Электроника

E Uоп 3 U 1,2 В .

При последовательном включении нескольких однотипных переключателей тока, когда выходной сигнал одного из них используют в качестве входного для последующего, необходимо согласовать уровни входного и выходного сигналов. Амплитуда выходного напряжения должна

необходимо понизить Uср на величину U мах 2 U , равную 0,8 В.

Таким согласующим каскадом может быть эмиттерный повторитель, напряжение на выходе которого меньше входного на величину Uбэ 0,8 В.

Переключатель тока с эмиттерными повторителями на выходах изображен на рис. 3. 13. Эмиттерные повторители играют важную роль. Повышается нагрузочная способность схемы благодаря малому выходному сопротивлению эмиттерных повторителей и повышается быстродействие, т. к. ускоряется заряд паразитных емкостей нагрузки.

Рис. 3.13. Переключатель тока с эмиттерными повторителями на выходе.

Переключатель тока имеет высокое быстродействие, которое обусловлено следующим:

Открытые транзисторы работают в ненасыщенном режиме;

Транзисторы работают практически при включении по схеме

сОБ (база транзистора T2 через источник Uоп , заземлена, а

152

транзистор T1 работает от источника сигнала Uвх с малым

уменьшение Rк уже не приводит к существенному повышению быстродействия).

3.4.Ключи на полевых транзисторах

Вцифровых интегральных схемах в качестве ключевых элементов чаще всего используются МДП-транзисторы с индуцированным каналом. Простейшая схема ключа на n-канальном МДП-транзисторе с индуцированным каналом представлена на рис. 3. 14а.

156

переходов, изолирующих каналы транзисторов от их подложек. На рис. 3.17а приведена передаточная характеристика ключа Uвых f Uвх . С помощью

рис. 3.17б можно пояснить графический метод ее построения. На нем сплошными линиями изображены ВАХ n-канального транзистора T1, а штриховыми – p-канального транзистора T2 при одинаковых значениях входного напряжения.

Рис. 3.17. Передаточная характеристика ключа.

Пусть в исходном состоянии напряжение на входе ключа Uвх 0 , тогда U зи1 0, а Uзи2 E . Значит, транзистор T1 заперт, а транзистор T2

остается на уровне Iост . Напряжение на выходе ключа

Uвых0 Uси1 Iост2 b1 E U01 0.

158

транзисторе T1, а разряд – через транзистор T1 при запертом T2. В обоих случаях транзистор, открывшийся после переключения, сначала работает в

режиме насыщения со сравнительно большим током Ic 0 , а затем по мере заряда или разряда емкости Cн , напряжение на стоке падает ниже Uсн и ток начинает уменьшаться. Следовательно, механизм обоих процессов (заряда или разряда) тот же, что был рассмотрен при анализе разряда Cн в ключе с

резисторной нагрузкой (рис. 3.14). Если считать параметры транзисторов T1 и T2 одинаковыми, то длительности фронтов определяются выражением, аналогичным (3.14) :

Из выражения (3.17) видно, что быстродействие КМДП - ключа увеличивается с ростом напряжения питания. Быстродействие комплементарного ключа почти на порядок выше, чем у ранее рассмотренных схем.

Описанные достоинства, а также отработанность технологии изготовления явились причиной широкого использования КМДП - ключей (на таких ключах базируются широко распространенные серии КМДП -

логики, как 561, 564, 1561, 1564 и др.).

3.5.Логические элементы

3.5.1.Классификация логических элементов

Вбольшинстве современных ЭВМ и цифровых устройствах различного назначения обработка информации производится с помощью двоичного кода, когда информационные сигналы могут принимать только

два значения: 1 и 0. Функция двоичных переменных X1, X 2 ,..., X n

только два значения – 1 и 0. Логическая функция может быть задана словесно, алгебраическим выражением и таблицей, которая называется таблицей истинности.

Действия над двоичными переменными производятся по правилам логических операций. Между обычной, знакомой нам, алгеброй и алгеброй логики (булевой алгеброй) имеются существенные различия в отношении количества и характера операций, а также законов, которым они подчиняются.

Наиболее часто используются три простейшие логические операции: отрицание (операция НЕ, инверсия), конъюнкция (операция И, логическое умножение) и дизъюнкция (операция ИЛИ, логическое сложение). Более сложные логические преобразования можно свести к указанным выше простейшим операциям. Операция НЕ записывается следующим образом

159

Y X (читается не Х), а элемент, выполняющий операцию НЕ, называют инвертором. Если на входе элемента НЕ Х=1, то сигнал на выходе Y=0, и, наоборот, при Х=0 на выходе получаем Y=1.

На выходе элемента И будем иметь логическую единицу только в том случае, когда на все входы элемента одновременно поданы сигналы, соответствующие уровню 1. Если хотя бы на одном входе элемента – логический 0, то на выходе – также логический 0. Результат операции И очень похож на математическое умножение нулей и единиц, поэтому, по аналогии, операцию И называют логическим умножением. Операция

логического умножения И записывается в виде Y X1 X2.

Логическая единица на выходе элемента ИЛИ появляется в том случае, когда хотя бы на одном из входов действует сигнал единица. Некоторое сходство результата операции ИЛИ с математическим сложением объясняет применение термина «логическое сложение». Операция

логического сложения записывается как Y X1 X2 .

Широко используются комбинированные логические элементы И-НЕ (элемент Шеффера) и ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса), выполняющие логические

операции Y X1 X 2 и Y X1 X 2 . Значения выходных сигналов для

двухвходовых логических элементов И, ИЛИ, И-НЕ и ИЛИ-НЕ приведены в таблице истинности 3.1.

Условное обозначение простейших логических элементов приведено

Рис. 3.18. Обозначения простейших логических элементов.

Элементы И, ИЛИ и НЕ образуют полный базис, т.е. с их помощью можно реализовать любую логическую операцию или функцию. Элемент И- НЕ (как и элемент ИЛИ-НЕ) также образует полный базис. Можно показать, что с помощью только логических элементов И-НЕ можно выполнить все простейшие логические операции: НЕ, И, ИЛИ (рис. 3.19). Реализация

Рис. 3.19. Функциональные схемы элементов НЕ (а), И (б) и ИЛИ (в), выполненных на основе элемента И-НЕ.

По способу кодирования информации различают потенциальные и импульсные логические элементы. Информация, обрабатываемая потенциальными логическими элементами, характеризуется отличающимися потенциальными уровнями. Если логической единице соответствует высокий потенциальный уровень, а логическому нулю – низкий, то такую логику называют положительной (позитивной). Наоборот, если логической единице соответствует низкий потенциальный уровень, а логическому нулю – высокий, то говорят об отрицательной (негативной) логике. В импульсных логических элементах логической единице соответствует наличие импульса, а логическому нулю – его отсутствие.

Логические элементы классифицируют также по типу применяемых транзисторов. Наибольшее распространение получили ЛЭ на биполярных транзисторах и полевых МДП-транзисторах. Цифровые интегральные микросхемы выпускаются сериями, внутри каждой из которых имеются объединенные по функциональному признаку группы устройств: логические элементы, триггеры, счетчики, регистры и т.д. Чем шире функциональный состав серии, тем большими возможностями может обладать цифровое устройство, выполненное на базе микросхем данной серии. Микросхемы, входящие в состав каждой серии имеют единое конструктивнотехнологическое исполнение, единое напряжение источника питания, одинаковые уровни сигналов нуля и единицы. Все это делает микросхемы одной серии совместимыми. Основой каждой серии цифровых микросхем является базовый логический элемент. Как правило, базовые логические элементы выполняют операции И-НЕ либо ИЛИ-НЕ и по принципу построения делятся на следующие основные типы, широко применяемые в настоящее время: элементы диодно-транзисторной логики (ДТЛ), транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), эмиттерно-связанной транзисторной логики (ЭСТЛ), интегральной инжекционной логики (ИИЛ),