1. Яку логічну функцію дозволяє реалізувати схема ІМС типу ТЛНС?
2. Привести схему типу ТЛНС?
3. Які основні недоліки схеми типу ТЛНС?
4. Що собою являють логічні ІМС з емітерними зв'язками?
ІХ. Підсумки опрацювання:
Теоретична частина: Логічні елементи
План:
1. Логічні ІМС типу ТЛНС, РТЛ і РЕТЛ
2. Логічні ІМС з емітерними зв'язками
Література
Простий, історично перший, варіант логічних ІМС типу ТЛНС показаний на Рис. 11.8. Неважко переконатися, що дана схема дозволяє реалізувати функцію АБО - НЕ. Будь-який з вхідних сигналів позитивної полярності (позитивна логіка) буде інвертований на виході. Дійсно, надходження хоч би на один вхід сигналу позитивної полярності приводить до відмикання відповідного транзистора і переходу його в режим насичення. При цьому різко зростає падіння напруги на загальному для всіх транзисторів опорі навантаження Rн, а вихідна напруга знизиться практично до нуля. Таким чином, високий рівень напруги на вході, відповідний логічній одиниці, призводить до зниження напруги на виході схеми до рівня логічного нуля. У негативній логіці, тобто у тому випадку, коли на вхід (входи) поступає напруга негативної полярності, схема, побудована на транзисторах типу n-p-n виконує функцію І - НЕ: високий рівень напруги на виході буде тільки за умови, що всі три транзистори замкнуто, тобто на всі входи поступили сигнали низького рівня. Зміна характеру функції при заміні позитивної логіки на негативну (і навпаки) є загальною властивістю логічних схем, в чому неважко переконатися при подальшому розгляді їх різновидів.
Рис. 11.8. Схема типу ТЛНС
Не дивлячись на певні переваги (простота, мала споживана потужність, висока швидкодія), транзисторні логічні мікросхеми з безпосереднім зв'язком застосовуються рідко. Їх недоліком є значний розкид вхідних характеристик (а, отже, і вхідних опорів) транзисторів. В результаті при одній і тій же вхідній напрузі базові струми транзисторів можуть істотно відрізнятися один від одного. Крім того, схеми типу ТЛНС мають низьку завадостійкість і невелику навантажувальну здатність.
Для підвищення завадостійкості і вирівнювання вхідних опорів транзисторів в ланцюзі баз включають додаткові резистори з опором близько декількох сотень Ом (Рис. 11.9). В цьому випадку утворюється схема типу РТЛ, принцип роботи якої і виконувані нею логічні функції нічим не відрізняються від розглянутої вище схеми типу ТЛНС. Слідує, проте, відзначити, що схеми типу РТЛ мають відносно невелику швидкодію. Пояснюється це тим, що ділянка база - емітер кожного транзистора володіє помітною паразитною ємністю (показано пунктиром на рис 11.9).
Рис. 11.9. Схема типу РТЛ
Рис. 11.10. Схема типу РЕТЛ
Під час надходження вхідного сигналу ця ємність заряджає через відповідний базовий резистор. Постійна часу заряду при чималому опорі базового резистора може перевищити тривалість вхідного сигналу. В результаті відбуваються спотворення форми вхідного сигналу, затягування процесу відмикання транзистора і зниження швидкодії схеми. Для усунення цього недоліку базові резистори шунтують конденсаторами (Рис. 11.10). Схеми такого типу називаються схемами РЕТЛ. У момент перемикання конденсатори (їх називають прискорюючими) на деякий час закорочують резистори і тим самим як би виключають їх з схеми. Тому постійна часу заряду паразитних базових ємностей різко зменшується, а час перемикання транзисторів із замкнутого стану у відкритий і навпаки, помітно скорочується.
Розглянуті варіанти логічних інтегральних мікросхем використовувалися на першому етапі розвитку мікросхемотехніки. У напівпровідникових ІМС і особливо в мікросхемах з високим ступенем інтеграції (ВІС) вони виявилися безперспективними.
2. Логічні ІМС з емітерними зв'язками (перемикачі струму)
Розглянуті вище типи логічних ІМС володіють загальним недоліком: транзистори в цих схемах, знаходячись у відкритому стані, працюють в режимі насичення. У зв'язку з цим в областях бази і колектора накопичуються значні заряди, для розсмоктування яких під час переходу транзистора в закритий стан потрібний додатковий час. Для усунення цього недоліку використовуються схеми типу ТЛПТ (перемикачі струму), які називаються також транзисторними логічними схемами з емітерними зв'язками (типу ТЛЕЗ). Основна особливість цих схем полягає в тому, що відкриті транзистори в них не входять в режим насичення. Завдяки цьому, підвищується швидкодія схеми.
Одна з простих схем подібного типу - логічна схема типу ТЛПТ показана на Рис. 11.14. У початковому стані транзистори VT1-VT3 замкнуті і струм від джерела проходить через транзистор VT4, який відкритий опорною напругою. Оскільки всі вхідні транзистори (VTI - VT3) замкнуті, то на базу вихідного транзистора VT5 подається високий позитивний потенціал, рівний потенціалу колекторів транзисторів VT1-VT3. Транзистор VT5 при цьому відкритий, через резистор R4 (опір навантаження) проходить великий струм, напруга на резисторі R4 підвищується, що відповідає рівню логічної одиниці на виході у2.
Характерною особливістю схеми є такий вибір режиму роботи відкритих транзисторів VT4 і VT5, який забезпечує надійне відмикання цих транзисторів, не доводячи до насичення.
Відмикання хоч би одного з транзисторів VT1 - VT3 приводить до підвищення падіння напруги на резисторі R3 і забезпечує замикання транзистора VT4 (оскільки потенціал емітера цього транзистора стає вищим, ніж потенціал бази, підключеної до низьковольтного джерела опорної напруги). У зв'язку з цим струм від джерела живлення різко перемикається з транзистора VT4 на транзистори VT1-VT3. Падіння напруги на резисторі R1 зростає, потенціал бази транзистора VT5 знижується, транзистор VT5 закривається, а величина напруги на виході у2 (на резисторі R4) падає до рівня логічного нуля.
Таким чином, схема дозволяє реалізувати логічну операцію АБО - НЕ. Вихід у1 (з колектора транзистора VT4) - прямій. Знімаючи вихідну напругу з цього виходу, можна реалізувати функцію «АБО».
Складніша схема транзисторної логіки, що працює за принципом перемикання струму, показана на Рис. 11.15. Ця схема (типу ТЛЕЗ) вважається однією з найбільш швидкодіючих логічних ІМС. У схемі чотири емітерно-зв'язані каскади (VТ1 -VТ4), два вихідних каскади (VT5, VT6) з навантаженням в ланцюзі емітера і джерело опорної напруги на транзисторі VT7. Робота даної схеми багато в чому аналогічна роботі схеми на Рис. 11.14.
Рис. 11.14. Логічна схема типу ТЛПТ
Рис 11.15. Схема типу ТЛЕЗ
Якщо на входи х1, х2, х3 подані потенціали, відповідні рівню логічного нуля, то транзистори VT1 - VT3 закриті, транзистор же VT4 відкритий, оскільки на його вхід подана опорна напруга з резистора R4, включеного в ланцюг емітера транзистора VТ7. Якщо хоч би на один з входів подати позитивну напругу, рівну рівню логічної одиниці, то відповідний вхідний транзистор відкриється (але не увійде до режиму насичення), а транзистор VT4 закриється.
Схема має два виходи. На одному з них y1 напруга відповідатиме логічній одиниці тільки у тому випадку, коли замкнутий транзистор VT4. Для цього, як вже наголошувалося, достатньо подати одиничну напругу хоч би на один вхід схеми. Отже, по виходу у1 схема реалізує логічну операцію АБО. Неважко переконатися в тому, що по виходу у2 схема дозволяє виконати логічну операцію АБО - НЕ. Тому можна вважати, що схема типу ТЛЕЗ в цілому здатна реалізувати функцію АБО/АБО - НЕ. Звернемо увагу на те, що в схемі на рис 11.15 заземлений не негативний, а позитивний полюс джерела живлення, так що всі робочі потенціали, що відлічуються щодо нульового потенціалу заземленого позитивного полюса джерела, виявляються негативними. Зрозуміло, це не міняє принципу дії схеми, проте заземлення позитивної шини живлення істотно зменшує вплив перешкод, що проходять по ній.
Контрольні запитання:
Інструкційна картка №26 для самостійного опрацювання навчального матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»
І. Тема: 4 Основи цифрової електронної схемотехніки
4.3 Цифрові пристрої
Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань; розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.
ІІ. Студент повинен знати:
- Призначення лічильників імпульсів;
- Область застосування лічильників імпульсів;
- Способи реалізації лічильників імпульсів;
- Будову та принцип роботи схем лічильників імпульсів різних типів.
ІІІ. Студент повинен уміти:
- Застосовувати лічильники імпульсів при побудові електричних схем;
- Будувати та викреслювати схеми на основі лічильників імпульсів.
ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.
Страницы: 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
