Режимы работы элементов дтл и ттл-схем для двух логических состояний

Элемент
	Рис.1,в	Рис.1,д	Рис.1,е	Рис.1,б	Рис.1,в	Рис.1,д	Рис.1,е	Рис.1,б
Т1	НАР c IЭ = 0	НАР c IЭ = 0	ННР c IК = 0	НАР c IЭ = 0	НАР	ННР	ИАР	ННР
Т2	НАР c IЭ = 0	НАР c IЭ = 0	НАР c IЭ = 0	-	ННР	ННР	ННР	-
Т3	НАР	НАР	-	-	НАР c IЭ = 0	НАР c IЭ = 0	-	-
Т4	НАР c IЭ = 0	НАР	-	-	ННР	НАР c IЭ = 0	-	-
Т5	-	НАР c IЭ = 0	-	-	-	ННР	-	-
D3	открыт	закрыт	-	закрыт	закрыт	закрыт	-	открыт
D4	-	-	-	закрыт	-	-	-	открыт

Примечание: НАР - нормально-автивный режим, ИАР - инверсно-активный режим, ННР - нормальный насыщенный режим.

Этот же ток протекает во входной цепи, если открыт только один входной диод. Через все остальные элементы схемы ток прак­тически не протекает.

В случае, когда на все входы схемы подан логический уро­вень единицы , диодыD1 и D2 запираются, а транзисторы T1, Т2 и диод D3 открываются. Во входной цепи токи практически отсутствуют. Реально, входной ток определяется то­ком утечки обратносмещенного диода. Через резисторR1 про­текает ток, равный току эмиттера T1 ( I_Э = I_K + I_Б), через R2 - ток базы транзистора T1. Поскольку T1 работает в НАР, то I_Э = (_N + 1)I_Б , откуда следует, что

. (4)

Ток резистора R3 находится из условия, что падение напряже­ния на резисторе равно U_БЭн2 , то есть

.

При отсутствии или малом числе нагрузок ток через резистор R4 можно легко определить по формуле

(5)

Однако при подключении к выходу данной схемы большого числа идентичных ключей напряжение может существенно возрас­ти за счет увеличения падения напряжения на сопротивлении тела коллектораT2 от суммарного тока нагрузочных схем (рис.1,а).

Статические характеристики ДТЛ-схемы

Входная характеристика ДТЛ схемы изображена на рис.2,а. Для случая, когда напряжение увеличивается на входе А, а на входе В (рис.1,а), соотношение (3) описывает участок входной характеристики в области значений

,

где величина U_вх.гр = U_БЭгр1 + U_D + U_БЭгр2 – U_D. При этом значении входного напряжения начинает закрываться входной диод и входной ток резко уменьшается.

Одна из ветвей выходной характеристики (рис.2,б) соответствует случаю, когда на все входы подано напряжение , другая - когда хотя бы на одном входе потенциал равен. Первая соответствует выходной ВАХ транзистора T2 на участке его работы в режиме насыщения. Вторая же (транзистор T2 в этом случае зак­рыт) - линейная функция с наклоном, соответствующим значению сопро­тивления резистора R4.

Различают передаточные характеристики нагруженной и ненагруженной ДТЛ-схемы (рис.2,в). В первом случае на зависимости U_вых = f(U_вх) наблюдается характерный излом. Этот излом имеет место на участке характеристики, где транзистор T2 работает в нормальном активном режиме. Изменение наклона передаточной характеристики на изломе означает для исследуемой (нагруженной) схемы некоторое снижение коэффициента усиления по напряжению . Это можно объяснить следующим образом. Нормальнo-активный режим транзистора T2 характеризуется следующим равенством для токов I_K2 = _NI_Б2. Увеличение тока коллектора T2 за счет резкого увеличения тока нагрузки (рис.2,а) требует соответствующего увеличения его тока базы. На этом участке входные диоды нагруженной схемы D1 и D2 еще не полно-

стью закрылись. Поэтому увеличение тока базы T2 может быть достигнуто

только за счет повышения входного напряжения и запирания диодов D1 и D2. При этом передаточная характеристика на изломе “замедляет” скорость спада, как бы “сдвигается” по оси входных напряжений.

Расчет потребляемой мощности схемы.

По заданному значению U_ИП1 и известным R1 и R2 по формуле (3) можно оценить величину суммарного входного тока . Соотношение этих резисторов важно для обеспечения насыщенного режима работы Т2 при заданной нагрузочной способности N. Номиналы всех резисторов влияют на потребляемую мощность. Рассчитаем среднюю рассеиваемую мощность, которая скла-дывается из мощности в состояниях логического нуля Р⁰ и единицы P¹ на выходе

. (6)

При этом

(7, 8)

Здесь токи определяются уравнениями (3) - (5).

Задание на лабораторную работу

Предварительный расчет

Исходные данные для расчета и измерений приведены в табл.2. Номер варианта соответствует номеру бригады. Используя заданные значения U_ИП1, U_ИП2, R1…R4 для ДТЛ-схемы (рис.1,а), необходимо:

1. определить логические уровни по формулам (1), (2);

2. рассчитать входной ток и рассеиваемую мощностьР, используя выражения (3) - (8).

Экспериментальная часть

Составить схемы измерения входной, передаточной и выходных характеристик ДТЛ-элемента при использовании ПНСХ, учитывая, что диоды в схеме реализуются на p-n-переходе эмиттер-база биполярного транзистора (переход коллектор-база закорочен). Получить указанные характеристики экспериментально. Передаточную характеристику снимать для двух случаев: с нагрузкой и без нее.

Обработка результатов

По экспериментальным статическим характеристикам определить измеряемые параметры ДТЛ-элемента и представить их в таблице для двух вариантов исходных параметров.

Контрольные вопросы

1. Какую логическую функцию реализует ДТЛ схема? ТТЛ схема?

2. На какие режимы работы схемы влияет замена входных диодов на многоэмиттерный транзистор?

3. Объяснить назначение и функцию всех элементов ДТЛ схемы (рис.1,а).

4. При каком логическом уровне на входе транзистор T1 (рис.1,а) работает в нормальном активном режиме?, в нормальном насыщенном режиме?

5. В каких режимах работают транзисторы ТТЛ схемы (рис.1,г) при ?, при?

6. Для какой цели введен в ТТЛ-схему (рис.1,г) диод D?

7. Будет ли работать ДТЛ-схема (рис.1,а), если накоротко замкнуть резистор R2 (соединить базу и коллектор транзистора T1)?

8. Как изменятся характеристики ДТЛ схемы (рис.1,а), если закоротить резистор R2?

9. Для какой цели в ДТЛ схеме (рис.1,а) использованы два источника питания?

10. При каком логическом уровне на входе () ток через резисторR1 в ДТЛ схеме (рис.1,б) больше?

11. Для какой цели шунтируют коллекторные переходы транзисторов диодами Шоттки?

12. Объясните назначение резистора R3 в схеме (рис. 1,а).

13. При каком минимальном значении напряжения питания U_ИП1 (при ) откроется транзисторТ2?

14. Объясните назначение резистора R4 в ТТЛ-схеме, (рис. 1,г).

15. Рассчитайте величину входного тока для схемы (рис. 1,е).

16. Рассчитайте величину входного тока для схемы (рис. 1,е).

17. Какие параметры ДТЛ-схемы можно определить по ее выходным характеристикам?

18. Определить, различаются ли уровни для двух схем ДТЛ (рис.1,а) и ТТЛ (рис.1,е) приU_ИП1 = U_ИП2, если эти схемы не нагружены?, нагружены на идентичные схемы?

19. Изменится ли уровень ТТЛ схемы (рис.1,г), если перенести диод D из эмиттерной в базовую цепь транзистора Т3?

20. Для какой схемы больше величина тока : ДТЛ (рис.1,а) или ТТЛ (рис.1,г)?

21. За счет чего обеспечивается нормальнo-активный режим транзистора T1 (рис.1,а)?

22. Почему минимальное значение U_ИП1 и U_ИП2 ограничено величиной, примерно равной падению напряжения на трех прямосмещенных р-n-перехо-дах?

Рекомендуемая литература

1. Анализ и расчет интегральных схем. /Пер. с англ./ под ред. Б.И. Ермолаева. - М.: Мир, 1969, т.2.

2. Агаханян Т.М. Интегральные микросхемы - М.: Энергоатомиздат, 1983.

3. Алексенко А.Г., Шагурин И.Н., Микросхеметехника. - М.: Радио и связь, 1982.

Таблица 2