Elektronika_i_skhemotekhnika

отпирающем напряжении на переходе ограничивает напряжение на нѐм уровнем 0,3 В и транзисторы не входят в режим глубокого насыщения, как это было в предыдущей схеме, а только подходят к его границе. В результате уменьшается время запирания транзисторов.

Отказались от МЭТ, который имел очень большую площадь базы и соответствующий базовый конденсатор.

Для уменьшения входного тока при низком уровне сигнала Uснi 0,4 В применѐн диодный логический элемент (Дl, Д2, R1), в котором балластное сопротивление R1 увеличено в 5 раз по сравнению с ЛЭ 155 серии.

Для выравнивания времени заряда конденсатора Cн со временем его разряда через открытый транзистор Т5 в цепи заряда конденсатора вместо диода Д3 (см. рис.4) включѐн ещѐ один транзистор (Т4), образующий составной транзистор усилителя тока с коэффициентом усиления примерно равным произведению h21i, i=3,4.

Рис. 6. Транзисторно транзисторный компонент

Надежное запирание Т4 осуществляется при запертом ТЗ с помощью резистора R5, через который проходят начальный ток Iэ0 запертого транзистора ТЗ и обратный коллекторный ток Iк0 транзистора Т4. Подчеркнем, последний транзистор не является транзистором Шоттки, поскольку он работает как усилитель тока в линейном режиме и не входит в режим насыщения.

Кроме параметрического способа повышения быстродействия в схеме использован и структурный - все время запертый диод Шоттки Д5. Для ускорения разряда технологическогоконденсатора Сб4 при запирании транзистора Т4 используется емкость запертого р-n перехода Д5. В статическом состоянии диод практически не оказывает влияния на работу ячейки. При отпирании Т1 и Т5 к диоду Д5 прикладывается перепад напряжения

под действием которого и разряжается Сб4 через коллектор-эмиттер близкого к насыщению транзистора Т1 и переход база-эмиттер Т5. В этом выражении знак приближѐнного равенства принят из-за того, что напряжения

Uбэ* 4 и Uбэ* 5 равны в среднем. Сначала напряжение Uбэ* 4 больше напряжения

Uбэ* 5 открывающегося транзистора Т5. Затем, они постепенно меняясь в противоположные стороны, приходят к уровням напряжений, при которых

Следовательно, заряд, накопленный на конденсаторе Сб4, с помощью контура обратной связи (диод Д5, переход коллектор – эмиттер транзистора Т1, переход база – эмиттер транзистора Т5, общий узел) с одной стороны разряжается и быстрее закрывается транзистор Т4, но с другой стороны увеличивается ток базы Т5, что ведѐт к ускорению перехода этого транзистора из закрытого состояния в открытое.

Предпринятые меры позволили повысить максимальную частоту переключения Fmax элементов серии 555 до 15 МГц (Fmax=45 МГц для SN74LS). Но полученное в 555 серии быстродействие и рассеиваемая мощность на элементах не удовлетворяли потребителей.

Поэтому усилиями технологов и схемотехников фирм Fairchild в 1979 г. были разработаны логические элементы серии SN74F (КР1531, рис. 7), а фирмой TI в 1980 г. серия SN74ALS (КР1533) и в 1982 г., серия SN74AS (КР1530). Среди микросхем ТТЛ последняя серия является самой быстродействующей (для SN74AS tэ.cр = 1,5 нс; Fmax = 200 МГц). Как и в вышеперечисленных сериях были использованы последние достижения в технологии того времени, Благодаря этому частоту переключения транзисторов довели до 6 ГГц, близкую к теоретическому пределу для кремниевых структур при существовавших в то время базовых размерах транзисторов.

Очевидно, дополнительная составляющая тока коллектора Т1 увеличивает на короткое время базовый ток Т5, способствуя более быстрому отпиранию его и вследствие этого ускоренному разряду конденсатора Сн. В статическом

состоянии при напряжении на выходе Uнн ток через диод Д8 отсутствует. Значит, степень насыщения транзистора Т5 не увеличивается, а поэтому не увеличивается и его время запирания.

Для уменьшения времени запирания Т5 в микросхеме применены диоды Д9, Д10, Д11 и транзистор Т7. Диод Д9 все время заперт и в нем используется емкость запертого перехода. При поступлении хотя бы на один их входов

компонента напряжения Ucн происходит запирание транзистора Т1, так как для его отпираниянеобходимо открыть два p-n перехода: база-эмиттер Т5 и Т1:

Ucнi UД* i Uбэ* 6 Uбэ1отп Uбэ5отп 0,4 0,6 0,6 0,4 0,4 (В) . (7)

В результате уменьшения тока коллектора Т1 на базе Т3 , а затем и Т4 возникнет высокое напряжение обуславливающее на короткое время ток конденсатора IД9, втекающего в базутранзистора Т7. Ток коллектора Т7 вытекает из базы Т5, тем самым уменьшая время его выключения.

Во время перехода напряжения на нагрузке с высокого уровня на низкий, зарядившийся конденсатор Д9 разряжается через диод Д5, транзистор Т1 ѐмкость перехода Д10.Диод Д11 ограничивает снижение напряжения базы транзистора Т5 при открытом транзисторе Т7 до уровня, сохраняющего скорость переключения ЛЭ на больших частотах.Диоды Д3, Д4 и Д12 уменьшают соответственно на входе и выходе отрицательные выбросы ("звон" напряжений, возникающих на больших частотах из-за несогласованного включения нагрузок и индуктивностей соединительных проводов).

Итак, структурные изменения обеспечили уменьшение времени выключения транзисторов Т1, Т4 и Т5 и быстрый разряд конденсатора нагрузки, что сделало эту схему более приспособленной к работе на емкостную нагрузку, чем ранее рассмотренные. Применение нового, по тому времени, принципа технологии Isoplanar II, позволившего получать транзисторы с высокой скоростью переключения и малыми паразитными емкостями, наряду со структурными усовершенствованиями позволила получить среднее время задержки 2.7 нс., рассеиваемую мощность 4 мВт и Fmax = 100 МГц.

Рассмотрение нескольких типов схем логических элементов сделано для того, чтобы показать, как усовершенствование технологии сопровождалось

совершенствованием схемотехнических решений одной и той же функции, позволявших вместе решать проблему повышения быстродействия работы ЛЭ при снижении потребляемой мощности.