИ, так и операцию И.

§ 21.2. ТРАНЗИСТОРНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ (ТЛС)

1. Транзисторная логика (ТЛ). Наряду с диодными на­ ходят применение логические элементы, выполненные на основе транзисторных ключей. Различают транзисторные логические схемы (ТЛС) с последовательным и параллель­ ным включением транзисторов. Формирование требуемых

506

уровней выходного потенциала в ТЛС осуществляется теми же элементами, которые выполняют логические преобразо­ вания. Поэтому ТЛС являются устройствами с совмещен­

выполнение логической операции И или операции ИЛИ, но также и инверсию выходного сигнала, что является след­

507

этому коллекторные токи обоих транзисторов близки к нулю.

раются и насыщаются, что достигается надлежащим выбо­ ром параметров схемы. При этом выходной потенциал Ѵн =

(см. табл. 1, а). При использовании транзисторов типа п-р-п ТЛС реализует логическую функцию И—НЕ при положи­ тельной логике и функцию ИЛИ—НЕ при отрицательной логике.

Достоинством ТЛС с последовательным включением транзисторов является отсутствие на выходе схемы пара­ зитного сигнала. Однако такие схемы могут применяться лишь при малом числе входов (т ^ 3), так как при m > 3 возникают трудности в обеспечении одинаковых условий работы всех входных цепей.

Методика выбора параметров и режима работы ТЛС с по­ следовательным включением транзисторов рассмотрена

влитературе [197].

4.ТЛС с параллельным включением транзисторов при­ меняются наиболее широко. Особенностью таких схем яв­ ляется о б ъ е д и н е н и е некоторых одноименных элект­

что входная и выходная цепи транзисторного каскада свя­

ключей, собранных по схемам ОЭ, ОБ, ОК., но у н е с к о л ь- к и х подобных транзисторных ключей некоторые элект-

5Q8

роды транзисторов объединяются и подключаются к общей нагрузке.

5. ТЛС с объединенными коллекторами и числом вхо­ дов m изображена на рис. 9. Выходной сигнал Ѵн снимается с общей коллекторной нагрузки RH. На рис. 9 пунктиром обведены цепи связи. В ТЛС с непосредственной связью цепь связи не содержит никаких элементов, и тогда следует полагать R — Ra, где Ra— внутреннее сопротивление ис­ точника ві(і = 1, 2, m) входных сигналов. В ТЛС с ре- зисторной связью элемент связи представляет собой сопро-

Рис. 9.

тивление R\ можно полагать, что это сопротивление учи­

операцию И—НЕ. В этом случае при применении транзис­

Параметры схемы выбираются таким образом, чтобы при любой рабочей температуре транзисторы в невозбужден­ ных ветвях (et = Е') были насыщены, а в возбужденных ветвях ißi = Е") были заперты. Тогда, если потенциал Е" -> -> 1 приложен не ко всем входам, то выходной потенциал равен коллекторному напряжению насыщенных транзис­ торов, т. е. Ѵн = Ѵ"н = L / k h - > 2 = 1. Лишь при прило­ жении ко всем входам потенциалов Е" 1 все транзисторы заперты и

табл. 16). При этом же режиме работы транзисторов й о т -

Б09