6298

Логические элементы на биполярных структурах

Реферат

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Логические элементы на биполярных структурах. Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) удачно совмещает хорошее быстродействие, помехоустойчивость, нагрузочную способность с умеренным потреблением энергии и невысокой стоимостью...

Русский

2014-12-28

100.5 KB

36 чел.

Логические элементы на биполярных структурах.

Транзисторно-транзисторная логика  (ТТЛ) удачно совмещает хорошее быстродействие,  помехоустойчивость,  нагрузочную способность с умеренным потреблением энергии и невысокой стоимостью.

Особенность ТТЛ логики состоит к том, что в ней используется многоэмиттерный п-р-п  транзистор, который имеет от 2 до 8 эмиттepoв и общие области базы и эмиттера.

                                Схема простейшего элемента ТТЛ

Электрическая схема простейшего (малосигнального) ЛЭ ТТЛ состоит из входного  двухэмиттерного транзистора VT1, в цепь базы которого включен резистор R1, и выходного инвертора на транзисторе VТ2, и резисторе R2. Многоэмиттерный транзистор выполняет логическую операцию И. Простейшие элементы ТТЛ широко пользуются и БИС и как составная часть более сложных логических схем.

Пусть на одни вход ЛЭ подается напряжение логического нуля U uxl = U°, а на второй вход -  высокое напряжение U к2 = U1. Первый переход эмиттер-база транзистора VT1 будет смещен в прямом направлении. Второй змиттерпый переход, нa который подается напряжение высокого уровня Uцх2 > U1, смещен в обратном на правлении, ток его близок к пулю. Потенциал базы транзистора VT1  составляет

U = U +U*,

Где U   = 0,8 В   - прямое падение напряжения на эмиттерном .переходе при Т- 300 К. Напряжение Ufl приложено в прямом направлении к    последовательно  включенным  переходам  база- коллектор транзистора  VТl   и  база- эмиттер транзистора VТ2  Однако этого потенциала недостаточно для отпирания этих переходов (  Uб<  2U* ), поэтому Ik1=Iб2=О. Транзистор VT2 закрыт  Ток протекает от источника питании через резистор Rl,  переxoд база -эмиттер транзистора  VТl   и  источник напряжения U °. Он  является  входным током ЛЭ. Транзистор VТ2 закрыт, а через резистор R2 протекает небольшой ток нагрузки, поэтому на выходе ЛЭ устанавливается напряжение высокого уровня  - U'. Подобное же состояний устанавливается и схеме ЛЭ, если на нее входы подается напряжение низкого уровня U°.

При подаче на  все входы ЛЭ напряжения высокого уровня  эмиттерные   переходы  транзистора VТl     смещены  в обратном направлении. Транзистор VТ1-находится  к инверсном режиме.

Основной   ток  протекает от источника питания через резистор R1,  переходы база  - коллектор транзистора VTI и база -эмиттер транзистора VT2. Транзистор  VT2 открыт и находится в режиме насыщения.

Таблица истинности двухвходового ЛЭ ТТЛ имеет вид, соответствующий логической функции 2И НЕ. Описанный ЛЭ может работать при напряжении источника питания U = 3...5 В и  имеет логические уровни U0 < 0,5 В, U '> 2 В. Нагрузочная способность простейшего ЛЭ  ТТЛ  ограничена, хотя при малых значениях емкости нагрузки (в структурах СИС, БИС) задержка распространения может составлять единицы  наносекунд.

Базовые логические элементы, которые используются в качестве отдельных микросхем или как выходные каскады БИС, для повышения помехоустойчивости, нагрузочной способности и обеспечения высокого быстродействия имеют более сложную электрическую схему, которая представлена на рисунке 1.

        Рисунок 1  Схема элемента ТТЛ со сложным инвертором.

Схема содержит на  входе  многоэмиттерный транзистор Т1,  который  выполняет логическую функцию  И,  фазоразделяющий каскад  на транзисторе VT2 и резисторах R 2,  RЗ, Входной каскад на транзисторах VT3 и VT4, диоде VD3, резисторе R 4.

При подаче на вход сигнала низкого уровня UBK = U° транзистор VT2 будет закрыт. Ток эмиттера транзистора VT2, который делится между резистором R3 и базой транзистора VT4, равняется нулю, поэтому транзистор VT4 будет закрыт. Уровень напряжения на коллекторе VT2 (Uk2= Vи.п.)  достаточный для отпирания транзистора VT3. В цепи базы VT3 протекает ток от источник питания через резистор R2. Транзистор VT3 открыт.

На выходе ЛЭ напряжение

При подаче на все входы ЛЭ напряжения высокого уровня многоэмиттерный транзистор VT1 будет находиться в инверсном активном режиме, в  базу VT2 потечет ток, VT2 отопрется, потенциал коллектора VT2 уменьшается и транзистор VT3  закроется. Часть эмиттерного тока VT2 поступает в базу транзистора VT4, этот транзистор отпирается и входит в режим насыщения.  Выходное напряжение имеет низкий уровень.

         Потенциал базы транзистора VT l определяется суммой падения напряжения  на  трех открытых переходах: коллекторном VT l , эмиттерном VT2, эмиттерном VT З. Поэтому для отпирания VT2 это напряжение должно быть UB] > 3U   = 2,4 В. Процесс переключения транзисторов VT3 и VT4  начинается одновременно, поэтому  некоторое время оба транзистора открыты и через них протекает импульс сквозного тока, величину которого ограничивает резистор R4 (50...150 Ом). Этот же резистор защищает схему от случайного короткого замыкания  выхода ЛЭ на общую шину. Резко уменьшение напряжения Uвых в сочетании с импульсом сквозного тока возбуждает цикл затухающих колебаний в паразитных индуктивностях и емкостях схемы и соединительных проводников Эти  импульсы могут вызывать ложное срабатывание подключенных к выходу логических элементов. Для предотвращения этого, ко входам ЛЭ  ТТЛ  подключены демпфирующие «антизвонные »диоды VD1 и VD2. В нормальном состоянии диоды VD1 и VD2 закрыты, но с появлением отрицательного полупериода затухающих колебаний открываются и ограничивают эти импульсы на уровне U*, тем самым предотвращают дальнейшие колебания.

Логические уровни ЛЭ ТТЛ-типа: U1 = 2,4 В; U0 = 0,4В; максимально допустимая емкость нагрузки Сн = 200 пФ.

         ТТЛ с структурами Шоттки (ТТЛШ).

Как отмечалось ранее, значительную часть длительности  переходного процесса при запирании биполярного транзистора составляет процесс рассасывания заряда неосновных носителей. Для предотвращения  этого между базой и коллектором биполярного транзистора  включается диод

Шоттки (переход металл – полупроводник). В процессе отпирания транзистора  потенциал коллектора снижается и становится отрицательным относительно потенциала базы. Когда разность потенциалов базы и коллектора достигнет Uдш  ( где Uдш- прямое падение напряжения на диоде Шоттки). Отпирается диод Шоттки и напряжение между базой и коллектором фиксируется на уровне Uдш.. Величина Uдш. равняется 0,3…0,45В. Поэтому коллекторный переход остается практически запертым. Если коллекторный переход при отпирании транзистора не переходит в открытое состояние, накопление инжектированных  неосновных носителей в области коллектора не происходит и продолжительность процесса рассасывания сокращается. Электрическая схема логического элемента  транзисторно-транзисторной логики Шоттки (ТТЛШ) представлена на рисунке 2.

 

                    Рисунок 2. Схема базового элемента ТТЛШ.

 Все транзисторы этой схемы, кроме транзистора VT5, имеют структуру с переходом Шоттки. Транзистор VT5 имеет обычную структуру ,так как он не переходит в режим насыщения.

Благодаря резкому сокращению времени рассасывания заряда неосновных носителей , быстродействие ЛЭ ТТЛШ  в несколько раз выше, чем в ЛЭ ТТЛ.

