Цифровая электроника
.pdf
|
|
|
|
41 |
iб = |
U D |
(U D ≈ 0,4(Si). |
|
|
|
|
|
||
|
Rб |
|
|
|
3) КлючсдиодамиШоттки |
: |
|
||
Этоп лупроводник,гдеоднимизграничныхявляметал..(однатсяобласть |
|
– |
||
металл,вторая |
|
– полупроводник n- или p- типа). |
|
|
Отсутствиеприграничногослоя=>нетбарьернойёмкости. |
|
|
||
Это оченьбыстродействующиедиодыВАХ( |
– какуобычдиода,ноасыщеого |
ние~ |
||
0,1В)Использов. этдихбрдовсвязиатранзисниетнойключаавтоматическирного |
|
|||
исключает Rб . Врезультатеполучаследующее: м
+E
Uвх Rб
iб
Шоттки |
Si |
Ge |
Светодиоды |
RK |
|
|
|
Uвых |
|
|
|
|
0,4 |
0,6 |
2,4 |
Притакомподходежеавтоматичесизбыточноеисключакетсяопление
зарядовбазе.
Логическиеэлементы |
диодамиШотткиявляютсамбыстродействующимия |
логичэлементамидляскисхеоднополярным.танием
§2.4 Логическиеэл |
ементынарылеи |
переключателях. Резисторно-транзисторная |
|
|
логикаРТЛ() |
Постпервыхвычислительныхоениесист |
емнабазелогическихэлементов |
|
промышленнобылосвсерединеоеносороковых |
годовпрошстолетия.Ониого |
|
строивполномись |
оответствииосновнымизаконамиБуле |
вой ал,гвебрыдекачестве |
переключаустройствбылизадействованымых |
рыле и переключатели. |
|
42
Физическэквиваледвоичпеременнйдлятакихустройствследующий |
: |
+Е – логическая «1»; |
|
0 – логический «0». |
|
Построимфункцисистемулогическихнальнуюэлеме |
нтов. |
И: |
+E |
x1 |
x2 |
Y |
|
|
|
||||
|
|
0 |
0 |
0 |
Þ Y =x1 ×x2 |
x1 |
|
0 |
+E |
0 |
|
|
т.е. выполняется |
||||
|
+E |
0 |
0 |
||
|
|
||||
|
|
+E +E +E |
операция И |
||
|
|
P |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
&
x2
P2
Y
ИЛИ:
+E |
x1 |
x2 |
Y |
|
|
x1 |
0 |
0 |
0 |
Þ Y =x1 +x2 |
|
|
|||||
P |
0 |
+E +E |
|||
|
|||||
1 |
+E |
0 |
+E |
т.е. выполняется |
|
|
|||||
|
+E +E +E |
операция ИЛИ |
|||
x2
1
P2
Y
НЕ: |
|
+E |
|
|
|
|
x |
|
x |
Y |
Þ Y =x |
|
|
R |
0 |
+E |
|
|
P |
Y |
+E |
0 |
т.е. выполняется |
|
|
|
|
операция НЕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
43
Системафункциональлогическихэлементовполностьюзамкнуласьых.
Послеприменениярылепереключестественвоаотелейпереходероснаым
болеекомпакибыстныеродействующиеустройства.Вкачестветакогоустройствастали
использоватьизобретённый1847годуполуп оводниковыйанзистор. |
|
Наегобазе |
|
появиласьрези |
сторно-транзисторная логика.Базовымэлементом |
такойлогикиявляется |
|
следующийэлемент: |
|
|
|
|
|
+E |
|
x1 =Uвх |
R1 |
RK |
|
|
Uвых |
|
|
|
|
|
|
x2 =0 |
R2 |
|
|
|
|
|
|
. |
. |
|
|
. |
. |
|
|
. |
. |
|
|
xn |
|
|
|
Rн
Составтаблицум
переводятключнасыщение
Х1 |
Х 2 |
Y |
0 |
0 |
1 |
0 |
1* |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
истинноститакогоустройства |
,предполагая,чтонапряжения |
Х i |
.
iб = 0 |
|
|
|
Y = |
|
Травнасыщениизистор |
x1 + x2 |
|
(ИЛИ -НЕ) |
|
|
1−Uвх ≠ 0 (Перетранзисторавглубокоеоднасыщение).
Т.о. |
построэлемИЛИент |
-НЕдлюбогояколичествавходныхпеременных, |
|
|
котообрыйазует |
функционально – полнуюсистемулогическихэлементов |
,т.е.спомощью |
||
негоможн |
овполномобъёмереализоБулевуать |
алгебру.ЧтоипривелоксозданиюЭВМ |
|
|
набазетранзисторов. |
Ксож,таэлементылениюкиесложнореализоватьинтегральном |
|
||
исполнсущественнымихедостаткомииявляетсявлияодпернойиенаменной |
|
|
||
другие,чтонепозволяетсоздаватьбыс родействующиеустройства |
|
. |
||
44
§2.5 Логическиеэлементыди |
одно-транзисторной логикиДТЛ() |
. Логические |
элеметранзистоты |
рно-транзисторнойлогикиТТЛ() |
|
А)С ледующимшагомвплразнелогическихещенияэлеме |
|
нтовнакристаллах |
|
||
увеличенияихбыстродявляейтствия |
|
созданиедиодно |
-транзисторнойлогики |
(ДТЛ) |
.В |
результаэтойработые |
поядвабилисьэлемезовыхданлогикин: таой |
|
|
|
|
|
|
+E |
|
|
RK |
x1 |
|
Uвых |
x2 . |
|
U вых Î"1" |
. |
Rб |
|
. |
. |
|
. |
. |
|
xn |
|
|
ПринципдействияполаностьюалогиченпринципудействияРТЛ |
– логики. |
|
Преимущество – всеэлементыможноизготовитьинтеграспособом.Влияниеьным |
||
однойпеременнойнадругуюполност |
ьюисключено. |
|
Каквидноизрисунка,реализуетсяфункция:
Y = x1 + x2 + ... + xn ,т.е.ИЛИ |
– НЕ |
|
Вторбазэлементо:вый |
|
|
|
|
+E |
|
Rб |
RK |
x1 |
|
Y |
|
iб |
|
x2 . |
. |
|
. |
. |
|
. |
. |
|
xn |
|
|
45
Составтаблистинностидляцумдвухпеременных:
Х1 |
Х 2 |
Y |
|
|
0 |
0 |
1 |
|
|
0 |
1 |
1 |
И – НЕ |
|
|
|
|||
1 |
0 |
1 |
Y = |
|
x1 x2 |
||||
1 |
1 |
0 |
|
|
Еслизаземлхотябыодинвходнапример(тьХ1),товесьтокпойдётобратно. |
|
|
||
Вданномслучаепринципработытранзисторанципиной.Еслкдиодамально |
|
|
||
ничегонеподключатьилиподатьлогическуюединицу,тоонизакрытыток |
|
iб. |
||
открываетдонасыщ |
|
ениятранзистора.Врезульт те |
Y = 0. |
|
Еслиналюбойдиодовзпод |
атьлогичесто0,диодотквесьроетсяийтокпойдёт |
|
||
чернего,т.. з |
iб. =0, итранзистор кажвреотсечкижимется,.. |
Y = 1. |
|
|
Такимоб,врамкахДТЛзомбыларешеназ созддачасрдвухалогическихниязу |
|
|
||
элементов,каждыйиз |
|
котообфункциональнорыхазует |
-полнуюсистемутаких |
|
элементов,чтосуществен |
|
ноувелстепеньичилонтеграции,компактность |
|
|
эффективность созданияцифровыхустройствувеличилобыстродействие. |
|
|
||
Б) Транзисторно-транзисторнаялогикаТТЛ(). |
|
|
||
Базовыйэлемент |
|
диодно-транзисторнойлогикиИ |
-НЕпослужилосновойдля |
|
созданияновогоперспективногонаправлензвитлогическихэлементовя |
– ТТЛ. |
В |
||
настоящеевремяэтоодниизосновныхтиповлогики |
|
, используемыхвцифровой |
|
|
электронике.Основудляеёпостроениясоста |
вляют многоэмиттерныетранзисторы |
, |
||
работающиеврежимепереключателятоков: |
|
|
||
46
+E
|
|
Rб |
iб |
RK |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y |
|
|
|
|
x1 |
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
