- •Глава 4 Элементы компьютерной схемотехники
- •Глава 4
- •4.1 Основные характеристики цифровых микросхем
- •4.1.1 Понятие элементов, узлов и устройств в схемотехнике
- •4.1.2 Характеристики логических элементов
- •4.1.1 Понятие элементов, узлов и устройств в схемотехнике
- •4.1.2 Характеристики логических элементов
- •Контрольные вопросы
- •4.2 Логические элементы – диодные, транзисторные
- •4.2.1 Диодные логические элементы
- •4.2.2 Элементы дтл
- •4.2.3 Транзисторная логика (тл)
- •4.2.4 Интегральная инжекционная логика
- •4.2.5 Транзисторно-транзисторные логические элементы
- •4.3 Асинхронные и синхронные rs-триггеры
- •4.4 Триггеры типов jk, t, d и dv
- •4.4.2 Двухступенчатые т-триггеры
4.2.3 Транзисторная логика (тл)
Элементы ТЛ строят путем параллельного подключения коллекторов транзисторов к общему резистору коллекторной нагрузки RK. Выходное напряжение снимается с объединенных коллекторов.
Если на один из входов поступает высокий уровень напряжения U1H, то соответствующий транзистор открывается и на выходе устанавливается низкий уровень сигнала U0L.
Высокий уровень напряжения формируется на выходе только в случае подачи на все входы низких уровней U1L.
Логика работы элементов ТЛ представлена в табл. 4.5.
В элементах ТЛНС входные сигналы подают непосредственно на базы транзисторов VT1 и VT2 (рис. 4.22, а).
В схеме ТЛРС в цепи баз транзисторов включены резисторы RБ (рис. 4.22, б).
Т абл. 4.5
X1 |
X2 |
F |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
Рисунок 4.22- Элементы ТЛ: а-ТЛНС; б-ТЛРС; в-ТЛРКС
В схеме ТЛРКС для ускорения переходных процессов резисторы RБ шунтированы конденсаторами СБ.
Временные диаграммы работы элементов ТЛ совпадают с процессами, изображенными на рис. 4.21.
4.2.4 Интегральная инжекционная логика
Разновидностью транзисторных схем являются элементы интегральной инжекционной логики (ИИЛ или И2Л). Схемотехнику И2Л используют для построения микропроцессорных и запоминающих БИС (серии К582, К583, К584 и др.).
Схема логического элемента И2Л показана на рис. 4.23.
Схема включает инжекционные р-n-р транзисторы VT1, VT2, включенные по схеме с общей базой, и входные многоколлекторные n-р-n транзисторы VT3, VT4, включенные по схеме с общим эмиттером. Эмиттеры транзисторов VT1, VT2 называются инжекторами, а протекающий через них дырочный ток — инжекционным. Каждый из транзисторов VT1, VT2 образует вместе с источником питания и внешним резистором R источник тока, который питает индивидуальным током IТ входы транзисторов VT3, VT4.
Рисунок 4.23- Схема элемента И2Л
Особенностями элементов И2Л являются:
"безрезисторность", характерная для МОП-структур, которая впервые была реализована в схемотехнике И2Л;
соединение областей базы и коллектора инжекционных р-п-р транзисторов соответственно с областями эмиттера и коллектора входных п-р-п транзисторов, а также малое число схемных компонентов и соединений между ними (количество операций маскирования и диффузии в два раза меньше сравнительно с элементами ТТЛ);
низкий уровень напряжения UL = 0,01 В снимается с коллектора насыщенного транзистора, а высокий уровень напряжения UH = 0,8 В — с коллектора закрытого транзистора, причем этот уровень ограничивается напряжением базы насыщенного транзистора нагрузки; используется режим микротоков, в котором токи коллектора изменяются от десятков до сотен микроампер; работоспособность элементов сохраняется при изменении значения тока в них на несколько порядков;
на коллекторах входного транзистора реализуется инверсия переменной, а на соединенных коллекторах транзисторов VT3, VT4 выполняются операции НЕ-ИЛИ.
Входные транзисторы управляются переключением тока на их входах.
Если ко входу Х1 подключен коллектор левого насыщенного транзистора, то ток Iт замыкается на него и не поступает в базу транзистора VT3, который закрывается и создает на своих коллекторах режим разомкнутых контактов.
Если ко входу Х1 подключен коллектор левого закрытого транзистора, то ток IТ втекает в базу VT3, насыщает его и обеспечивает на коллекторах режим замкнутых контактов.
Задержка распространения сигнала в элементе И2Л при токе 100 мкА составляет примерно 5-10 нc, мощность потребления — до 20 мкВт, работа переключения равна 0,1 пДж (например, в ТТЛШ серии КР1533 работа переключения составляет 6 пДж). Отмеченные свойства элементов И2Л и БИС на их основе придают им технологичность и компактность, они имеют невысокую стоимость при большом быстродействии.