Схемотехника
1.
Базовые элементы ТТЛ 155-й серии. Схемы, принцип работы, назначение элементов
ИЛИ К155ЛА3 и К155ЛР1.
ТТЛ
Обеспечивает требование
быстродействия и потребляемой мощности. В интересах согласования с ЛЭ других
типов используются преобразователи уровня в виде схемы с простым инвертором или
со сложным инвертором. Для реализации можно использовать диодно-резисторную
логику (Шотки) со сложным инвертором.
ЛЭ
ТТЛ с простым инвертором
Достоинства
1. Простота
технической реализации (на одном кристалле).
2. Малые
паразитные емкости, следовательно большое быстродействие.
Недостатки
1. Более
низкая помехоустойчивость по сравнению с ДТЛ (U+пом
ТТЛ < U+пом ДТЛ, U-пом ТТЛ < U-пом
ДТЛ)
2. Малый
Kраз (Kраз
— число единичных нагрузок, одновременно подключенных к выходу ЛЭ)
Применяется в тех случаях, когда
не требуется высокие устойчивость от статических помех и Kраз.
Схема
с открытым коллектором.
Можно включать резистор,
светодиод, реле, обмотку мощного трансформатора. Схема ТТЛ явл. дальнейшим
развитием ДТЛ. Так ДРЛ (диодно-резисторная логика) заменена на МЭТ
(многоэмиттерный транзистор) с резистором.
Рис.1
Для реализации операции y=x1x2
Рис.2
Рис.3
База–коллектор VT1
выполняют функцию смещающего диода VD3 с схеме ДТЛ.
Эквивалент диода VD4 ДТЛ в схеме ТТЛ отсутствует.
Достоинства
1.
Отсутствует сопротивление утечки (в ДТЛ R2).
2.
МЭТ обеспечивает рассасывание неосновных носителей из области базы VT2
Условия
1.
Положительная логика
2.
3.
1 случай
x1=x2=1, т.е. Ux1=Ux2=U1
®
“1”
МЭТ выполняет
следующие функции:
1.
Операция “И”
2.
Усиление сигнала.
3.
VD1, VD2.
4.
VD3 в схеме ЛЭ ДТЛ.
VD1 ® (база-эмиттер VT1)х1,
VD2 ® (база-эмиттер VT1)х2.
Диод смещения VD3 ® база-коллектор VT1
Переход
база-эмиттер VT1 смещённый в обратном направлении;
переход база-коллектор VT1 смещён в прямом направлении,
Þ режим активный инверсный
Uк-э МЭТ »
0,1 В
Uа = Uб-к VT1 о + Uб-эVT2 о – Uк-эVT1 » 1,5 В
VT2, R2 реализуют “НЕ”. Принцип такой же, как в ДТЛ (VT2 открыт, насыщен. Rвых мало (» 5..40 Ом) Þ Uy = U0 » 0,2В
2 случай
Ux1 = 0,2В Ux2 = 4В
(Up – Un)VT1 x1 = UИП – Ux1 =5 – 0,2 = 4,8В
Открыт, т.о. Ua = Uб-эVT1 x1 откр.
+ Ux1 = 0,8 + 0,2 = 1В
Для того, чтобы
открыть VT1б-к и VT2э-б
требуется
VT2 закрыт.
МЭТ находится в
открытом и насыщенном состоянии. Режим активный и насыщенный.
ЛЭ
ТТЛ-типа серии К155
1.
Краз мало в ТТЛ с простым инвертором
2.
Rвых » Rк VT
Для устранения недостатка
применяют ТТЛ со сложным инвертором.
Рис.4 ЛЭ
ТТЛ-типа со сложным инвертором.
Состав схемы
1.
На VT1 МЭТ и R1 собран
коньюнктор .
2.
Сложный инвертор (VT2-VT5, R2-R5).
3.
Демпфирующий диод VD3.
Сложный инвертор включает в себя:
1.
VT2 c R2, R3, R4, VT5. С одной стороны
фазоразделительный каскад с корректирующей цепочкой VT5, R3,
R4.
2.
Выходной каскад (VT3, VT4, VD3, R5).
a) Эмиттерный
повторитель на VT3 (ЭП).
b) Инвертор
на VT4.
Назначение
VD1,
VD2.
Это так
называемые демпфирующие диоды — для шунтирования (на корпус) сигнала
отрицательной полярности с уровнем более 0,6В. При положительной логике уровни
сигналови при UИП
= +5В.
1. Входные
цепи имеют паразитное С и паразитное L.
2. Наводки
(наведённые статические помехи).
Первые создает
колебательный контур (к/к)
Рис. 5
В момент окончания сигнала (Ua – Uk)VD1,2 = 0 – (-0,8) = 0,8В > UVD3 = 0,6В
Þ
VD1 открыт и Þ
RVD О = Rпр = 5..20 Ом и устраняется отрицательная полярность в помехе.
Положительная помеха влияния не оказывает вследствие своей малости.
МЭТ
VT1, R1 предназначены
для реализации операции “И”. Он представляет собой диодную сборку. Сравним с
ДТЛ
1.
(б–э)х1 ® VD1 (ДТЛ).
(б–э)х2
® VD2 (ДТЛ).
(б–к)VT1 ® VD3 (диод
смещения ДТЛ)
2.
Выполняет операцию усиления.
3.
При закрывании VT2 c области базы (p) осуществляется рассасывание
неосновных носителей Þ VT1 заменяет Rутечки,
включенную в цепь базы транзистора VT1 ДТЛ (R3).
Режим
работы транзистора VT1
1. Режим
насыщения.
2. Активный
инверсный.
1. Происходит
в случае воздействия на вход сигнала низкого уровня. В этом случае б–э
смещаются в прямом направлении, R мало, транзистор
открыт и насыщен; б–к смещен в обратном направлении, но открыт.
2. Если
на x1 и x2
подана “1”, то б–э смещены в обратном направлении, R велико,
а б–к смещен в прямом направлении (R мало).
Рассмотрим
назначение VT2
Если замкнуть R3
на корпус и сделать два разрыва (как показано на рис.4). VT2 предназначен
для управления VT3 и VT4. В
насыщенном состоянии ток IэVT2=Iк+Iб (IнVT2 < IнVT4). Если в точке k «–», то в точке с «–».
VT3(ЭП)
ЭП имеет Rвых
малое при любой нагрузке в эмиттерной цепи. Rвых
при выключенном ЛЭ также мало. В случае воздействия на вход «0» закрывается VT3. Этим исключается возможность протекания сквозного тока
от источника питания через открытые VT3 и VT4. В случае открытого VT3 VD3 закрывается,
т.е. отсутствует недостаток простого инвертора, т.е. мощность потребления
меньше.
1 случай
U1 = U2 = U1 ® “1”
(б-э)VT1
смещены в обратном направлении.
(б-к)VT1
смещён в прямом направлении. Þ
VT1 работает в активном инверсном режиме. Потенциал т. а достаточен, чтобы
открыть переход (б-к)VT1, (б-э)VT2, (б-э)VT5 и (б-э)VT4.
При открытом p-n переходе
VT2 открыт и насыщен
Ток протекает
по цепи: «+»ИП ® R2 ® (к-э)VT2о.н. ® R3 ®VT5 ® корпус
÷ R4 ö
VT4 открывается
напряжением Uc. Оно создается после открытия
VT2 и VT5 током эмиттера VT2.
Корректирующая
цепочка предназначена для защиты от статических помех (для увеличения ) по сравнению с ЛЭ без
корректирующей цепочки за счет изменения формы. В интересах повышения
помехоустойчивости используется VT2 (это VD4 в схеме
ДТЛ)
(б-э)VT1
® VD4 ДТЛ
(б-э)VT2
® VD3
ДТЛ
Uколлектора насыщения VT4=0,1В
2 случай
Если на один из
входо
переход (б-э)VT1 ток протечет по цепи: «+»ИП ® R1 ® (б-э)VT2
® X1 ® корпус
Ua = U(б-э)откр.VT1 + UX1
= 0,8 + 0,2 = 1В
Uk = Ua – U(к-э)VT1
= 1 – 0,1 = 0,9В
VT2-VT4 –
закрыты
При VT2 закрытом
Uб » UИП = 5В. VT3, VD3 открыты, Þ Uy = UИП – U(б-э)VT3 – UVD3о = = 5–1,6 = 3,4В
Параметры
ТТЛ со сложным инвертором
Основным параметром в статическом
режиме является , , Рпот.ср. (средняя
потребляемая мощность).
на
VT3 мало Þ Kраз
высок!
Рис. 6
при X2
ЛЭ включен, т.е. VT2 и VT4 открыты и насыщены. VT3 и VD3 закрыты.
При Uвых
= U0 Þ
ЛЭ
ТТЛ-типа с открытым коллектором
Применение: в случае
включения в выходной каскад таких компонентов, как реле, светодиод,
трансформатор и т.д. и в случае включения резистора в коллекторную цепь с
подачей более высокого напряжения питания (до 30В).
Рис.7
ЛЭ
ТТЛ-типа с 3-мя состояниями выхода
Roff — высокое выходное сопротивление
Рис.8
Фрагмент таблицы истинности:
Roff
Состав схемы:
1.
Коньюнктор (VT1, R1). В точке 1 .
2.
Сложный инвертор с корректирующей цепочкой: фазоразделительный каскад,
корректирующая цепочка, ЭП.
Кроме этих компонентов в схему
включены VT6, R6, R7. Коллекторная цепь VT6 включена в коллекторную цепь VT2 в
точке а. Это необходимо для реализации третьего состояния схемы.
Рассмотрим принцип работы с использованием таблицы истинности. Пусть на входах
высокий уровень (1 поз. таблицы). В этом случае VT6 открыт и насыщен. Сопротивление VT6
мало (составляет rвых VT6
= rн =5..20 Ом). Из этого
следует, что U(к-э)нVT6 @ 0,2В. Þ Ua = 0,2В.
Определим, какое U в т.1 Uк
= UбVT2. VT1 – активный инверсный режим. U1 >
Ua Þ VT2 – активный инверсный режим. Ток течет по цепи:
«+»ИП ® R1 ® б-к VT1® б-к VT2 ® к-э VT6 ® корпус ® «–»ИП.
U1 =
U(б-к)оVT2 + U(к-э)насVT6 = 1В
В этом случае закрыт VT5. Дальше цитата Тимошенко В.С.: «А в каком же состоянии VT4 и VD1? Да они же закрыты!!!». Þ на выходе высокое сопротивление Roff.
2 позиция таблицы. VT6 закрыт, Rк-э высокое.
Вывод: в случае подачи на вход X3 U0 при положительной логике VT6
закрыт и схема ЛЭ может иметь 2 состояния – включенное и выключенное.
Базовые
ЛЭ ЭСЛ-типа 500-ой серии.
Достоинства: ЛЭ ЭСЛ-типа
применяются в быстродействующих устройствах, т.к. она (ЭСЛ) имеет малое tздр (время задержки). Это обусловлено:
(1), где Uл – логический перепад. (Примечание. Для ТТЛ с
простым инвертором )
Если в (1) при Cн
= const уменьшить Uл,
то tздр уменьшается.
ЛЭ ЭСЛ имеет малый уровень
логического перепада, дост. Большой ток зарада Cпар,
Þ длительность положительного
перепада схемы мала. Рассмотрим состав, принцип работы и назначение элементов
схемы. При положительной логике U1 = – 0,9В,
U0 = – 1,7В, опорное напряжение .
«ИЛИ–ИЛИ–НЕ»
Рис.9
1.
Токовый переключатель.
2.
Источник опорного напряжения.
3.
Эмиттерные повторители.
1.
VT1, VT2 – левое плечо
дифференциального усилителя.
R1, R2, R5
R3, R4 – сопротивления
утечки.
На б VT1 и VT2 подаются входные сигналы.
