Главная  Линейные элементы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [ 44 ] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162]

от--Rk до Rk, т. е. так, как требуется для управления

схемой рис. 2.44а на транзисторах типа р-п-р.

Например, если /о = 6 мА, Rk = 200 Ом, = 6 В, то, когда Tl открыт, Ывых1 = -6+ 3-200•10-2 = -5,4 g. „ = -6,6 В; если теперь соединить вход Ывхг с выходом Ывыхь то Ыбэз = --0,3 В, Ибэ4 = -0,3 В, транзистор Тз открыт и Ывыхз= ~ Rk = -0,6 В.

Таким образом, схема рис. 2.44а может непосредственно управлять схемой рис. 2.446 и наоборот.

Однако способ каскадирования, основанный на использовании переключателей с разнотипными транзисторами, оказывается во многих случаях неприемлемым. Основной способ согласования выходных и входных уровней напряжений токовых переключателей связан с применением эмиттерных повторителей; этот способ рассмотрен в разд. 2.6.

2.6. ТРАНЗИСТОРНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ДИСКРЕТНЫХ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ КОМПОНЕНТАХ

2.6.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Современные полупроводниковые логические элементы являются, как правило, универсальными элементами типа ИЛИ - НЕ и И - НЕ. В некоторых элементах логические операции ИЛИ (И) реализуются входной логической схемой, построенной на резисторах, диодах, или транзисторах, а логическая операция НЕ - транзисторным инвертором на выходе элемента (заметим, что благодаря инвертору осуществляется и нормализация уровней напряжения на выходе элемента); эти логические элементы образуют соответственно схемы: РТЛ (резисторно-транзисторная логика), ДТЛ (диодно-транзисторная логика), ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика).

Другая группа элементов образует схемы ТЛ (транзисторная логика); здесь логические операции ИЛИ (И) реализуются прн помощи выходной транзисторной логической схемы.

Для связи входной логической схемы с инвертором (в первой группе элементов) или ключей-инверторов с выходной логической схемой в ТЛ применяются рассмотренные в разд. 2.4 цепи связи; в зависимости от вида цепи связи различают, в частности, схемы: НСТЛ (транзисторная логика с непосредственными связями), РСТЛ (транзисторная логика с резистивными связями), РЕСТЛ (транзисторная логика с резистивно-емкостными связями) и т. п.

Различают также схемы транзисторной логики с соединенными эмиттерами - СЭТЛ (они, по существу, являются элементами на переключателях тока - ПТТЛ) и схемы с соединенными коллекторами (СКТЛ).



Следует отметить, что далеко не все возможные варианты логических элементов ИЛИ - НЕ (И - НЕ) оказались пригодными для практического применения и тем более для реализации в виде цифровых (логических) интегральных схем (ЦИС).

Ниже, в качестве примера, рассматривается элемент РТЛ на дискретных компонентах; другие логические элементы (ДТЛ, ТТЛ, НСТЛ, РСТЛ, СЭТЛ) изучаются в предположении, что они реализованы в виде ЦИС, основными компонентами которых являются биполярные транзисторы типа п-р-п (отдельно, в разд. 2.7, рассматриваются ключевые схемы на полевых транзисторах).


Рис. 2.45

Для иллюстрации количественных соотношений используются упрощенные модели транзисторов. Так, например, входная характеристика транзистора к = f ("бэ) аппроксимируется кусочно-ломаной (рис. 2.45а). При Ыбэ tnop транзистор, работая в активном режиме при малом токе, считается закрытым (обычно транзистор считается закрытым, если его коллекторный ток /кзакр не превосходит некоторого условного значения, равного, например, 0,05/кш при этом ток

базы закрытого транзистора не превосходит /бзакр = 0,05- =

==0,05/бн). Порог запирания транзистора зависит от температуры:

при повышении температуры С/цор уменьшается примерно на 2 мВ на 1°С.

В режиме насыщения напряжение на базе равно «бн, а на коллекторе - Ыкн-

Для упрощенной модели (рис. 2.45) принимается: при Ыб < < tnop «6 = 0, «к = О - транзистор закрыт; в активном режиме (tnop < Ыбэ < «бн): «бэ = "б акт = const; в режиме насыщения «бэ = Ыбн = const и напряжение на коллекторе Ыкэ = «кн == const; при этом в иллюстрациях приняты характерные для кремниевых транзисторов величины: С/пор = 0,6 В; «б акт = 0,7 В; Ыбн = 0,8В; «кн = 0,2 В.

Важная особенность цифровых интегральных схем (ЦИС) состоит в том, что эти схемы - потенциального типа: информация в



них представлена низким Е° (логический нуль) и высоким (логическая единица) уровнями напряжения.

Для оценки свойств логических элементов и, в частности ЦИС,

наряду с их входными - /вх = f\ (Ивх) , - выходными - /вых =

= f2 («вых) - и передаточными - Ывых = /з («вх) - характеристиками используются следующие параметры.

Нагрузочная способность или коэффициент разветвления по выходу (п), т. е. максимальное число аналогичных элементов, ко--.торое можно подключить к выходу данного элемента без нарушения его работоспособности; в различных ЦИС п изменяется от двух до нескольких десятков.

Коэффициент объединения по входу (т), т. е. максимально допустимое число входов данного элемента; в ЦИС т - порядка 2-10.

Коэффициенты пит определяют в значительной мере функциональные возможности ИС. Может, например, оказаться, что для синтеза того или иного сложного цифрового зстройства необходимы такие ЦИС, которые имеют различное число входов (т = 2, 3, 4 и т. д.). Поэтому серии ИС, выпускаемых промышленностью, содержат наряду с основными элементами логические расширители, например, логические схемы ИЛИ, И, И - ИЛИ.

Если, например, исходная ИС ИЛИ -НЕ имеет всего т = 3 входа, то подключение к ее специальному входу логического расширителя ИЛИ на 3 входа позволяет подать на входы полученной схемы 6 входных сигналов.

Заметим, что логические расширители позволяют создавать логические схемы двухступенчатой логики (схемы И - ИЛИ - НЕ), широко применяемые при проектировании различных цифровых устройств.

Быстродействие элемента, определяемое максимально допустимой частотой следования входных сигналов (перепадов, импульсов), представляющих коды «О» и «1», и зависящее, очевидно, от длительности переходных процессов в элементе. Для оценки быстродействия используются временные параметры: длительность фронта установления «О» t% (т. е. длительность фронта включения транзистора Лрвкл; при этом выходное напряжение включенного транзистора низкое), длительность фронта установления «1» (т. е. длительность фронта выключения транзистора фвыил; выходное напряжение выключенного транзистора при этом высокое) ; длительности задержек включения {t°3 или 4 вкл), выключения (3 или 4 выкл) и среднее время задержки сигнала при распространении через ЦИС 4 ср == -g- (з + tl); задержки включения



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [ 44 ] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162]

0.0017