Диодно-транзисторная логика

Диодно-транзисторная логика (ДТЛ) – одна из первых разработок цифровых микросхем на биполярных транзисторах. Пример базового элемента микросхемы ДТЛ с выходными транзисторами предыдущего каскада показан на рис. 3.3. На схеме транзисторы VT’ и VT’’ – выходы предшествующих каскадов. Диоды VD₁, VD₂ и резистор R₁ образуют входную логическую схему, выполняющую в положительной логике операцию И. Диод VD₃ – смещающий (буферный); транзистор VT₂ с резистором R₃ – усилитель-инвертор.

а б

Рис. 3.3. Пример ДТЛ: а – схема, б – проходная характеристика

В некоторых типах микросхем в целях повышения помехоустойчивости ставят не один, а два буферных диода, включенных последовательно.

На схеме рис. 3.3, а показаны два входа: x₁ и x₂. Для увеличения числа входов подключают диоды анодами к входу EX. В этом одно из преимуществ ДТЛ-схем. Работает микросхема следующим образом: если на входах x₁ и x₂ логическая единица (высокий потенциал), то диоды VD₁ и VD₂ закрыты (так как к анодам диодов VD₁ и VD₂ через резистор R₁ подведен высокий потенциал, приблизительно равный входному). Током, протекающим через R₁ и VD₃, транзистор VT₂ открыт и на выходе микросхемы установится потенциал близкий к нулю. Если на одном из входов x₁ или x₂ нулевой потенциал, то потенциал анода VD₃ и базы транзистора VT₂ близок к 0 и транзистор закрыт. На выходе микросхемы будет высокий потенциал (логическая единица). Зависимость выходного напряжения от входного (проходная характеристика) представлена на рис. 3.3, б.

В целях уменьшения тока при U⁰_вх входную цепь усложняют, добавляя транзистор VT₁ (рис. 3.4), который, как эмиттерный повторитель, создает дополнительное усиление по току.

Рис. 3.4. Элемент ДТЛ с усовершенствованной входной цепью

Кроме того, за счет падения напряжения на эмиттером переходе этого транзистора повышается общая помехоустойчивость.

Благодаря тому, что транзистор VT₁ находится в ненасыщенном режиме, время переходных процессов при включении и выключении логического элемента уменьшается.

Коллекторный ток, протекающий по резистору R₁, создает отрицательную обратную связь по току (ООС), стабилизирующую режим транзистора VT₁ при изменении температуры.

Усилитель-инвертор VT₂ обладает малым выходным сопротивлением при низком выходном напряжении U_вых⁰ (VT₂ открыт) и большим при U_вых¹. А высокое R_вых ограничивает быстродействие МС, поскольку время заряда паразитных емкостей возрастает.

Для улучшения выходных характеристик логического элемента выходной каскад выполняют по более сложной схеме (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Элемент ДТЛ с улучшенным выходным каскадом

Главное достоинство такого каскада – малое выходное сопротивление в обоих состояниях (при U_вых⁰ и U_вых¹), благодаря чему заряд и разряд паразитных емкостей в нагрузках следующего каскада протекает ускоренно. Кроме того, подобная схема имеет повышенную нагрузочную способность.

В этой схеме роль транзистора VT₂ иная: если напряжение в точке Б низкое (U_б = 0), то VT₂ закрыт, напряжение коллектора VT₂ высокое и транзистор VT₃ открыт. При этом на выходе присутствует высокий потенциал (U_вых). Если в точке Б потенциал высокий, то транзистор VT₂ открыт, потенциал коллектора понижен и VT₃ закрыт. А падением напряжения на резисторе R₅ открыт транзистор VT₄ и выход микросхемы через него соединен с общим проводом, то есть выходной потенциал равен 0.

В моменты переключений VT₃ и VT₄ на короткое время оказываются открытыми. Резистор R₆ ограничивает броски тока в эти моменты. Диод VD₄ – смещающий диод, который обеспечивает надежное запирание транзистора VT₃ при открытом VT₄.

Пример конкретной микросхемы ДТЛ – шестивходовый элемент И типа 109ЛИ1 (рис. 3.6), который часто используется в качестве магистрального усилителя в сочетании с микросхемами серий 155 и 133 ТТЛ [9].

Верхнее плечо выходного каскада образовано парой транзисторов (VT₃ и VT₄), включенных по схеме Дарлингтона, что обеспечивает низкое выходное сопротивление микросхемы.

Микросхема хорошо работает при нагрузке 75 Ом, обладает хорошей помехоустойчивостью – 0,7 В, задержка распространения <50 нс и мощность потребления <130 мВт.

Резистор R₆ обеспечивает прохождение обратного тока I_k0 транзистора VT4. Это типовое решение в схеме Дарлингтона.

Рис. 3.6. Шестивходовый элемент И ДТЛ

Поиск по сайту: