Компьютерная схемотехника

Лекция 2. Цифровые микросхемы транзисторно-транзисторной логики

Показатели ТТЛ

Микросхемы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) широко применяются в цифровой аппаратуре. В них удачно сочетаются такие функциональные показатели:

-хорошее быстродействие;

-относительно высокая помехоустойчивость;

-высокая нагрузочная способность;

-умеренное потребление энергии.

Базовый элемент ТТЛ

Схема базового логического элемента 4И-НЕ стандартной серии К155 приведена на рисунке.

Каскады базового элемента

В схеме базового элеменгта можно выделить следующие каскады:

-входной (транзистор VT1, диоды VD1–VD4 и резистор R1);

-фазорасщепительный (транзистор VT2, резистор R2, а также корректирующая цепочка на транзисторе VT3 и резисторах R3, R4);

-выходной (транзисторы VT4 и VT5, диод VD5, резистор R5).

Диоды VD1-VD4 (антизвонные диоды) служат для защиты входного транзистора VT1 при поступлении на вход отрицательного выброса напряжения.

Основная особенность ТТЛ – применение многоэмиттерного транзистора (МЭТ), у которого несколько эмиттеров объединены общей базой. Эмиттеры расположены так, что непосредственное взаимодействие между ними через участок базы отсутствует. Поэтому МЭТможно рассматривать как совокупность нескольких независимых транзисторов с объединенными коллекторами и базами. Такой транзистор занимает меньшую площадь, а следовательно, имеет малую паразитную емкость, благодаря чему повышается быстродействие.

Работа элемента ТТЛ

Пусть один или несколько входов подключены к общей шине (непосредственно или через выходной транзистор предыдущего каскада). В этом случае соответствующий эмиттерный переход транзистора VT1 окажется смещенным в прямом направлении, поскольку потенциал базы выше потенциала эмиттера. Возникнет ток в цепи:

На базе транзистора VT1 установится напряжение равное 0.8 В, которого недостаточно для отпирания трех переходов:

- коллекторного перехода транзистора VT1;

-эмиттерного перехода транзистора VT2;

-эмиттерного перехода транзистора VT5.

Работа элемента ТТЛ

Через резистор R2 протекает ток утечки транзистора VT2 и базовый ток транзистора VT4. Если при этом отсутствует нагрузка между выходным выводом и общей шиной, то ток через транзистор VT4 и диод VD5 мал. Напряжение на коллекторе транзистора VT2 будет близко к напряжению питания, а напряжение на выходе схемы будет ниже напряжения коллектора транзистора VT2 на величину UБЭVT4 + UпрVD5.

Рассматриваемый элемент выполняет операцию И-НЕ, поскольку на входе – низкое напряжение, а на выходе – высокое.

Максимальное напряжение на базе VT1, при котором еще закрыт транзисторы VT1, VT2 и VT5, составляет 1,5 В. Поэтому для обеспечения высокого выходного напряжения входное не должно превышать Uвх0 1,5 - 0,8 = 0,7 В.

Работа элемента ТТЛ

При подаче на все входы напряжения высокого уровня транзистор VT1 работает в инверсном режиме, так как эмиттерный переход смещен в обратном направлении, а коллекторный – в прямом. Транзисторы VT2 и VT5 открываются. На базе транзистора VT1 формируется напряжение 2,4 В.

Когда транзистор VT5 открыт и насыщен, напряжение UБЭVT5 = 0,8 В, а для насыщенного транзистора VT2 напряжение UКЭVT2 = 0,2 В, то напряжение на коллекторе VT2 относительно общей шины составит 1 В. Отсюда становится ясной роль диода VD5, так как без него на входе транзистора VT4 действовало бы напряжение UБЭVT4 = 1 - 0,2 = 0,8В и этот транзистор оказался бы открыт. Поскольку для отпирания как эмиттерного перехода транзистора, так и перехода диода требуется напряжение 0,8 В, то они оба надежно закрыты.

Работа элемента ТТЛ