На б VT3 поступает опорное напряжение –1,3В.
Uл
= U1 – U0 = 0,8В
2.
Делитель R7R8, диоды VD1
и VD2, ЭП VT4R6, VT3.
3. VT5R9 (R9 и R10 в схему ЛЭ в интегральном
исполнении не входят).
VT6R10
U(б-э)оVT5,6 = 0,8В
Работа
X1 = X2 = 0
U1 =
– 0,9В
U0 =
– 1,7В
Uоп = –1,3В
VT1 и VT2 закрыты. Iк1,2 = 0. VT3 открыт. При этом Uc=–(Uоп)
+ (–U(б-э)VT3) = (–1,3) + (–0,75) = = –2,05В
Что с VT3?
Проверим: (Uб – Uэ)VT3 = (–1,3) –
(–2,05) = 0,75 — он открыт.
(Uб
– Uэ)VT1,2 = (–U0) – (–Uc) = (–1,7) – (–2,05) = 0,35В
< Uэз
= 0,6В Þ VT1,2 – закрыты.
Т.к. через R1
при закрытых VT1 и VT2
протекает ток IбVT5 (ЭП) по цепи:
«+»ИП ® R1 ® б-э VT5® R9
® «–»ИП
Режим работы VT5
подобран так, что он всегда открыт и через него течет ток:
«+»ИП ® R1 ® к-э VT5 ® R9
® «–»ИП
Uб-эVT5o = –0,8В
Uy1 = (Ua + Uб-эVT5) = (–0,1) + (–0,8) = –0,9В ® U1 = – 0,9В
Uc =
Uб-эVT3o +
Uоп = (–0,75) + (–1,3) = –2,05В
через R2
протекает ток IкVT3, IбVT6. Т.о.
создается напряжение Uб = (IкVT3 + IбVT6) R2 = –0,9В
Uy2 =
Uб + Uб-эVT6o = (–0,9) + (–0,8) = –1,7В
ИЛИ–НЕ В этом случае y2 = «0»
ИЛИ y1 = «1»
X1 = X2 = 1
В этом случае VT1,2
открыты, но ненасыщены Þ
отсутствует избыточность зарядов в цепи базы Þ
tздр мало.
VT3 закрыт
Uc =
UX1,2 + Uб-эVT1,2o
= (–0,9) + (–0,75) = –1,65В. Через R2 протекает только Iб.
y1 = «0»
y2 = «1»
Источник опорного напряжения
предназначен для создания стабильного напряжения (–1,3В). Включаются R7, R8.
Т.к. температура изменяется, то
требуется температурная компенсация VD1,2, VT4, R6
VD1,2 — для
термокомпенсации (для обеспечения пропорционального изменения тока делителя). В
точке d в зависимости от toC
меняется потенциал.
Работа
источника опорного напряжения (ИОН).
Если соединить базу VT3 с точкой d и убрать VD1,2 (закоротить), т.е. исключить VT4 (ЭП)
и R6, чтобы мы имели .
Когда VT3
открыт, то имеем недостаток: через R7 кроме Iдел протекает IбVT7 Þ
(Iдел
+ IбVT3)
R7 = , IбVT3 = I ( to )
Как видно, постоянство опорного
напряжения на базе VT3 не обеспечивается. Для
ликвидации этого недостатка вкл. VT4R6. Тогда через
делитель R7R8 всегда протекает ток равный Iдел + IбVT4. Но и в этом случае не
обеспечивается стабильность напряжения, т.к. IбVT4 = I ( to
). Существует необходимость ввести диоды VD1,2,
в которых R меняется в зависимости от изменения to Þ изменяется ток Iдел.
Этим компенсируется изменение токов IбVT4 и IбVT3 от температуры и обеспечивается температурная
стабилизация.
Определим потенциал т. d.
Т.к. UбVT3 = Ud + Uб-эVT4, то
Ud = –Uб-эVT4 + UбVT3 = –(Uоп) – (–Uб-эVT4) = –1,3 – (–0,75) = –0,55В
÷Uоп