Универсальные (стандартные) серии ТТЛ

Самые развитые по номенклатуре – универсальные серии микросхем, в составе которых около сотни изделий различного функционального назначения. К ним относятся микросхемы серий 133 и 155. Основное различие между изделиями этих двух серий – в конструкции корпуса и стойкости к климатическим и механическим воздействиям.

В функциональном отношении микросхемы со сходными наименованиями, например 133ЛА3 и 155ЛА3, имеют одинаковые электрические и временные параметры и назначения выводов.

На рис. 3.9 представлена принципиальная схема базового элемента 155 (133) серии. Такие элементы выпускаются как самостоятельные изделия, а также служат для построения других, более сложных приборов.

Схема рис. 3.9 содержит три каскада: входной (VT₁ и R₁), фазорасщепительный (VT₂, R₂, VT₃, R₃, R₄), выходной (VT₄, VT₅, R₅, VD₅).

Диоды VD₁ – VD₄ на входе микросхемы (антизвонные) при нормальном использовании микросхемы смещены в обратном направлении, имеют очень большое сопротивление и не влияют на работу логического элемента. Роль этих диодов вспомогательная. Если на входе микросхемы появится отрицательное относительно общей шины напряжение, например, при обработке сигнала от операционного усилителя или при возникновении колебательного процесса в случае переключения источника сигнала с 1 на 0, соответствующий диод откроется и ограничит это напряжение на уровне 0,4 – 0,7 В, которое безопасно для входной цепи.

Рис. 3.9. Принципиальная схема базового элемента 155 (133) серии

Узел VT₃, R₃, R₄ служит для улучшения передаточной характеристики (зависимости выходного напряжения от входного) и повышения помехоустойчивости. На повышение помехоустойчивости схемы влияют пороговые свойства транзистора VT₃. При упрощенном рассмотрении этот узел может быть представлен как резистор 1 кОм. Вид передаточной характеристики микросхем ТТЛ представлен на рис. 3.10.

Рис. 3.10. Передаточная характеристика

Когда один или несколько входов соединены с общей шиной непосредственно или через нижний транзистор выходного каскада предыдущей микросхемы (т.е. входной сигнал равен 0), соответствующий эмиттерный переход многоэмиттерного транзистора VT₁ окажется смещенным в прямом направлении, поскольку потенциал базы выше потенциала эмиттера. Напряжения на базе транзистора VT₁, равного приблизительно от 0,4 до 0,7 В, недостаточно для отпирания трех переходов: база – коллектор VT_1, база – эмиттер VT₂ и база – эмиттер VT₅.

Когда транзистор VT₂ закрыт, на его коллекторе высокое напряжение. Ток, протекающий через резистор R₂, обеспечивает отпирание транзистора VT₄ и диода VD₅. Если нагрузка отсутствует, ток через VT₄ и диод VD₅ примерно равен 0, а выходное напряжение равно

U ¹_вых ≈ 5 В –0,7 – 0,2= 4,1 В.

Рассматриваемый элемент выполняет, таким образом, операцию И–НЕ, поскольку при U_вх = 0 U_вых = 1.

Легче понять работу схемы, если многоэмиттерный транзистор VT₁ (эмиттерный и коллекторный переходы) заменить диодами (рис. 3.11) – получится схема ДТЛ. Логическая часть здесь представлена диодами база – эмиттер транзистора VT₁, а буферный диод – переходом база – коллектор.

Рис. 3.11. Эквивалентная схема микросхемы ТТЛ

На рис. 3.12 показано распределение токов в многоэмиттерном транзисторе при действии входных сигналов. Во входной части микросхемы здесь рассматривается трехвходовый многоэмиттерный транзистор. Если на все входы многоэмиттерного транзистора поданы напряжения, соответствующие уровню логической единицы (U_вх¹), то эмиттеры входного транзистора не получат открывающего тока смещения (нет достаточной разности потенциалов).

Рис. 3.12. Распределение токов во входной цепи элемента И–НЕ:

а – на вход подана логическая 1; б – на вход подан логический 0

При этом ток, задаваемый в базу многоэмиттерного транзистора через резистор R₁ (рис. 3.12, а), проходит от источника питания U_п в цепь коллектора I_к, смещенного в прямом направлении коллекторного перехода, и далее в базу транзистора VT₂. Транзистор VT₂ при этом находится в режиме насыщения, и напряжение на его коллекторе соответствует уровню логического нуля. Этим потенциалом заперт и транзистор VT₅ (см. рис. 3.10) Транзистор VT₅ открыт и насыщен. При этом U_вых⁰ = 0,2 В. Когда на один из входов многоэмиттерного транзистора будет подан сигнал 0 (U_вх⁰), соответствующий переход база-эмиттер многоэмиттерного транзистора сместится в прямом направлении (рис. 3.12, б). Ток, задаваемый в его базу через резистор R₁, проходит в цепь этого эмиттера. При этом коллекторный ток многоэмиттерного транзистора существенно уменьшается, транзистор VT₂ выключается и напряжение на выходе схемы становится равным уровню логической единицы (U_вых¹).

Если между входами ТТЛ и общей шиной подключить резистор (см. рис. 3.13), то образуется дополнительная цепь: U_п, R₁, эмиттерный переход VT₁, резистор R_Д (наличие антизвонных диодов здесь не учитывается). Ток, протекающий через резистор R_Д, образует падение напряжения, которое действует на входы подобно входному напряжению от внешнего источника сигналов.

При малых R_Д, когда U_вх < 0,4 В, микросхема ведет себя, как в случае действия низкого входного напряжения, т.е. U_вых = 3,6 В (U _вых¹). Значение R_Д при этом будет примерно равно 500 Ом.

Для получения высокого входного уровня (U_вх > 2,4 В), при котором U_вых⁰ будет иметь значение логического нуля, R_Д должно быть приблизительно равно 5 кОм или больше. В тех случаях, когда R_Д имеет промежуточные значения, рабочая точка микросхемы будет расположена на наклонном участке проходной характеристики.

Рис. 3.13. Включение резистора на входе микросхемы

Включение резистора на входе микросхемы ТТЛ применяется в схемах выделения фронтов импульсов с помощью дифференцирующих RC-цепочек, в импульсных устройствах, а также для создания линейного (усилительного) режима работы.

Поиск по сайту: