2.3. Элементы ттл, ттлш

2.3.1. Элемент ттл с простым инвертором.

На рис.2.4, представлена схема элемента И-НЕ ТТЛ с простым инвертором. Схема элемента состоит из многоэмиттерного транзистора VT1, выполняющего логическую операцию И, и транзисторного ключа инвертораVT2. На выходе элемента реализуется функция И-НЕ.

Рис. 2.4. Схема элемента И-НЕ ТТЛ с простым инвертором

2.3.2. Элемент ттлш с простым инвертором.

Транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки (ТТЛШ) является одним из распространенных типов элементной базы цифровых логических микросхем различной степени интеграции, используемых в устройствах цифровой автоматики и вычислительной тех­ники.

Наиболее эффективными для быстродействующих СБИС высокой функциональной сложности являются известные базовые ЛЭ, включающие быстродействующий ключевой транзистор, ра­ботающий в ненасыщенном режиме, и схему логической обработки сигналов на входе или выходе ключевого элемента.

На рис. 2.5,а приведена основная электрическая схема ЛЭ ТТЛШ такой структуры. Схема содержит ключевой транзисторVT2 с дио­дом Шоттки, в котором ограничение насыщения обеспечивается дио­дом Шоттки, и логическую схему с функцией И на основе МЭТVTI. Такая схема имеет невысокий порог переключения (U_Т ~ 0,5 В), широкий диапазон напряжений питания, высокое быстродействие.

а) б)

Рис. 2.5. Электрические схемы базовых логических элементов ТТЛШ СБИС:

а – основная схема логического элемента;

б – логический элемент с ограничением перепада напряжений диодами

На рис.2.5,бприведен вариант схем ЛЭ ТТЛШ такого типа с улучшенными ха­рактеристиками, а именно повышение быстродей­ствия достигается за счет ограничения логического перепада напряжений ΔU_Т, на выходе ЛЭ с помощью диодной цепочкиVDI,VD2.

2.3.3. Схемы ттл/ттлш логики со сложным инвертором

Серия К155

На рисунке 2.6 представлена схема логического элемента серии К155. Схема состоит из следующих каскадов: входного многоэмиттерного транзистора VT1с малым инверсным коэффициентом усиления по току, фазорасщепляющего каскада, постоенного на проходном транзистореVT2 (этот каскад работает в режиме с малым рабочим током и имеет малые емкостиp-nпереходов); выходного каскада (VT4,VT3). ТранзисторVT3 рассчитан на большой рабочий ток и имеет малое время выхода из режима насыщения при переключении схемы. Через этот транзистор стекают на общую шину входные токи ключей-нагрузок.

Рис 2.6. Схема базового логического элемента серии К155

Высокое быстродействие микросхем ТТЛ при большой емкостной нагрузке объясняется тем, что как заряд, так и разряд нагрузочной емкости происходит через низкоомную выходную цепь. Однако при переключении выходных транзисторов есть момент, когда они оба открыты. Из-за этого в цепи питания схемы возникают кратковременные, но мощные импульсы тока, которые могут привести к появлению импульсов помехи. Во избежание этого в аппаратуре, построенной с применением микросхем ТТЛ, необходимо создавать цепи питания цифровых микросхем с малой индуктивностью проводников и предусматривать развязку между соседними платами устройства.

При U_вх1=0 (на один из эмиттеров транзистора VT1 подан потенциал «общий») переход база–эмиттер транзистораVT1 открыт, но образующийся при этом потенциалU_бVT1= 0,8 В не может открыть триp-nперехода: база–коллектор транзистораVT1, база–эмиттер транзистораVT2 иVT3 (для отрывания этой цепи необходим потенциал примерно 3∙0,6 = 1,8 В). Потенциал на базе транзистораVT3 близок к нулю, и транзисторVT3 закрыт. Потенциал на коллектореVT2 и базеVT4, близкий к напряжению источника питания +5В, открывает переход база–эмиттер транзистораVT4, вызывая токI¹_вых.

При увеличении U_вх (на всех эмиттерных входах транзистораVT1) до значения порогового напряженияU_пор1=0,8 В транзисторVT2 начинает открываться, но транзисторVT3 ещё закрыт, при дальнейшем увеличенииU_вхдоU_пор2=1,25 В транзисторVT2 открывается, а транзисторVT3 только начинает открывается.

Дальнейшее увеличение U_вхприводит к увеличению потенциала на базе транзистораVT1 до 1,2 В. Этого вполне достаточно, чтобы открыть два перехода: база–коллектор транзистораVT1 и база–эмиттер транзистораVT2. ТранзисторVT2 открывается, ток через резисторR2 увеличивается, что вызывает уменьшение напряженияU_кVT2. В базу выходного транзистора включена корректирующая цепочка, состоящая из резисторов из резисторовR3 иR6 и транзистораVT6. Эта цепочка позволяет получить передаточную характеристику, по форме близкую к прямоугольной, и тем самым повысить помехозащищенность схемы в состоянии «1».

Сопротивление корректирующей цепочки имеет малую зависимость от температуры, что обеспечивает ряд особых свойств схемы. При повышенной температуре (125 ^оС) время рассасывания для транзистораVT6 мало, что способствует быстрому выключению схемы. Это, в свою очередь, уменьшает импульсный ток короткого замыкания (когда транзисторыVT4 иVT3 открыты одновременно), а значит и динамическую мощность потребления. При пониженной температуре (–60^оС) сопротивление корректирующей цепочки высоко, что увеличивает ток включения транзистораVT3 и приводит к уменьшению времени включения схемы.

В выходном каскаде применена схема Дарлингтона (транзисторы VT5 иVT4), позволяющая повысить коэффициент усиления выходного транзистора по току и поэтому обеспечить примерно равные значения выходных сопротивлений схемы при её включении (определяется верхним эмиттерным повторителемVT4) и выключении (определяется насыщенным транзисторомVT3).Это дает почти одинаковые задержки распространения сигнала при включении и выключении схемы.