Знакомство с программой Micro-cap. Изучение характеристик и логических элементов транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) (стр. 3 из 5)

Для схемы рис.2

= и рассчитывается по (7). Ток = в этой схеме замыкается далее через насыщенный транзистор Т1 и источник управляющего напряжения. Резисторов в этой цепи нет. Ток в этом случае определяется внутренним сопротивлением насыщенных транзисторов Т2 и Т1:

, ( 13 )

где Rг,rк1,rб2- соответственно сопротивление источника Uвх, насыщенных транзисторов Т1 и Т2.

Если перед подачей запирающего сигнала транзистор в ключе не насыщен, то tр = 0.

Формирование фронта выключения начинаетсяв момент времени, когда Q(t)=Qгр . Если емкостями Ск, Сн можно пренебречь, заряд в базе меняется по тому же закону, что и на предыдущей стадии рассасывания. Но величина заряда не может достигать отрицательного асимптотического значения

, так как заряд неосновных носителей в базе знак изменить не может. Поэтому процесс формирования фронта выключения заканчивается, когда Q(t)=0. В таком случае при запирающих токах, существенно меньших, чем ток насыщения, можно получить:

( 14 )

Ток

для ключей рис.1,2 рассчитывается соответственно по формулам (11),(13).

На практике часто запирающий ток сравним с током насыщения. Физика процессов выключения в этом случае сложнее из-за усложнения формы распределения носителей в базе. При больших запирающих токах

Iкн выключению соответствует так называемый режим динамической отсечки, когда и эмиттерный и колекторный переходы работают при обратном смещении, но из-за наличия некоторого остаточного заряда в базе все три тока транзистора имеют конечные зачения (не равны нулю) и спадают до нуля с постоянной времени отсечки, равной , значительно меньшей . В таком случае длительность выключения коллекторного тока составляет величину:

; ( 15 )

ток спадает очень быстро.

В то же время длительность фронта выключения напряжения при наличии емкостной нагрузки Cк (Cн >Cк) может быть существенно больше, чем длительность выключения тока, и составляет

( 16 )

4. БАЗОВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТТЛ

ТТЛ - обозначает получившую широкое распространение технологию изготовления интегральных схем (ИС) – транзисторно-транзисторную логику. Отличительной особенностью данной технологии является использование на входах ИС многоэмиттерных транзисторов.

На рис.6 показан базовый логический элемент (ЛЭ), выполненный по технологии ТТЛ и реализующий логическое преобразование И-НЕ. Базовым является тот ЛЭ, физические параметры которого наиболее полно характеризуют физические свойства большинства ИС определенной серии ЛЭ. Например, базовый элемент рис.6 характеризует свойства ИС серии SN74 фирмы TexasInstrumentsInc. (TI) и отечественной 155 серии, в которых он применен. ИС серии SN74 (155) предназначены для применения в среднечастотных цифровых узлах (до 35 МГц).

Существуют модификации базового элемента ТТЛ, определяющие свойства соответствующих ИС и другую область их применения. Так, к примеру, ИС серии SN74L (134) предназначены для применения в низкочастотных узлах (до 3 МГц), а ИС серии SN74H (131) – в высокочастотных (до 50 МГц). Совершенствование ТТЛ-технологий изготовления ИС привело к созданию базового элемента ТТЛ с использованием диодов Шоттки, предотвращающих режим глубокого насыщения транзисторов – ТТЛШ.

На рис.7,а показано включение диода Шоттки в простейшем ключе. В ключе рис.7,б использован транзистор Шоттки. Прямое пороговое напряжение диодов Шоттки равно 0,3...0,4 В, поэтому в схемах рис.7 напряжение на коллекторном переходе транзистора никогда не достигает значений, при которых он смещен в прямом направлении. Поэтому транзистор с диодом Шоттки не попадает в режим насыщения. Базовые элементы ТТЛШ используются, к примеру, в интегральных схемах серии SN74S (531).

Анализ схемы рис.6 показывает, что многоэмиттерный транзистор Т1 выполняет логическую операцию И, а транзистор Т2 - операцию НЕ. Выходной каскад на транзисторах Т3 и Т4 позволяет получить большие значения втекающего и вытекающего токов в нагрузке, подключаемой к выходу Y ЛЭ. Для получения максимальных значений токов в нагрузке один из выходных транзисторов должен быть обязательно закрыт. Диод D1 в эмиттерной цепи транзистора Т3 обеспечивает его надежное запирание при открытом транзисторе Т4. При запертом состоянии транзистора Т4 транзистор Т3 по отношению к нагрузке работает как эмиттерный повторитель. Резистор R1 предотвращает выход из строя транзистора T3 при коротком замыкании выхода на корпус и снижает уровень импульсных помех при переключении ЛЭ.

Выход ЛЭ с показанным на рис.6 соединением выходных транзисторов Т3 и Т4 называется стандартным выходом.

Диоды, включенные между входными выводами и общим выводом, обеспечивают защиту ЛЭ при попадании на его входы отрицательного напряжения.

Статические режимы в логических элементах ТТЛ характеризуются стандартными параметрами, к которым относятся уровни входных и выходных напряжений и значения входных и выходных токов:

- входное напряжение высокого уровня (логической единицы),

- входное напряжение низкого уровня (логического нуля),

- выходное напряжение высокого уровня (логической единицы),

- выходное напряжение низкого уровня (логической единицы),

(при ) - входной ток при подаче на вход высокого уровня напряжения (втекающий ток),

(при ) - входной ток при подаче на вход низкого уровня напряжения (вытекающий ток),

( при ) – выходной ток при высоком уровне выходного сигнала (вытекающий ток),

(при ) – выходной ток при низком уровне выходного сигнала (втекающий ток).

Отношения

и характеризуют нагрузочную способность ЛЭ для низких и высоких уровней сигналов. Стандартный параметр определяет максимальное число входов базовых ЛЭ, которое допустимо подключать к выходу аналогичного ЛЭ. Для базового ЛЭ серии SN74 нагрузочная способность

Помехоустойчивость ЛЭ определяется стандартными значениями величин

Помехи с уровнем напряжения менее 0,4 В не могут привести к изменению состояния ЛЭ.

Переход ЛЭ в усилительный режим (режим переключения) характеризуется значением напряжения переключения. Для базового ЛЭ серии SN74 стандартное значение напряжения переключения

.