2 Методика снятия основной статистической характеристики

К основной статической характеристике относится передаточная характеристика элемента. На основе этой характеристики можно определить основные параметры базового элемента.

2.1 Передаточная характеристика элемента

Передаточная характеристика элемента представляет собой зависимость выходного напряжения от .входного (рисунок 1.6). Она имеет три характерных участка: I - соответствует состоянию U_вых=U¹, П - состоянию U_вых=U⁰ и Ш - промежуточному состоянию (активная зона). U_a- ширина активной зоны или зоны неопределенности. Для снятия передаточной характеристики на входы Х₁, Х₂ (рисунок 1.4) подаются напряжения , а на вход Х₃- напряжение, плавно изменяющееся от 0 до U_вх. Напряжение U_вых снимается с выхода Y. Произведем анализ передаточной характеристики, представленной на рисунке 1.6.

При подаче на вход Х₃, (рисунок 1.4) напряжения U⁰= 0,3 В на базе транзистора V₂ - низкий потенциал, на базе транзистора V₃ потенциал равен 0 и, следовательно, V₃ закрыт. На выходе элемента напряжение . Потенциал коллектора транзистора V₂ и базы транзистора V₄ приблизительно равен U_ип. В результате открывается базоэмиттерный переход V₄ и диод V₅. Возникает выходной ток J_вых.

При дальнейшем увеличении напряжения U_вх (точка 2) V₂ открывается и через него протекают токи J_к2 и J_э2 напряжение на выходе элемента падает на величину J_к2×R₂

, (6)

так как J_к2¹0. Транзистор V₃ закрыт, его входное сопротивление велико. Транзистор V₄ открыт и работает в режиме

Рисунок 1.6 - Передаточная характеристика

эмиттерного повторителя, его входное сопротивление также велико. При U_вх=1.4В транзистор V₃ начинает открываться за счет увеличиваетегося напряжения U_к4=J_э2×R₄. Динамическое сопротивление базоэмиттерного перехода V₃ шунтирует резистор V₄, и коэффициент усиления каскада на транзисторе V₂ резко возрастает, напряжение на коллекторе V₂ резко уменьшается. Поскольку V₄ еще не закрыт, а V₃ уже открыт, возникает скачок тока от источника питания через резистор R₃ (ток короткого замыкания J_к), который ограничивается сопротивлением резистора R₃:

, (7)

При дальнейшем увеличении U_вх V₂ и V₅ переходят а режим насыщения, а V₄ и V₅ закрываются, на выходе устанавливается напряжение U⁰ = 0.3 В. Базоэмиттерный переход V₃ ограничивает дальнейшее нарастание напряжения на эмиттере V₂ уровнем U_{БЭ нас}= 0,7 В. На коллекторе V₁ устанавливается напряжение U_K1=2U_БЭнас=1.4 В.

По передаточной характеристике (рисунок 1.6) можно определить некоторые основные параметры базового элемента ТТЛ. Точка 1 на передаточной характеристике соответствует уровню логической единицы U¹ , а точка 4 - логическому нулю U⁰. Соединив эти точки, получим прямую с крутизной К=-1. Найдем на передаточной характеристике точки с единичным коэффициентом передачи, для чего проведем касательные к изгибам передаточной характеристики, параллельные прямой 1-4. Точки касания a¢, а" и будут точками с К=-1, в окрестности которых DU_вх=-DU_вых. Входные напряжения, соответствующие этим точкам, назовем порогами переключения: - порог переключения из "1" в "0". - порог переключения из "0" в "1". Если U_вх> , то происходит переключение элемента в нуль (включение), т.е. изменение U_вых на , если U_вх< - переключение из "0" в "1", т.е. выключение элемента. Величина помехи на входе элемента не должна превышать значения, при котором дифференциальный коэффициент передачи элемента К= DU_вых/DU_вх. становится больше 1, в противном случае помеха будет вызывать ложное срабатывание (сбой).

Из вышеизложенного следует, что максимально допустимое статическое изменение входного напряжения, которое воздействует на вход элемента в течение времени, превышающего задержку сигнала t_зд.ср, не вызывающее переключения элемента, является статической помехоустойчивостью U_п , которая определяется выражениями (рисунок 1.6):

- статическая помехоустойчивость выключенного элемента по отношению к включающей помехе;

- статическая помехоустойчивость включенного элемента по отношению к выключающей помехе. Обычно . Помехоустойчивость элемента оценивается меньшей из этих двух величин.

Как следует из рисунка 1.6,

где - логический перепад;

U_a - ширина зоны неопределенности.

Следовательно, для повышения помехоустойчивости надо повышать логический перепад и уменьшать ширину зоны неопределенности. В логическом элементе обеспечивают U_a<<U_л, тогда приближенно можно считать

Поскольку логический перепад напряжения U_л не превосходит величины напряжения источника питания U_ип, то , т.е. сумма статических помехоустойчивостей не может превысить величины напряжения источника питания.

Как следует из вышеизложенного, наклонный участок 2-z на передаточной характеристике (рисунок 1.6) является существенным недостатком, так как снижает помехоустойчивость выключенного элемента по отношению к включающей помехе . Этот недостаток частично устраняется введением корректирующей цепи R₅, V₆ (рисунок 1.7).

В этом случае при 0.7 В<U_вх<1.4 В точки J_к2 и J_э2 отсутствуют, поскольку закрыт V₆. В выражении (6) J_к2×R₂=0, что обусловливает спрямление передаточной характеристики, как показано пунктиром на участке 2-3 (рисунок 1.6). Только при U_вх³1.4 В открывается транзистор V₆, затем открывается транзистор V₅ и на выходе элемента устанавливается U_вых=U⁰.

Статическая помехоустойчивость выключенного элемента с корректирующей цепью (рисунок 1.7) по отношению к включающей помехе будет определяться выражением:

Рисунок 1.7 -Схема базового элемента ТТЛ