9.12. Правила схемного включения элементов

Выпускаемые промышленностью микросхемы ТТЛ серий выполняют простейшие логические операции (И–НЕ; ИЛИ–НЕ и др.), содержат в одном корпусе несколько независимых логических элементов, связанных между собой только источником питания.

Если некоторые логические элементы, входящие в состав корпуса, не используются, то рекомендуется такие элементы включать так, чтобы на их выходах был высокий потенциал . Для этого входы неиспользуемых элементов ТТЛ серий, выполняющих операции И–НЕ и ИЛИ–НЕ соединяют с общей (земляной) шиной. В таком состоянии элемент потребляет (рассеивает) минимальную мощность, и его выход можно использовать как источник логической единицы на входах других схем.

Неиспользованные входы логического элемента ТТЛ серий можно оставлять свободными, но при этом снижается помехоустойчивость из-за воздействия наводок на свободные выводы. В сериях ТТЛ и ТТЛШ неиспользованные входы объединяют с другими используемыми входами, если это не ведет к превышению нагрузочной способности предыдущего каскада, либо подключают к источнику логической единицы.

В качестве источника логической единицы используют неиспользованные элементы, входы которых заземлены, или источник питания микросхемы, который подключают ко входу через резистор с сопротивлением 1 кОм, ограничивающий входной ток. К одному такому резистору обычно подключается до 20 неиспользованных входов.

Для уменьшения помех по цепи питания в точках подключения к шинам групп логических элементов включаются развязывающие керамические конденсаторы емкостью порядка 0,1 мкФ на один корпус. При большом числе одновременно переключаемых логических элементов броски тока в цепи питания достигают единиц–десятков А. Поэтому между цепью питания и общей шиной устанавливаются электролитические конденсаторы большой емкости, которые компенсируют кратковременные импульсы тока и обеспечивают уменьшение взаимосвязи логических элементов через цепь питания.

Небольшие значения выходных сопротивлений элементов ТТЛ серий приводят к тому, что во время переключения схемы ток в цепи питания возрастает и может в несколько раз превышать ток, потребляемый схемой в статическом режиме. Поэтому при увеличении частоты переключения, мощность потребляемая ТТЛ схемой со сложным инвертором растет, все это приводит к недопустимости соединения выходов нескольких схем. Если такое соединение осуществить, то в состоянии, когда один из элементов имеет на выходе низкий уровень напряжения , а другой – высокий , через последовательно включенные транзистор VТ3 одной схемы и транзистор VТ4 другой схемы (рис. 9.16) будет протекать большой ток.

Величина этого тока определяется выражением (9.30) и может в несколько раз превышать ток в статическом режиме

, (9.30)

где U_пр – падение напряжения на открытом транзисторе.

При этом резко возрастает потребляемая мощность, и возможен выход схем из строя, так как транзисторы обычно не рассчитаны на длительное протекание больших токов. В связи с этим при проектировании цифровых схем не допускается объединение выходов таких элементов. Если несколько узлов или блоков работают на общую нагрузку, то объединение выходов является необходимым. Для этих целей используется схема ТТЛ с тремя устойчивыми состояниями, представленная на рис. 9.20.

В приведенной схеме отличие от базового элемента состоит в том, что имеется третье состояние, при котором выходные транзисторы закрыты, и схе-

м а полностью отключается от нагрузки сигналом управляющего вывода Z, дающим разрешение по выходу. Третье состояние элемента не зависит от комбинации логических сигналов на входе элемента. Такие схемы объединяют по выходам, и они работают на общую нагрузку. Управление микросхем предусматривает обслуживание нагрузки в любой момент времени одним элементом, а другие элементы должны находиться в третьем состоянии. Выходное сопротивление закрытых транзисторов велико и элемент практически отключен от нагрузки. Такое состояние элементов называют высокоимпедансным. Это состояние достигается тем, что в схему включен транзистор VТ5 и резистор R₅. При подаче на управляющий вход Z напряжения логического нуля, транзистор VT5 закрывается, элемент работает как обычный базовый элемент. Если на управляющий вход Z подается напряжение логической единицы, транзистор VТ5 переходит в режим насыщения, а транзисторы VТ3, VТ4 закрываются. Такие микросхемы используются в информационной технике для обслуживания проводника шины данных, и примером являются микросхемы К531ЛА17П, К531ЛА19П.