66. Цифровые ис. Основные параметры.

Логический элемент (логический вентиль) – это электронная схема, выполняющая некоторую простейшую логическую операцию.

БЛЭ может быть реализован в виде отдельной ИМС, очень часто ИМС содержит несколько БЛЭ. БЛЭ используются в цифровой электронике для преобразования цифровых сигналов.

Графические обозначения БЛЭ:

Выделяют следующие классы БЛЭ:

1. резисторно – транзисторная логика (РТЛ)

2. диодно – транзисторная логика (ДТЛ)

3. транзисторно – транзисторная логика (ТТЛ)

4. транзистороно-транзисторная логика с диодами Шотки (ТТЛШ)

5. эмитерно – связвнная логика (ЭСЛ)

6. логика на основе МОП (МДП)

7. на основе комплиментарных ключей (КМОП)

8. Логикка на основе арсенида галия.

66. Схемы РТЛ.

A B F

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

F=A+B

66. Схемы ДТЛ.

Д1, Д2, R-“U”,конъюкция

-“Не” инвектор

Дсм1, Дсм2 Uб отн-но (,) Езап-для запирания транзистора при открытых диодах A B F операция U-Не

0 0 1 F=A*B

0 1 1

1 0 1

1 1 0

69. ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика.

Характерной особенностью ТТЛ является использование многоэмитерных транзисторов.

Упрошенная схема ТТЛ –элемента НЕ-И:

Если мысленно заменить моногоэмитерный транзистор диодами, то получим диодно – транзисторную логику.

Характеризуются:

1.напряжение питания.

2.Выходное напряжение низкого уровня

3.Выходное напряжение высокого уровня

4.Помехоустойчивость

5.Среднее время задержки распространения сигнала

6.Максимальная рабочая частота

Для увеличения быстродействия ТТЛ используют транзисторы с диодами Шотки (транзисторы Шотки).

A B F

0 0 1 операция U-Hе F=A*B

1 0 1

1 1 0

Недостатки схемы- низкие нагрузочные способности

При увеличении нагрузок –увеличивается ток, увеличивается Urk1, Uk:

Uk <Uл

63. Транзисторы с инжекционным питанием.

Биполярные транзисторы с инжекционным питанием - класс полупроводниковых приборов, появившихся в результате развития интегральной технологии. На их основе выполняются экономичные логические элементы, запоминающие устройства, аналого-цифровые преобразователи и т.д.

Отличительной особенностью биполярных транзисторов с инжекционным питанием является наличие дополнительной области с электропроводностью того же типа, что и у базы транзистора, т.е. дополнительного p-n-перехода. Дополнительная область носит название инжектора. Таким образом, транзистор с инжекционным питанием представляет собой четырехслойную структуру p1 - n1 - p2 - n2, в которой можно выделить два транзистора n2 - p2 - n1 и p1 - n1 - p2, соединенных между собой. Дополнительный p-n-переход между областями p1 и n1 называется инжекторным.

Предположим, что эмиттер и база транзистора разомкнуты, а к инжекторному p-n-переходу подключено напряжение UИЭ, смещающее его в прямом направлении. Пусть к коллектору приложен запирающий потенциал UKЭ. Тогда из области инжектора в область эмиттера инжектируются дырки, а из эмиттера в инжектор - электроны. В эмиттерной области у инжекторного p-n-перехода возникает избыточная концентрация дырок, которые в течениикомпенсируются электронами, поступающими в цепь эмиттера от внешнего источника. Вследствие диффузии носители заряда - дырки движутся от инжекторного перехода вглубь эмиттера. Достигнув эмиттерного перехода, дырки захватываются его полем и переходят в область базы, частично компенсируя заряд отрицательно заряженных ионов акцепторной примеси. Часть электронов, пришедших к переходу вместе с дырками, компенсирует заряды положительно заряженных ионов донорной примеси. Это приводит к снижению потенциального барьера эмиттерного p-n-перехода и уменьшению его ширины, т.е. этот переход смещается в прямом направлении. В результате смещения эмиттерного p-n-перехода оставшаяся часть электронов, пришедших с дырки, перемещается в область базы, что эквивалентно их инжекции из области эмиттера. Дырки в базе, не рекомбинировавшие с ионами, обеспечивают ее электронейтральность. Эти дырки диффундируют вглубь базы к коллекторному переходу и, достигнув его, аналогичным образом смещают в прямом направлении. Таким образом, и эмиттерный, и коллекторный переходы транзистора n-p-n-типа смещены в прямом направлении, что характеризует режим насыщения транзистора, обозначенного на эквивалентной схеме VT1. В режиме насыщения сопротивление транзистора и падения напряжения на нем малы и его можно рассматривать как замкнутый ключ. Последнее выполняется в случае, когда максимальный ток источника внешнего напряжения, создающего на коллекторе потенциал UKЭ, меньше или равен IK НАС.

Если базу (p2) соединить с помощью ключа с эмиттером, то дырки, достигшие эмиттерного перехода, проходят в базу и компенсируются электронами из внешней цепи. В этом случае потенциальный барьер эмиттерного перехода остается неизменным и инжекция электронов в цепь базы через эмиттерный переход отсутствует. В цепи базы будет протекать ток, вызванный движением электронов, рекомбинирующих с дырками: , где- коэффициент передачи эмиттерного (инжекторного) тока транзистора VT2. В коллекторной цепи ток практически отсутствует (равен IKБО), т.к. коллекторный переход смещен в обратном направлении. Транзистор работает на границе активного режима и режима отсечки. Это состояние соответствует разомкнутому ключу. Напряжение UKЭ зависит от сопротивления в коллекторной цепи и источника внешнего напряжения.

Таким образом, биполярный транзистор с инжекционнным питанием является ключом, который находится в замкнутом состоянии при разорванной цепи базы и в разомкнутом состоянии, если цепь базы соединена с эмиттером. Это позволяет представить его в виде эквивалентной схемы с биполярным транзистором и источником тока IГ между эмиттером и базой.

В интегральных микросхемах используют конструкции, в которых у одного транзистора имеется несколько коллекторных областей, а также применяют схемы с инжектором, общим для группы транзисторов. Соединенные между собой биполярные транзисторы с инжекционным питанием образуют логические элементы - TTL. Схемы на транзисторах с инжекционным питанием нормально функционируют при изменении питающих токов в широких пределах. С увеличением тока их быстродействие увеличивается, но при этом возрастает потребляемая мощность.