4.3.1. Интегральные схемы ттл и ттлш
Схема, реализующая базовый элемент И-НЕ ТТЛ, представлена на
рис. 4.5.
При подаче хотя бы на один из входов логического «0», транзистор VT1 переходит в состояние насыщения, при этом транзистор фазорасщепителя VT2 запирается, запирается также транзистор VT5, а ток текущий в базу транзистора VT4 через резистор R2 отпирает его и на выходе Y устанавливается высокий уровень логической «1». При наличии на обеих входах X1, X2, логической «1», ток через эмиттерные переходы VT1 не течет, при этом коллекторный переход VT1 оказывается смещенным в прямом направлении и протекающий через него и R1 ток приводит в состояние насыщения транзистор VT2. Ток, протекающий через резистор R2 и транзистор VT2, приводит к насыщению транзистора VT5. При этом напряжение на базе транзистора VT5 оказывается недостаточным для его открывания, и он запирается.
Рис.4.5. Схема электрическая принципиальная элемента 2И-НЕ ТТЛ.
Таким образом, на выходе Y устанавливается низкий уровень. Такой сложный выходной каскад (VT4, VT5) необходим для уменьшения t , т. к. позволяет обеспечить малое выходное сопротивление элемента как в состоянии лог. «1», так и лог. «0» и тем самым достаточно быстро перезаряжать нежелательные входную емкость последующих логических элементов и емкость монтажа. Цепь, состоящая из резисторов R3, R4 и транзистора VT3 позволяет улучшить прямоугольность передаточной характеристики. Диоды VD1, VD2 выполняют защитную функцию, предотвращая попадание на вход больших отрицательных напряжений.
Такое построение логического элемента позволяет получить И-НЕ с числом входов до восьми, при этом к выходу такого элемента допускается подключать до десяти входов однотипных элементов. Параллельное соединение выходов таких элементов не допускается. К одному из существенных недостатков этого схемного решения является большой импульсный «сквозной» ток во время изменения логического состояния выхода элемента, когда транзистор VT5 еще не успел закрыться, поскольку был в состоянии насыщения, а VT4 уже открылся. Поэтому с увеличением частоты переключения растет и потребляемая элементом от источника питания мощность.
Для ограничения этого тока служит резистор R5.
Для решения вспомогательных задач, например подключение элементов индикации, исполнительных узлов (реле и пр.), были разработаны элементы ТТЛ с открытым коллектором, где в схеме отсутствуют R3, R4, R5, VD3, VT3, VT4. При этом быстродействие существенно уменьшается, но появляются дополнительные возможности. Кроме описанного элементы с открытым коллектором позволяют, там, где не требуется высокого быстродействия, параллельно соединять несколько выходов, реализуя тем самым операцию монтажного ИЛИ-НЕ. При этом соединенные выходы необходимо подключить через резистор к источнику Uпит.
Существуют и ТТЛ элементы с увеличенной нагрузочной способностью, при этом транзистор VT4 выполняется в виде составного по схеме Дарлингтона. При этом к выходу элемента допускается подключать в 3…5 раз больше входов.
Повышение быстродействия ТТЛ элементов возможно за счет уменьшения величины сопротивления R2, R4. При этом уменьшается время перезаряда емкостей коллекторных переходов VT4, VT5. Такое решение хотя и позволяет увеличить быстродействие в 3 – 4 раза, но применяется редко, поскольку существенно возрастает потребляемая мощность. Дальнейшие исследования привели к разработке ТТЛ с диодами Шотки – ТТЛШ. Дело в том, что основной вклад в t , вносит время рассасывания неосновных носителей после насыщения VT1, VT2, VT5. Поэтому было найдено решение с шунтированием коллекторных переходов транзисторов диодами с барьерами Шотки. При этом транзисторы работают без захода в область насыщения, и t при том же потребляемом токе уменьшается более чем в 5 раз. Диоды Шотки образуются контактом металла с полупроводником и имеют пороговое напряжение открывания примерно в два раза меньше по-сравнению с обычными переходами. Поскольку они включены параллельно коллекторным переходам, насыщения последних не происходит. С другой стороны накопление заряда в самих диодах Шотки не происходит. Схема базового элемента 2И-НЕ ТТЛШ приведена на рис. 4.6.
Разработаны также элементы ТТЛШ, имеющие быстродействие такое же, как у ТТЛ, но потребляющие ток на порядок меньше, что особенно актуально при создании БИС и СБИС, где степень интеграции ограничивается потребляемой микросхемой мощностью.
Рис. 4.6. Схема электрическая принципиальная элемента 2И-НЕ ТТЛШ.