xn |
iб |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2) |
|
|
|
|
|
|
|
Рассмотрпринцдействиятаклогическогопм элемента: |
|
|
|
|
||
|
1)Пувсеть |
xi = тогда«1»,базовыепе |
реходыобратносмещенные,иследовательно |
|
|
||
весьток |
iб. |
поступаетна |
T1 ,значит |
T1 врежименасыщен.Аэтознач,чтоитя |
|
Y= «0» |
|
|
2)Пустьлюбойизвыходов |
|
xi = т.е«0».заземле( |
н),следовательно |
весьток |
iб. |
|
пойдчерезпрямот |
-смещеннбазовыйпереход.Врезультатейтранзистор |
|
T1 врежим |
е |
|||
отсечки.Аэтоэкв: валентно |
Y = «1». |
|
|
|
|||
|
Исходяизэтихдвухусловийданнэлементыйпогичлняоп ескуют |
|
|
ерацию И- |
|||
НЕ. Т.о.дляТТЛлогикиосн внымгическимэлеявляетсяентом |
|
элемент И-НЕ. |
|
||||
|
Примечание:излогикиработыследует,чтоеслик |
|
о входуникакогосигналане |
|
|
||
подаётся,этоэквивалентнологическ«1»навходеэлемента. й |
|
|
|
|
|
||
§2.6 Элементы ТТЛ сразными |
выходнымикаскадами |
ВпроцессеразвитияТТЛбылразработанцелыйнаборэлементов,предназначенный |
|
длярешенияконкретныхзадачвцифровойэлектронике. |
Общимдлянихявляетсяналичие |
многоэмиттерноготра вхазис,а детличаютсяониазл памчными |
и |
выходныхкаскадов: |
|
А)Элементсотколлекторомрытым: |
|
R б
x1
xn 
Исподляэ ьзуетсяементовиндикации,
общихшинвычислительныхсистеммонтажное( ИЛИ).
коллсоекторди няетсячерезвнешнсвязие
|
|
+E |
|
Rб |
|
x1 |
|
ОК |
xn |
1 |
|
T |
|
Возьмем дваэлемента:
RН
Логический элемент1
47
+E
ОК
T1
элементовкоммуникации,длясозд |
ания |
Дляфункционированияэлемента
+Е. Напр,элементиндикации:ер
+300V |
+E |
|
|
100 мА |
|
С повышенным |
С повышенной |
|
U |
нагрузочной |
|
способностью |
||
|
Линия
Логический элемент2
Вэтомслучаелюбойизтранзисторов |
, переводрежинасыщенимый |
я,приводит |
|
клогическому«0»в |
линии(=>ИЛИ). |
|
|
Б)Элементысосложнымвыходнымкаскадом:
Обесущественноепечиваютпреимущестпоотношениюкбазоэлементуво, му
поскоискраболькуючаютвыходранзисторувлиныхейнжиме..(вмов ент
переключенияс |
одногоуровнянадругой |
потреблениятокам |
инимальны). |
48
+E
2 |
Rб |
|
|
R |
R2 |
iб |
1 |
|
|||
|
|
1 |
T2 |
||
|
|
iб |
|
2 |
|
x1 |
|
|
T1 |
1 |
|
|
|
i1 |
|
||
xn |
|
|
|
D1 |
|
|
|
|
|
Y (выход )
1
МЭТ
T3 
Принципработы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
1)Все xi |
- |
«1»т.е. ( |
Т1 |
врежименасыщения). |
|
|
|
|
Врезультатеток |
|
i1 потечет какпокнрисункеазано |
. => Т3 |
- врежименасыщения, |
|
|||
Т 2 - врежимеотсечки( |
|
|
напряжение базына |
Т 2 |
ниже,чемнапряжение |
эмиттерана |
Т 2 ) => |
|
Y= «0». |
|
|
|
|
|
|
|
|
2)Любой |
xi |
= 0 (т.е. |
Т1 |
врежимеотсечки, |
|
внегоидетток). |
|
|
=> Т 2 - врежименасыщения, |
Т3 - врежимеотсечки,знач т |
Y= «1». |
|
|||||
Т.о.общаялогикаработынеизменилась,транзисторы |
|
|
|
Т 2 и Т3 помощ |
ности |
|||
достаточны,чтобыработатьнаприемлемуюнагрузку.
