Cборник_ЛР

Резистивно-транзисторная логика (РТЛ)

Название логического элемента связано с входным и выходным частями прибора. В РТЛ-элементе (рис.1.10) входным прибором является резистор, а

выходным - транзистор. Основная логическая функция РТЛ - это инверсия,

можно построить и функцию ИЛИ-НЕ, подавая сигналы на параллельно включенные входные резисторы (в соответствии с обобщенными логическими элементами [2] на входе тогда реализуется МОНТАЖНОЕ “ИЛИ” на втекаю-

щих токах базы транзистора). Самостоятельно РТЛ-элемент используется редко, но является составной частью большого числа других биполярных ло-

гических элементов, поэтому нужно уметь его моделировать. Кроме того,

РТЛ-элемент весьма прост и на его примере удобно показать методику расче-

та биполярных схем.

UИП

R2

Uвых

rК

Рис.1.10. РТЛ-элемент

23

Входная и передаточная характеристики РТЛ. В данной схеме удобнее

сначала рассмотреть совместно входную и передаточную характеристики. Анализ начнем с напряжения на входе Uвх = 0 до Uвх = Uип (рис.1.11,а,б).

Точка А.Uвх = 0, Iвх = 0, Uвых = UИП. Входное напряжение подается на базу транзистора, в данной точке Uвх = UБЭ = 0, p-n-переход Б-Э не смещен, а р-п- переход Б-К транзистора - обратно смещен (на n-коллектор подается потенци-

ал +UИП, а на p-базу UБ = 0), следовательно, транзистор в режиме отсечки, все его токи равны нулю.

Точка В. 0 < Uвх ≤ UБЭгр, на диоде Б-Э положительное смещение, транзи-

стор работает в НАР, эквивалентная схема для которого показана на

рис.1.11,в. Запишем уравнения по правилам Кирхгофа для данной схемы:

Iвх I Б 1 N IЭД ,

U вых U ИП N IЭД R2 U ИП I К R2 U ИП N I Б R1.

При анализе схем предполагаются известными номиналы источников пи-

тания, резисторов и технологические параметры структуры в модели Э.-М.

Пока входное напряжение не равно UБЭгр, ток диода Б-Э считается равным нулю, транзистор работает в НАР с током IЭ = 0, и только в точке В, когда Uвx = UБЭгр, ток диода резко возрастает, а выходной потенциал в соответствии с последним уравнением начинает уменьшаться. График входной характеристики (рис.1.11,а) аналогичен аппроксимирующей зависимости ВАХ для идеальных диодов, а при учете сопротивлений в цепи базы приобретает заметно линейный, омический характер.

24

Рис.1.11. Входная (а) и передаточная (б) характеристики РТЛ и схема РТЛ с моделью Э.-М. для работы переключающего транзистора в НАР (в) и в ННР (г)

25

Точка С - пороговая точка передаточной характеристики: Uвх = Uвых = Uп Для транзистора в этой точке можно записать, что UБ = UК (UБК = 0), т.е. транзистор находится на границе HP, увеличение далее Uвх (UБК > 0) означает, по определению, ННР работы. Однако пока UБК не превысит UБКгр, р-п-переход Б-К не будет инжектировать и уравнения для описания входной и передаточной характеристик будут такими же, как в представленной выше системе. Перепишем их еще раз в более общем виде:

Эти уравнения являются входной и передаточной характеристиками РТЛсхемы до точки С/ когда UБК = UБКгр , т.е. Uвх – Uвых ≥ UБКгр (при упрощающем условии R1 = 0).

Точка D. В диапазоне входных напряжений от точки С/ до точки D транзи-

стор работает в ННР, для анализа необходимо использовать соответствующую

полную модель Э.-М. (рис.1.11,г). График передаточной характеристики мож-

но строить в этом диапазоне только при помощи итерационного алгоритма,

максимальные значения токов базы и коллектора рассчитываются с учетом

сопротивлений областей базы и коллектора:

вход максимального напряжения Uвх = UИП. Воспользовавшись уравнениями итерационного алгоритма, а также уравнением для расчета падения напряжения на полностью открытом насыщенном транзисторе, получим выражение для расчета второй координаты точки D:

U вых0 U КЭнас U БЭнас U БКнас I К max rК

26

Выходная характеристика РТЛ. Выходных характеристик РТЛ-элемен- та две для двух логических состояний. На рис.1.12,а показаны электрические схемы РТЛ для “0” и ”1” на входе. Проведем анализ этих схем.

