1. Логічні ел-ти ттл/ттлш: базовий логічний елт. Аналіз амплітудно-передаточної (амплітудної або статичної) хар-ки. Статичні та динамічні параметри.

Логический элемент (вентиль) — это электронная схема, выполняющая некоторую простейшую логич операцию. На рисунке приведены примеры условных графических обозначений некоторых лог эл-тов.

Лог эл-т может быть реализован в виде от­дельной интегральной схемы. Часто интегральная схема содержит несколько лог эл-тов.

Лог эл-ты используются в устр-вах цифровой электроники для выполнения простого преобразования лог сигналов.

Наиболее широко исп-ся след классы лог эл-тов: ТТЛ(транзисторно-транзисторная логика), ТТЛШ (транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки), КМОП, ЭСЛ.

Базовый элемент ТТЛ содержит многоэмиттерный транз, выполняющий лог операцию И, и сложный инвертор (рис. слева). Если на один или оба входа одновременно подан низкий уровень напряж-я, то многоэмиттерный транз находится в сост насыщения и транз Т2 закрыт, а следоват-но, закрыт и транз Т4, т. е. на вых будет высокий ур-нь напряж. Если на обоих входах одновременно действует высокий уров напряж-я, то транз Т2 открывается и входит в режим насыщения, что приводит к открытию и насыщению транз Т4 и запиранию транзт Т3, т. е. реализуется ф-ция И-НЕ.

Для увелич-я быстродействия эл-тов ТТЛ исп-ся транз с диодами Шоттки (транз Шоттки).

Базовый лог эл-т ТТЛШ. В кач-ве базового эл-та серии микросх К555 использо эл-т И-НЕ. УГО транз Шоттки приведено на рис. 3.29,6. Такой транз эквивалентен рассмотренной выше паре из обычного транз и диода Шоттки. Транз VT4 — обычный биполярный транз.

Если оба входных напряж-я Uвх1 и Uвх2 имеют высо­кий уровень, то диоды VD3 и VD4 закрыты, транз VT1, VT5 открыты и на вых имеет место напряж-е низкого уровня. Если хотя бы на одном вх имеется напряж-е низкого уровня, то транзист VT1 и VT5 закрыты, а транзист VT3 и VT4 открыты, и на вх имеет место напряж-е низкого уровня. Транзисторы VT3 и VT4 образуют составной транзист (схему Дарлингтона).

Амплітудно-передаточна хар-ка.

При нулевом напряж на вх эл-та ТТЛ вых напряж соответствует высокому лог уровню U1вых (точка А). Увеличение вх напряж до велич 1,1 В соотв закрытому состоянию сложного инвертора и практически не изменяет напряж на вых эл-та. При напряж на вх более 1,1 В (точка В) начинает открываться транз VT2, а транз VT4 остается закрытым, т.к. его переход база-эмиттер шунтируется резистором R3. Увеличение тока через транз VT2 вызывает увеличение падения напряжения на резисторах R2 и R3. Вых напряж эмиттерного повторителя VT3 уменьшается с ростом падения напряжения на R2 (участок В-С).

Увеличение падения напряж на R3 до 0,5..0,6 В приводит к открыванию транз VT4 (см. точку С). Все транз переходят в активный режим. Малые изменения вх напряж ( Uвх) вызывают значительное уменьшение вых напряжения ( Uвых). На участке C-F логический эл-нт работает как аналоговый усилитель с коэф усиления по напряж-ю: Ku = Uвых / Uвх.

Большинство реальных ТТЛ эл-тов имеют коэффициент усиления Ku в пределах от 5 до 20.

Правее точки F, когда увеличение вх напряжения приводит к насыщению транзисторов VT2 и VT4, дальнейшее изменение вых напряжения происходить не может. Этот уровень выходного напряжения называется лог нулем ТТЛ эл-тов и составляет : U0вых = 0,1...0,4 В. Точка D, лежащая на пересечении передаточной хар-ки с биссектрисой первого квадранта (т.е. с прямой, на которой : Uвых = Uвх), определяет пороговый ур-нь напряж Uпор (примерно 1,3..1,4 Вольта), разделяющий низкий и высокий лог ур-ни. Расстояния между низким лог уровнем ТТЛ (U0 = 0,4 В) и пороговым напряж (Uпор = 1,3 В), а также между высоким лог уровнем ТТЛ (U1 > 3 В) и пороговым напряжением называются ЗАПАСОМ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ. Этот запас определяет максимальное напряжение помехи на входе эл-та, не изменяющее лог состояние выхода.

Для ТТЛШ элементов характеристика имеет аналогичный характер за исключением того, что вых напряжение лог нуля U0вых = 0,4..0,6 В, что является недостатком.

Рассмотрим наиболее важные из параметров.

Б ыстродействие характеризуют временем задержки распростр-я сигнала tзр и макс рабочей частотой Fмакс. Обратимся к временным диаграммам, соответствующим эл-ту НЕ (инвертору) (рис. 3.24). Через Uвх1 и Uвых1 обозначены уровни вх и вых напряжений, соответствующие лог единице, а через Uвх0 и Uвых0 — соответствующие лог нулю. Различают время задержки tзр10 распространения при переключении из сост 1 в сост 0 и при переключении из сост 0 в сост 1 — t_зр01, а так­же среднее время задержки распространения t_зр, причем Время задержки принято определять по перепадам уровней 0,5U_вх и 0,5U_вых. Макс ра­бочая частота F_макс — это частота, при которой сохраня­ется работоспособность схемы. Нагрузочная способность хар-ся коэф. объединения по входу К_об и коэффициентом развет­вления по выходу К_раз. Величина К_об — это число лог входов, величина К_раз — максимальное число однотипных лог эл-тов, которые могут быть подключены к выходу данного лог эл-та. Типичные значения их таковы: К_об = 2...8, К_раз = 4...10. Для эл-тов с повышенной нагрузочной способностью К_раз = 20...30.

Помехоустойчивость в статическом режиме хар-­зуют напряжением Uист, которое называют статической по­мехоустойчивостью. Это такое макс допустимое напряж статич помехи на вх, при котором еще не происходит изменение вых ур-ней лог эл-та.

Важным параметром является мощность, потребляемая микросхемой от ист питания. Если эта мощн раз­лична для двух лог сост, то часто указывают среднюю потребляемую мощн для этих сост.

Важными являются также следующие параметры:

- напряжение питания;

- вх пороговые напряж высокого и низкого ур-ня Uвх 1порог и Uвх 0порог, соотв изме­нению сост лог эл-та;

- вых напряжения высокого и низкого ур-ней Uвых1 и Uвых0