Cборник_ЛР

вается наличие нескольких входных транзисторов, а также эмиттерных повто-

рителей в схеме ЭСЛ-элемента на его передаточной характеристике.

Рис.2.4. Реализация функции ИЛИ-НЕ (в узле UК1) и ИЛИ (в узле UК3)

токовым ключом ЭСЛ-элемента

Предположим, что из n входных одинаковых транзисторов, на базах n0

транзисторов сохраняется низкое напряжение, меньше чем Uoп, а на n1 вход-

ных транзисторах напряжение на базе будет изменяться от отрицательного значения, равного UИП, до величины Uвх В. Для получения выражения переда-

точной характеристики воспользуемся соотношениями (2.1), (2.3) и тем, что теперь

где IЭД1 - ток диода эмиттера любого из n1 входных транзисторов, a IЭД3 - ток диода эмиттера транзистора, на базу которого подается опорное напряжение.

В результате получим

43

Так же как и в (2.4), вторым слагаемым в (2.17) можно пренебречь. Проделав аналогичные выкладки для тока IДЭ3, получим [2]

I R1 n1 N IЭД1 , то зависимость потенциала коллекторов входных транзисторов

UК1 и транзистора ТЗ - UК3 (рис.1), от входного напряжения примет вид:

Транзисторы T4, Т5 эмиттерных повторителей в схеме (рис.2.1) работают при изменении напряжения на базах в диапазоне от нуля до величины уровня логического нуля выхода токового ключа UК0 . Для предотвращения насыще-

ния транзисторов токового ключа всегда обеспечивается UК0 > Uоп. С другой

му справедливо утверждать, что эмиттерный р-n-переход транзисторов Т4, Т5

всегда находится под прямым смещением, а коллекторный - под отрицатель-

ным или нулевым, т.е. они всегда работают в нормально-активном режиме.

44

Следует также отметить, что в процессе переключения токового ключа ток эмиттеров транзисторов Т4, Т5 изменяется настолько незначительно, что их напряжение UБЭ можно считать величиной постоянной. На основании сказан-

ного и соотношений (2.20), (2.21) можно записать, что передаточная характе-

ристика ЭСЛ-элемента (рис.2.1) выглядит следующим образом:

При работе ЭСЛ-элементов на их входы с выходов таких же ЭСЛ-элемен-

тов подается либо уровень логического нуля Uвх0 , либо единицы Uвх1 , которые с напряжением опорного источника связаны соотношением

Uвх Uвх0 , то (22) и (23) примут вид:

45

Уровни логической единицы на обоих выходах одинаковы (2.25) и (2.29).

Для того чтобы были одинаковыми и уровни логического нуля потребуем вы-

полнение условия (31)

которое получается из (2.26 - 2.28) и (2.30). Из соотношений (2.25) и (2.26), (2.28), (2.29) следует, что логический перепад на выходе ЭСЛ-элемента

Ранее отмечалось, что ненасыщенный режим работы транзисторов токово-

го ключа может быть обеспечен, если входное напряжение не превысит, а

коллекторное не опустится ниже определенной величины. Данное обстоятель-

ство ограничивает величину логического перепада. Определим ее.

Чтобы р-n-переход база-коллектор входных транзисторов не смещался в положительном направлении, необходимо обеспечить выполнение условия

Uвх max – UК min 0.

На входе ЭCЛ-элемента напряжение задается таким же ЭСЛ-элементoм,

т.е.

Uвх max = Uвых1 = –UБЭ.

В свою очередь из (2.11), (2.22), (2.28) и (2.22) следует, что

UК min – Uл UБЭ

Окончательно получим, что для ЭСЛ-элемента (рис.2.1) должно выполняться Uл UБЭ.

Входная характеристика ЭСЛ-элемента.

В области ненасыщенного режима работы транзисторов T1, T2 входную характеристику Iвх = f(Uвх) ЭСЛ-элемента (рис.2.1) получить несложно. Из-

вестно, что для нормально-активного режима транзистора

46

Зависимость тока диода эмиттера входного транзистора от входного на-

пряжения описывается соотношением (2.18). Так как ток базы IБ = Iвх, то

где IR5 для Uвх Uоп берется из (2.7), а для Uвх > Uоп - из (2.8).

На рис.2.3,б показана входная характеристика, где можно выделить четы-

ре области:

I область - входные транзисторы закрыты, а транзистор ТЗ (рис.2.1) рабо-

тет в нормально-активном режиме;

II область - входные транзисторы и ТЗ работают в нормально-активном ре-

жиме;

IIIобласть - входные транзисторы работают в нормально-активном режме,

аТЗ - закрыт;

IV область - входные транзисторы работают в режиме насыщения, ТЗ - за-

крыт.

Из четырех областей ВАХ только первые три описываются соотношением

(2.34).