На входе “0”. В этом состоянии транзистор закрыт, величину выходного тока определяет только резистор в коллекторной цепи. Уравнение выходной ВАХ

а

Iвых

б

Uвых1 UИП Uвых

Iвых

Iвых0

в

Рис.1.12. Электрические схемы для измерения выходных характеристик РТЛ (а) и соответствующие выходные характеристики (б) и (в)

27

График этой характеристики показан на рис.1.12,б. Uвых = U1 = UИП,

Iвых = 0.

На входе “1”. Транзистор работает в насыщенном режиме (рис.1.12,а), ток рассчитывается при помощи итерационного алгоритма. График выходной характеристики представляет собой насыщенный участок ВАХ транзистора (рис.1.12,в) при максимальном входном токе Iвх1 . Величина выходного уровня

U0 = UКЭнас определяется при помощи уравнений, приведенных выше, это точка пересечения ВАХ транзистора и ВАХ Iн нагрузочного резистора R2.

Таким образом, получены аналитические зависимости для входной, вы-

ходной и передаточной характеристик. Обработка расчетных или эксперимен-

тальных графиков этих характеристик позволит определить все необходимые

функциональные и измеряемые параметры схемы. Например, величина логи-

ческого перепада достаточно велика (ΔUлог = UИП – UКЭнас ≈ UИП, помехозащищенность по “1” Uпз1 UИП UБЭгр составляет несколько вольт, зато помехо-

защищенность по “0” мала: Uпз0 UБЭгр UКЭнас , ее величина меньше одного вольта.

Содержание лабораторной работы

В качестве образца используются РТЛ-элементы (резистивно-транзистор-

ная логика) (макет №1). Номиналы резисторов и значения величин источни-

ков питания указаны в табл.1.1 для каждой бригады.

1.Получить входную характеристику для одного из логических элементов макета (см. рис.1.2,а).

2.Получить передаточную характеристику (см. рис.1.2,б) для различных значений N (см. табл.1.1).

28

3.Получить выходную характеристику (две ветви: для уровня логического “0” и для уровня логической “1” на входе) (см. рис.1.2,в) для различных значений параметра L (см. табл.1.1).

4.Определить по полученным характеристикам параметры логических элементов. Результаты представить в форме табл.1.2.

UИП

Рис.1.13. Электрическая схема лабораторного макета

Отчет по каждой лабораторной работе оформляется индивидуально в тетради, в которой изображаются полученные графики характеристик.

По данной лабораторной работе отчет должен содержать:

1.Название и номер лабораторной работы.

2.Конспект необходимых для защиты лабораторной работы теоретических сведений.

3.Электрические схемы подключения инвертора к приборам стенда.

4.Представленные в тетради полученные экспериментальные зависимсти.

5.Заполненную таблицу №2.

29

30

Контрольные вопросы

1.На какие группы делятся параметры логических элементов?

2.Какие параметры логического элемента называются функциональны-

ми?

3.Какие параметры логического элемента называются измеряемыми?

4.Какие статические характеристики используются для определения фун-

кциональных параметров логического элемента?

5. Как по передаточной характеристике цифровой схемы определяются ра-

бочие точки логического “0” и “1”, помехозащищенность и помехоустойчи-

вость?

6.Как с помощью входной и выходной характеристик цифровой схемы определяются рабочие точки, нагрузочная способность схемы?

7.Какая область передаточной характеристики цифровой схемы называет-

ся активной?

8. Составить электрические схемы получения статических характеристик,

используя амперметры, вольтметры и источники напряжения.

9. Нарисовать модель Эберса-Молла интегрального транзистора для точек передаточной характеристики B, C, C . Написать уравнения для токов элек-

тродов базы и коллектора.

10.Написать уравнения для токов выходного узла РТЛ в нагруженном и ненагруженном состоянии.

11.Как управлять величиной логического перепада в РТЛ-схеме?

12.Как изменится вид ВАХ и передаточной характеристики при увеличе-

нии номинала сопротивления R2?

13. Как изменятся характеристики РТЛ-элемента при увеличении коэффи-

циента усиления по току βN?

14. Написать уравнение для биссектрисы передаточной характеристики,

для линии, параллельной биссектрисе и проходящей через точку С .

32