Для улучшения параметров в современных ЛЭ ТТЛШ вместо МЭТ для реализации логической функции применяют входные каскады.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

85297. Аксиологические аспекты народной художественной культуры 41.22 KB
  В обществе с каждым годом все острее встает проблема сохранения и развития народной художественной культуры. В различных дискуссиях посвященных народной художественной культуре ученые пытаются решить какие формы народной художественной культуры архаичные или более поздние: художественная самодеятельность фольклоризм фольклор субкультур неофольклор имеют большую эстетическую ценность и право на существование в наши дни. Поэтому для поиска путей решения вышеуказанных проблем необходимо рассмотреть эстетические этические и моральные...
85298. Основные определения народной художественной культуры 34.59 KB
  Народная культура это традиционная культура включающая культурные пласты разных эпох от глубокой древности до настоящего времени субъектом которой является народ – коллективная личность которая означает объединение всех индивидов коллектива общностью культурных связей и механизмов жизнедеятельности. Это культура бесписьменная именно поэтому в ней большое значение принадлежит традиции как способу трансляции жизненно важной для общества информации. Народная культура консервативна практически не подвержена влиянию иных культурных...
85299. Структура курса Теория и история народной художественной культуры 34.76 KB
  С помощью народной художественной культуры испокон веков в наиболее доступной форме передавались молодому поколению сложившиеся в течение столетий эстетические нравственные и трудовые идеалы представления о мире и человеке. Именно поэтому знание народной художественной культуры воспринимается как составляющая духовности самобытный фактор преемственности поколений. Курс Теория и история народной художественной культуры предполагает изучение студентами русского народного творчества как социальноисторического явления осознание природы...
85300. Понятие фольклорный театр: виды и жанры традиционного фольклорного театра 46.25 KB
  Фольклорный театр на протяжении многих веков играл важную роль в духовной жизни русского народа откликался на злобу дня был неотъемлемой частью праздничных народных гуляний и несомненно любимейшим зрелищем. Общие признаки национальных фольклорных театров. Бифункциональность – применение мифологических сюжетов Коллективность – главное – общение со зрителем Национальный характер и своеобразие Условная природа фольклорного театра – отсутствие сцены декорации смещение времени пространства.
85301. Виды и жанры народной художественной культуры 38.75 KB
  Основной признак сказки – фантастический элт который очевиден для рассказчика и слушателя в равной мере. Все сказки делятся на виды группы категории или жанры: А волшебные б кумулятивные в о животных растениях. Волшебные сказки называются так условно и выделяются в отдельный ряд по композиционным структурным признакам. Сказки о животных растениях предметах тоже составляют особую группу.
85302. Актуальные задачи сохранения и развития традиций народной художественной культуры 34.69 KB
  Программа этнохудожественного образования подрастающего поколения Определенную роль в системе возрождения народных традиций играют нучные исследования в сфере НХК которые проводятся на базе: НИИ Искусствознания НИИ Культурологии Этнологии; Российский институт культурного и природного наследия; Государственный Российский дом НХТ Государственный республиканкий центр русского фольклора С их помощью создается целостная многоуровневая система выявления и учета фольклорных процессов. С целью развития традиций НХК систематически проводятся:...
85303. Философские основы сущности и структуры народного художественного сознания 41.29 KB
  В Древней Греции впервые в истории появляется мысль о том что вся совокупность наших знаний может быть упорядочена что из всего огромного разнообразия знаний и сведений можно выделить знания наиболее общего характера наиболее важные достоверные и очевидные – ldquo;началаrdquo; ldquo;принципыrdquo; ldquo;аксиомыrdquo; из которых затем можно последовательно шаг за шагом вывести и прочно обосновать все остальные знания так что каждое из них займет своё место в единой системе в упорядоченном и обозримом целом. Согласно же Платону...
85304. Народная художественная культура как основа современного мирового культурного пространства 55.64 KB
  А что знает об этом современный житель России Какими представляет он себе своих предков какой видит культуру России прошлых веков и тысячелетийС уходом XX века и наступлением следующего столетия ученые вновь заговорили о кризисе и даже исчезновении культуры. Проблема состояния культуры соотношения ее структурных элементов выделения ее лидирующих компонентов приобретает особое значение в глобализирующемся мире где превалирует массовая культура постиндустриального общества. В настоящее время актуальным становится практическое решение...
85305. Образы древней мифологии 40.97 KB
  Греки довольно рано перешли к антропоморфизму создав своих богов по образу и подобию людей при этом наделив их непременными и непреходящими качествами красотой умением принимать любой образ и самое главное бессмертием. Человеческая жизнь неизбежно кончалась смертью боги же были бессмертны и не знали границ в выполнении своих желаний но все равно выше богов была судьба Мойры предопределение изменить которое не мог никто из них. Таким образом греки даже в участи бессмертных богов усматривали их сходство с судьбами...