Выходная характеристика ЭСЛ-элемента.

Выходную характеристику можно получить для любого из выходов ЭСЛ-

элемента (см. рис.2.1). Для второго выхода (рис.2.5) по первому правилу Кирхгофа

47

Выходное напряжение Uвых определим, рассмотрев цепь R2 и р-n-переход база-эмиттер транзистора Т4. Через резистор R2 протекают два тока: ток базы транзистора Т4

деляется по (2.7). В результате сумма падения напряжения на резисторе R2 и

на р-n-переходе база-эмиттер транзистора T4 дает напряжение на выходе ЭСЛ-элемента

R2 IБ4 T4

IЭ4

R5 R3

UИП

Рис.2.5. Выходной каскад ЭСЛ-элемента

Для значений тока IЭ4 > 0 соотношения (2.35), (2.38) представляют пара-

метрическую запись выходной характеристики ЭСЛ-элемента, которая для

IЭ4 < 0 вырождается и принимает вид

48

Таким образом, выходная характеристика ЭСЛ-элемента по каждому из своих выходов имеет две ветви (рис.2.6). Для второго выхода в состоянии

Рис.2.6. Выходная характеристика ЭСЛэлемента

Мощность, потребляемая ЭСЛ-элементом.

Определим сначала мощность, которую потребляет от источника питания переключатель тока без учета мощности, потребляемой эмиттерными повто-

рителями. Для любого состояния переключателя тока его мощность потребле-

ния определяется током, протекающим через резистор R5, а средняя мощность

где IR05 и I1R5 берутся из (2.7) и (2.8).

49

Средняя мощность, потребляемая переключателем тока, может быть вы-

С учетом (2.41) и (2.42) средняя мощность, потребляемая переключателем

тока от источника питания

Следует отметить, что если средняя статическая мощность, потребляемая

переключателем тока от источника питания, определяется по (2.40), то полу-

чим несколько завышенное, а если по (2.43) - заниженное значение. Обуслов-

лено это тем, что в первом случае для простоты мощность, потребляемая ба-

зовыми цепями транзисторов Т1 - T3 считалась равной величине IБU ИП , а не

IБUвх1 или IБUоп . Во втором случае эта составляющая потребляемой мощно-

сти переключателя тока полностью не учитывалась. На основании этого мож-

но заключить, что более точно расчет потребляемой мощности можно провес-

ти, используя соотношение (2.40).

Для эмиттерных повторителей характерно то, что если Uвых1 Uвых1 , то

Uвых2 Uвых0 и наоборот. Следовательно, на каждом выходе среднее значение выходного напряжения равно опорному Uon (2.24). В результате средняя ста-

тическая мощность, потребляемая эмиттерными повторителями, будет

50

Задание на лабораторную работу Предварительный расчет

Основными исходными данными, необходимыми для расчета номиналов резисторов ЭСЛ-элемента (табл.2.2), являются:

-логические уровни на входе и выходе;

-напряжение источника питания;

-средняя статическая мощность, потребляемая переключателем тока от источника питания;

-средняя статическая мощность, потребляемая эмиттерными повторите-

лями от источника питания.

Таблица 2.2

Варианты задания параметров по бригадам

Первоначально проводится расчет опорного напряжения. Далее, исполь-

зуя значения РЭП ср и Uoп, рассчитываются сопротивления резисторов R3 и R4.

Соотношения для определения PПТ ср , IR05 , I1R5 позволяют найти величину со-

51

противления резистора R5. В заключение через логический перепад рассчиты-

ваются номиналы резисторов R1 и R2 (соотношение 2.31).

При расчете токов I R0 5 и I 1R5 первоначально используется UБЭ = 0,6В. Ре-

зультатом расчета являются значения номиналов резисторов R1…R5 и Uoп.

Экспериментальная часть Установить на макете в соответствии с расчетом номиналы резисторов

R1 - R5 и заданные значения UИП и Uоп. Составить схемы измерения входной,

передаточной и выходной характеристик ЭСЛ-элемента при использовании ПНСХ. Получить на экране осциллографа указанные характеристики.

Обработка результатов По графикам экспериментальных статических характеристик определить

измеряемые параметры ЭСЛ-элемента и представить их в форме табл.2.3. Отчет должен содержать графики зависимостей 1) Iвх = f(Uвх), 2) Uвых = f(Uвх), 3) Iвых = f(Uвых).

Таблица 2.3

Форма представления параметров ЭСЛ-элемента

Контрольные вопросы.

1. Как выглядят входная, выходная и передаточная характеристики ЭСЛ-

элемента?

2. В каких режимах работают транзисторы ЭСЛ-элемента (рис.2.1) на раз-

личных участках его входной характеристики?

3. Почему Т4, R3 и Т5, R4 (рис.2.1) называют эмиттерными повторителя-

ми?

52