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

35 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

41714. Таблицы, сортировка таблиц, вычисление в таблицах в редакторе Word 54.82 KB
  С помощью Microsoft Grph можно создавать высококачественные информативные диаграммы и включать их в документы Word. Создание диаграммы Диаграммы строятся на основе данных содержащихся в таблице данных также внедряемой в документ Word. Можно создавать диаграммы четырнадцати основных и двадцати дополнительных типов. Тип диаграмм Правильный выбор типа диаграммы позволяет представить данные самым выигрышным образом.
41715. Ввод-вывод. Ветвления 168.52 KB
  Цель работы: Разработать алгоритм и написать программу на языке С++ для выполнения задания согласно номера бригады. Программа должна обеспечивать обмен с оператором, выдавая необходимые сообщения и позволяя вводить исходные данные и просмотреть результат выполнения программы.
41717. Снятие ВАХ стабилитрона 95.61 KB
  Стабилитроном-это диод, предназначенный для стабилизации уровня постоянного напряжения. По конструкции стабилитроны всегда плоскостные и кремниевые. Принцип действия стабилитрона основан на том, что на его вольт-амперной характеристике имеется участок, на котором напряжение практически не зависит от величины протекающего тока.
41718. Технология разборки автомобильных генераторов переменного тока 512.4 KB
  Оценка технического состояния отдельных деталей генератора и его работы в целом. До введення цієї системи позначення генератора містило букву Г Г250 і тому подібне а регулятора напруги – букви РР РР24 і тому подібне.5 Технологія розбирання генератора: Отримати набір інструментів необхідних для розбирання і збирання генератора типу Г–221.
41719. АНАЛИЗ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗВЕНЬЕВ 52.99 KB
  Определить влияние коэффициентов входящих в описание каждого звена на характеристики ЧХ. Использование пакета MtLb Построение частотных характеристик звеньев с помощью программы MtLb Построение частотных характеристик в программе MtLb 7.0 1 выполняется аналогично построению временных характеристик в той же программе.
41721. ДИОДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ И ФИКСАТОРЫ УРОВНЯ 340.36 KB
  В зависимости от схемы включения и режима работы нелинейного элемента ограничителя различают 3 вида ограничения: по максимуму ограничение сверху –рис.5 Диод ограничителя включается между входом и выходом схемы последовательно с нагрузкой. Если напряжение входного сигнала Uвх меньше напряжения смещения Е диод работает на обратной ветви характеристики где его внутреннее сопротивление велико и разделяет вход схемы от выхода. Форма напряжений на входе и выходе схемы иллюстрируется на рис.
41722. Подготовка и проведение измерений с помощью электронного мультиметра 200.19 KB
  Испытание однофазного трансформатора при работе под нагрузкой Методическое указание Самара Самарский государственный технический университет 2008 Печатается по решению Редакционно-издательского совета СамГТУ УДК621. 313 Испытание однофазного трансформатора при работе под нагрузкой: метод. Содержат практические рекомендации по экспериментальным методам определения основных характеристик однофазного трансформатора по обработке опытных данных и оформлению отчетов а также контрольные вопросы. Этот процесс...