4.4.4. Елементи езл.
Характеристики і параметри швидкодіючих ІС емітерно-зв’язаної логіки (ЕЗЛ) визначаються схемно–технічними, технологічними і конструктивними рішеннями елементів.
Розглянемо базовий логічний елемент ЕЗЛ–типу 2І/(2І–НЕ). Схема цього елементу складається з трьох кіл: струмового перемикача (СП), вихідних емітерних повторювачів (ЕП) і джерела опорних напруг (ДОН) (рис. 4.29: а) – схема логічного елемента 2І/2І–НЕ серії 500; б) – умовне позначення елемента 2І/2І–НЕ).
Струмовий перемикач (СП), побудований на транзисторах VT1 ÷ VT3 і резисторах R1, R2, R6 ÷ R8, уявляє собою диференціальний підсилювач, що працює в ключовому режимі і має два або кілька входів. Він призначений для отримання першого ступеня логічної функції, підсилення вхідних сигналів за потужністю (в основному за струмом), формування парафазного1 (прямого та інверсного) вихідних сигналів та забезпечення необхідної завадозахищенності елемента.
а) б)
Рис. 4.29.
Вихідні емітерні повторювачі (ЕП), що виконані на транзисторах VT5 та VT6, призначені для утворення другого ступеня логічної функції, підсилення вихідних сигналів за потужністю (за струмом), забезпечення заданої навантажувальної здатності при роботі на лінії зв’язку і зміщення рівнів сигналів за напругою для сумісності ІС за входом та виходом.
Джерело опорної напруги (ДОН), побудоване на транзисторі VT4, термокомпенсуючих діодах VD1, VD2 та резисторах R3 ÷ R5, призначене для забезпечення СП заданою опорною напругою, відносно якої здійснюється перемикання в ньому транзисторів.
Джерело опорної напруги забезпечує опорними напругами, як правило, кілька логічних елементів. В окремих випадках воно формує і інші опорні напруги, потрібні для схем ЕЗЛ–типу.
Базовий елемент ЕЗЛ–типу працює таким чином. Логічному 0 відповідає верхній рівень логічного сигналу (–0,9 В), логічній 1 – нижній рівень логічного сигналу (–1,7 В). Амплітуда логічного сигналу складає 0,8 В, опорна напруга дорівнює –1,3 В (середній рівень між верхнім і нижнім рівнем логічного сигналу).
При подачі на всі входи напруги –1,7 В транзистори VT1 і VT2 закриваються, транзистор VT3 відкривається (оскільки напруга на його базі вища за напругу на базах вхідних транзисторів) і крізь нього потече емітерний струм, що визначається резистором R6. Цей струм, зменшений на значення базового струму транзистора VT3, створює на його колекторному навантаженні падіння напруги, що дорівнює ~0,9 В. В інверсному плечі СП струму немає, і на колекторі транзисторів VT1 і VT2 встановлюється напруга, що дорівнює ~ –0,1В, за рахунок падіння напруги на резисторі R1 від базового струму транзистора VT6. Транзистори вихідних ЕП працюють весь час в активному режимі, і падіння напруги на їх емітерних переходах складає ~0,8 В. В результаті на прямому виході елемента встановлюється напруга, що відповідає логічній 1, тобто –1,7 В, а на інверсному – напруга, що відповідає логічному 0, тобто –0,9 В. Якщо ж хоч би на один вхід елемента подається напруга –0,9 В, відкривається інверсне і закривається пряме плече струмового перемикача СП і ситуація змінюється на протилежну.
До переваг ІС ЕЗЛ–типу можна віднести задовільну схемно–технологічну відпрацьованість і, як слідство, задовільний середній процент виходу придатних мікросхем і відносно невисоку їх вартість при виготовленні; високу швидкодію при середній потужності споживання або надвисоку швидкодію при великій потужності споживання; хороший фактор якості, тобто малий добуток часу затримки на потужність споживання; здатність працювати на низькоомні узгоджені лінії зв’язку і навантаження; хорошу відносну завадостійкість; високу стабільність динамічних параметрів при зміні температури і напруги живлення; високу навантажувальну здатність та ін. ІС ЕЗЛ–типу отримали достатньо широке розповсюдження при конструюванні швидкодіючої і високопродуктивної обчислювальної техніки. Головний недолік ІС ЕЗЛ–типу – висока потужність споживання, що спричиняє потребу в потужних блоках живлення, створювати системи інтенсивного охолодження.