2 Елементи транзисторно-транзисторної логіки

Основою ТТЛ-елементів є потенційний інвертор із перемиканням базового струму [2].

Ттл-елемент і–не із складним інвертором

Принципова схема ЛЕ представлена на рисунке 9.2. Вона є базовою для мікропотужної серії 134.

Рисунок 9.2

Склад схеми

–багатоемітерний транзистор, що реалізує операцію «І».

, ,– фазоінверсний каскад.

, ,,– двотактний вихідний каскад.

Два останні каскади і утворюють разом схему складного інвертора

Джерело живлення .

Принцип дії. Логічний елемент функціонує у позитивній логіці з наступними логічними рівнями: ;. Нехай на всі ходи подаються логічні «одиниці»

.

Всі емітерні переходи транзистора закриті і струмперемикається у базу транзистора, який від цього відкривається і переходить до РН. Зростання струму черезприводить до збільшення спадів напруги на опорахі. Напруга на колекторізменшується, а напруга на емі­тері(на базі) збільшується. Транзисторвідкривається, шунтуючи опірі викликаючи подальше зменшення потенціалу колектора. Внаслідок цього транзисториіпереходять до РН, тобто

, .

Транзистор закривається, бо напруга між колекто­рамиістає меншо ю, ніж сумарний поріг відкривання транзистораі зміщувального діода. Відтак, основне призначення діодаполягає в забезпеченні надійного закриванняпри насиченні транзисторіві.

Вихідна паразитна ємність швидко розряджа­ється через відкритий і насичений транзистор.

При надходженні хоча б на один із входів ЛЕ логічного «нуля» перехід по першому емітеру вмикається прямо (відкривається), і базовий струмперемикається у вхідне коло. Транзисторзакривається. Напруга колекторазростає, а напруга емітеразменшується. Транзисторвідкривається, і протягом короткого часу (поки ще не закритий) через вихідний каскад протікає значний струм. Для його обмеження призначений опір. Далі транзисторзакривається (переходить до РВ), а транзистор– відкритий і перебуває в АР. Напруга на виході ЛЕ

,

де – сумарний спад напруги на,і діоди. Оскільки, тому в цій схемі.

Паразитна ємність швидко заряджається від джерела живлення через малий вихідний опір емі­терного повторювача на транзисторі. Це зумовлюєшвидкодію даної схеми.

Високу завадостійкість пристрою забезпечує наявність фазоінверсного каскаду, який збільшує загальний коефіцієнт підсилення і крутизну СПХ ЛЕ. Внаслідок цього схема спрацьовує (відкривається) при більшому значенні амплітуди завади .

В будь-якому стані ТТЛ-елемента один із транзисторів вихідного каскаду (або емітерний повторювач на , або інвертор на) постійно буде проводити струм, забезпе­чуючи надходження достатнього струму до навантаження. Це визначає високий рівеньнавантажувальної здатності схеми на рисунку 9.2.

Базовий логічний елемент 133 і 155 серій

Базовий елемент стандартних серій побудо­ваний за схемою рисунка 9.3.

Рисунок 9.3

На входах ЛЕ зазвичай вмикаються діоди , які обмежують амплітуду негативних завад. Замість опору(рис. 9.2) до бази вихідного транзисторапідключений корегуючий ланцюжок, який дозволяє одержати СПХ за формою, близькою до прямокутної (рис. 9.4, пунктир), що забезпечує підвищення завадостійкості ТТЛ-елемента. Покажемо це.

Рисунок 9.4

У схемі ЛЕ зі складним інвертором рисунка 9.2 СПХ має нахил на ділянці АВ (рис. 9.4). При вхідній напрузі В транзистори ізакриті і перебувають у РВ. Вихідна напруга В.

Коли ж вхідна напруга досягає 0,7 В, транзистор починає відкриватися, струмі спад напруги на опорізростають. Потенціал на колекторіі напруга на базі() зменшуються, і оскільки транзисторпрацює наразі в АР як емітерний повторювач, то напруга також зменшується (ділянка АВ на СПХ рисунка 9.4).

Оскільки транзистор наразі закритий, то струмтече через. Нахил СПХ на ділянціАВ тим менший (тобто вихідна напруга зменшується зі зміною вхідної тим повільніше), чим більше буде відношення опорів . Тому для збільшенняі завадостійкостітреба збільшувати опір.

Це надає СПХ форми близької до прямокутної (нахил ділянки АВ зменшується). Втім у схемі ЛЕ рисунка 9.2 збільшувати величину недоцільно, бо струмобмежується цим опором, а цей струм викликаний процесом розсмокту­вання неосновних носіїв у базіпри переході транзистора з режиму насичення до режиму відсікання (закриванні). Це призводить до зменшення швидкодії ЛЕ при перемиканні (переході).

З цієї причини в схеми базового ЛЕ (рис. 9.3) резисторзаміняється на коригувальний ланцюжок,,(рис. 2.14). Резисторв ньому має малий опір (Ом). Скоригована СПХ показана на рисунку 9.4 пунктиром. У цьому випадку і транзистори ,, і транзистор коригувального ланцюжкавідкри­ваються практично при одній і тій самій напрузі(а не 0,7В, як у попередній схемі).

Відтак завадостійкість зростає на 0,7В: коригувальний ланцюжок зміщує поріг вмикання ЛЕ в бік більших напруг.

У разі, коли до ЛЕ ставлять підвищені вимоги щодо швидкодії, то стандартні схеми (рис. 9.2 і 9.3) мають бути споряджені не звичайними інтегральними БТ, а транзисторами з бар’єром Шотткі (див. лекцію 6). Такі ЛЕ називаються ТТЛШ-елементами і вони є базовими для серій 530, 531.

Наостанок наведемо деякі параметри розглянутих ТТЛ-елементів.

Логічні рівні: , .

Пороги перемикання ,.

Статична завадостійкість

; .

Коефіцієнт об’єднання за входом .

Коефіцієнт розгалуження за виходом .

Швидкодія ТТЛ-елементів

(ТТЛШ ).

Споживана потужність ,

для 134 серії .

Чим більша частота перемикання ЛЕ, тим більша їх споживана потужність.

Лекція 10