Диод Т1 |
нужендлятого,чтобыисключитьситуации,когдатранзисторы |
Т 2 и Т3 |
|
одновременнонаходятсярежименасыщения. |
|
|
|
В)Элемен |
тыстремя |
состоянияминавыходе: |
|
Расширители поИЛИ.
49
+E
А
x1
xn |
У (выход) |
|
В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вход Z - состояния |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Внастоящеевремячастоиспользуются |
|
|
|
|
вмикропроцессорнойвычислительной |
|||||
технике. |
Сихпомфощьюрмшвычиныруютсялительныхтройств |
|
|
|
|
(путемперевода |
||||
Y входатретье,высокоимпед |
ансное или z-состояние).Переводосуществляется |
|||||||||
помощьюцепочки: |
|
|
|
|
|
|||||
А
Вход Z - состояния
При Z =весь«0»токбудетнаправленвоВход« |
Z – состояния» |
транзисторы Т 2 и |
Т3 всегбурежимедутаотсечки,что |
эквивалентновысопротивлениюкому |
Y-выхода. |
Графичтакиэлеимеютсентыкиледующееизображение:
Х - вход |
У - выход |
|
ШД |
||
|
Z - управление
Z = 0 У Z сост.
Z = 1 У − вобычномТТЛ |
-режиме. |
|
|
50 |
Спомощью такихэлементовсоздаются |
устр,которыенйства |
азываются шинными |
формирователями.С ихпомомещьюжнаправлеятьопередачидан. ниеых |
|
|
Шинныйформирователь: |
|
|
|
А |
|
1 |
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z – упр. |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пусть Z =то0, |
2 – в Z -состоянии,а1 |
– вТТЛ -состоянии.Т.е |
.передачаидетотАк |
|
||
В. |
|
|
|
|
|
|
Пусть Z =то1, |
1 – в Z -состоянии,а2 |
– вТТЛ -состоянии. |
ПередачаидетотВк |
А. |
||
РасширителипоИЛИ: |
|
создаются,есликточкамАиВподключитьследующий |
|
|
||
элемент: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+E |
|
|
|
|
Rб |
|
|
|
|
x1¢ |
|
|
|
А |
|
|
¢ |
|
|
|
В |
|
|
xn |
|
|
|
|
|
|
Врезультатетакподключениягополучаем |
|
следующеелогическоеустройство: |
|
|||
x1 |
& 1 |
|
|
|
|
|
xn |
|
|
|
|
|
|
x1¢ |
& |
|
|
|
|
|
¢ |
|
|
|
|
|
|
xn |
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
§2.7 Ключинаполевыхтранзисторах |
|
|
|
Важнымнаправлением |
развитияцифровойэлектроникивляется |
|
создание |
|||
логическихэлементов |
|
набазеполевыхструктур.Д |
ляэтихцелейбылииспользованы |
|
||
следующие структуры: |
|
|
|
|
||