Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ. Методическое пособие по выполнению курсового проекта «Проектирование конструктивных модул

tрас - время рассасывания;

tнас.VT2 - время, в течение которого транзистор VT2 входит в насыщение;

т = 1 / (2 fт) - время пролета носителей через базу транзистора ; fт - граничная частота усиления транзистора;

Iкз = (Uип - Uкэнас.VT2 - U VD - Uкэнас.VT3)/R4 - ток короткого замыкания.

22

Обычно т = 0,3 нс при fт = 500 МГц; С0 + С1 = 6 пФ; Сбэ = 1 пФ; С2 = 4 пФ;

Сп.вых = 8 пФ; Rк2 = 10 Ом; Сэ1 = Ск1 = 2 пФ; для VT2, VT3 Сэ = Ск = 4 пФ;

Принимаем fп = 8 МГц; Сэ1 = 2 пФ; Сэ3 = 4 пФ, Сбэ = 1 пФ; С0 + С1 = 6 пФ;

Интегральные микросхемы (ИС) типа ТТЛ наряду с приходящими им на смену ИС типа ТТЛШ имеют наиболее обширную по функциональному назначению номенклатуру среди выпускаемых ИС малой и средней степени интеграции. Они находят широкое применение в ЭВМ и устройствах автоматики. Электрические параметры некоторых наиболее популярных серий интегральных микросхем типа ТТЛ и ТТЛШ отечественного производства приведены в табл. П 2.1 (прил. 2).

Примечание: Кроме основной схемы элемента ТТЛ (рис. 2) для улучшения ее параметров используется значительное число различных ее модификаций. При использовании в выходном каскаде составных транзисторов VT3, VT5 (рис. 3) для повышения нагрузочной способности в выключенном состоянии элемента значительно увеличивается коэффициент

усиления по току В' выходного транзистора VT5 (В' = В2). В результате элемент обеспечи-

вает Uвых при больших токах Iвых, а также уменьшение времени t0,1. Кроме того, наличие в этой схеме двух p-n переходов (переходы б-э транзисторов VT3,VT5), подключенных к коллектору транзистора VT2, позволяет обеспечить надежное запирание составного транзистора

VT3,VT5 при Uвых = U0 без использования диода VD (рис. 2).

5.2. Элемент транзисторно-транзисторной логики на диодах и транзисторах Шоттки (ТТЛШ)

Использование диодов и транзисторов Шоттки в схемах ТТЛ позволяет повысить быстродействие последних. Диод Шоттки VD (рис. 3), открываясь

23

Рис. 3. Схема построения и обозначение транзистора Шоттки

при напряжении U ≈ 0,3 В, фиксирует этот уровень напряжения на коллекторном переходе, не позволяя переходу открываться, а транзистору войти в режим насыщения.

Рис. 4. Схема логического элемента ТТЛШ с составным транзистором в выходном каскаде

Применение диодов и транзисторов Шоттки позволяет либо значительно уменьшить, либо полностью исключить время рассасывания избыточного заряда в транзисторной схеме и, таким образом, снизить задержку включения. Выигрыш в быстродействии в этой схеме (рис. 4) приводит к некоторому ухудшению статических параметров элемента, в частности к понижению порогово-

го напряжения и повышению U0вых, что обусловливает ухудшение параметров помехоустойчивости по сравнению с основной схемой элемента ТТЛ (см. рис.2):

U0вых = Uост.ш = U* - U*ш ,

24

где U*, U*ш - падение напряжения на открытом переходе транзистора и диоде Шоттки соответственно.

Uпор = 2 U* - Uост.ш = U* + U*ш .

Запас помехоустойчивости по уровню "0" при температуре окружающей среды Т = 20о С

( Uп ) U0п = Uпор - U0вых = 2 U*ш 0,8 В.

В остальном методика расчета ЛЭ типа ТТЛШ соответствует вышеприведенной методике для ЛЭ типа ТТЛ.

Электрические параметры некоторых наиболее популярных серий интегральных микросхем типа ТТЛ и ТТЛШ отечественного производства приведены в табл. П 2.1 (прил. 2).

5.3. Элемент эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ)

ЭСЛ имеют высокое быстродействие, т.к. применение на выходах эмиттерных повторителей обеспечивает ускорение процесса перезарядки ёмкостей, подключённых к выходам. Транзисторы включены по схеме, близкой к схеме включения с общей базой, что улучшает частотные характеристики транзисторов и ускоряет процесс их переключения.

Рассмотрим принципиальную электрическую схему (рис.5) элемента ЭСЛ. Исходные данные:

напряжение источника питания Uип = -5 B;

коэффициент объединения по входу Kоб.вх = 3;

коэффициент разветвления Kраз = 20;

коэффициент усиления транзисторов в статическом режиме β = 30;

емкость нагрузки Cн = 30 пФ;

мощность потребления Рср = P = 80 мВт;

полярность логики положительная;

уровень напряжения U0вх = U0вых = U0 = - 1,6 В;

25

уровень напряжения U1вх = U1вых = U1 = - 0,8 В;

уровень опорного напряжения Uоп = - 1,2 В;

граничная частота усиления транзисторов fт = 800 МГц;

время перехода из состояния "0" в состояние "1" для входного сигнала

t0,1вх = 3 нс;

время перехода из состояния "I" в состояние "0" для входного сигнала

t1,0вх = 2 нс;

температура окружающей среды T = 20о C.

Рис. 5. Схема логического элемента ЭСЛ

Принимаем падение напряжения на открытом p - n переходе транзисторов (в том числе транзисторов нагрузки) и диодов одинаковыми, т.е.

UбэVT = UбэVTп = UD = U* = 0,7 В при Rб = 50 кОм.

5.3.1. Расчёт статических параметров 5.3.1.1. При типовых значениях параметров компонентов для микросхем

ЭСЛ оптимальное значение резисторов следует выбирать из соотношения:

(Rк /Rэп)опт = 0,2 ... 0,4 при C1 / C2 = 0,1 ... 0,2, (34)

где C1 - эквивалентная ёмкость на коллекторах транзисторов VT1…VT3; C2 - ёмкость на выходе транзистора VT6;

5.3.1.3. Мощность, потребляемая элементом ЭСЛ с учётом коэффициентов разветвления и формул (35) и (37), определяется соотношением

27

5.3.1.4. Исходя из (35), (37) и (39) находим значения сопротивлений резисторов:

5.3.1.5. Входной ток логической "1" (через каждый открытый эмиттерный переход)

I1вх = 0,09 мА.

5.3.1.6. Входной ток логического " 0 " , определяемый сопротивлением ре-

зистора Rб в цепи базы закрытого транзистора, составит:

5.3.1.10. Напряжение статической помехоустойчивости по уровням "0" и

"1":

28

Подставив числовые значения, получим

29

Pэп = 40,3 мВт.

5.3.1.17. Мощность потребляемая источником опорного напряжения составит:

5.3.1.18. Суммарная мощность потребления элементом (одинаковая для со-

5.3.1.22. Выходное сопротивление элемента, когда на выходе действует напряжение логического "0":