Элемент три «И-НЕ» на ДТЛ

Диодно-транзисторная логика (ДТЛ)—одна из первых разработок цифровых микросхем на биполярных транзи­сторах, сохранившая некоторое значение до настоящего времени.. Схема простого логического элемента ДТЛ по­казана на рис. 4-1. Транзисторы VT’ и VT" представляют собой выходные ступени предшествующих каскадов (по­добно VT1 в данном каскаде). Диоды VI) 1 и VD2 и резис­тор R₃ образуют входную логическую схему, выполняю­щую в положительной логике операцию И, диод VD3 — смещающий (буферный), транзистор VTI с резистором R₃ служит усилителем-инвертором. В некоторых типах мик­росхем с целью повышения помехоустойчивости ставят не один, а два буферных диода, включенных последова­тельно.

На схеме показаны два входа х₁ и x2. Увеличение чис­ла входов (расширение по И) достигается добавлением диодов, аноды которых подключают к входу EX. В этом состоит одно из достоинств ДТЛ-схем.

Когда транзисторы VT' и VT" заперты, на всех вхо­дах существуют напряжения, близкие к напряжению ис­точника питания (состояние логической 1); диоды VD1 и VD2 смещены в обратном направлении, и по ним протека­ют только токи утечки (единицы микроампер). От источ­ника питания через R₁ и диод VD, в цепи базы транзис­тора VT1 протекает ток, обеспечивающий его насыщение. Низкий уровень напряжения на коллекторе соответству­ет выходному состоянию логического нуля U⁰_вых .

Если на одном или обоих входах возникнет состояние логического 0, т.е. входной диод окажется замкнут на об­щую шину (через выходной транзистор предыдущего кас­када или непосредственно), то через этот диод и резистор R₁ потечет ток и потенциал в точке А упадет до уровня прямого падения напряжения иа диоде и на коллекторе входного транзистора. Это напряжение _(0,8-1,2 В) ,не-достаточно для отпирания диода VD3 и эмиттерного перехода транзистора VT1,и транзистор VТ1 окажется за­перт. Выходное напряжение скачком возрастет до уровня логической единицы U¹_вых.

Из принципа действия элемента следует, что им вы-
полняется операция И—НЕ. Типовая передаточная ха-
рактеристика элемента с питанием U_n=5 В представлена
на рис. 4.1,6. Из графика видно, что интервалы входных
напряжений, соответствующие состояниям логического ну-
ля и логической единицы, следующие: В;
1,5В<U¹_вых<5В.

Реальные напряжения таковы:U0вых<4 В, a близко к и_и=Ъ В, что в результате обеспечи­вает хорошую помехоустойчивость.

С целю уменьшения входного тока при U⁰_вх нередко входную цепь усложняют, добавляя транзистор VT1 (рис,4-2), который работает как на эмиеттерный повторитель, создавая дополнительное усиление, по току. Кроме того, за счет падения напряжения на эмиттерном переходе этого транзистора повышается общая помехоустойчивость. Благодаря тому, что транзистор VT1 работает в активном (ненасыщенном) режиме, время переходных процессов при включении и выключении логического элемента уменьшается.

Коллекторный ток, протекающий по общему резистору R₁, создает отрицательную обратную связь, стабилизирующий режим транзистора VT1 при изменениях температу­ры среды: увеличение тока коллектора приводит к умень­шению тока базы I₀ и составляющей коллекторного тока I_K^’=h_21eI_б, где h_21e — статический ко­эффициент передачи тока.

Усилитель-инвертор с резистивной нагрузкой (транзи­стор VT2 на рис. 4-2) обладает малым выходным сопро­тивлением при низком выходном уровне U⁰_вых (транзистор VT2 открыт) и сравнительно большим выходным сопро­тивлением (R₄) при высоком выходном уровне U¹_вых. Высокое выходное сопротивление ограничивает быстродей­ствие,"'поскольку время заряда паразитных емкостей воз­растает.

Для улучшения выходных характеристик логического элемента выходной каскад выполняют по более сложной схеме. На рис. 4-3 показана одна из схем подобного рода. Главное достоинство такого каскада — малое выходное сопротивление в обоих состояниях, 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. Когда сигнал на входе логического элемента низкого уровня и потенциал точки Б близок к нулю, транзистор закрыт. За счет высокого по­тенциала на коллекторе. УГ2 открывается транзистор VT3 и на выводе «выход» существует высокий потенциал U¹_вых. При высоком уровне напряжения на входе транзистор VT2 открыт, отчего открывается транзистор VT4, что соответствует низкому выходному уровню U⁰_вых. Тран­зистор VT3 при этом заперт. В моменты переключений транзисторы VT3 и VT4 на короткое время оказываются открытыми. Резистор R₆ ограничивает броски тока в цепи питания. Диод VD4 — смещающий и обеспечивает надеж­ное запирание VT5 при открытом VT4.

Примером конкретной микросхемы ДТЛ с напряжени­ем питания 5 В может служить шестивходовый элемент И типа 109ЛИ1, который часто используется в качестве магистрального усилителя в сочетании с микро­схемами серий К155 и 133 транзисторно-транзисторной ло­гики. Верхнее плечо выходного каскада образовано парой совмещенных транзисторов (схема Дарлингтона) VT3, VT4, что обеспечивает низкое выходное сопротивление

R_вых=R_K/(h_21E,3h_21E,4), где h_21E,3и ₃h_21E,4 — коэффициенты передачи тока базы транзисторов VT3 и VT4 соответст­венно.

Микросхема хорошо работает на небольшую нагрузку, а также на коаксиальный кабель с волновым сопротивле­нием 75 Ом. Эта микросхема обладает достаточно высо­кой помехоустойчивостью — около 0,7 В, имеет задержку распространения не более 50 не и мощность потребления не более 130 мВт.

Поиск по сайту: