Главная > Схемотехника > Электроника
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 8.2. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Идеи построения логических элементов рассмотрим на примере простейших цепей (рис. 8.3, а, б). Реализуемые с их помощью логические операции зависят от типа логики.

При положительной логике схема рис. 8.3, а позволяет реализовать функцию логического умножения, а схема рис. 8.3, б — функцию логического сложения.

При отрицательной логике с помощью схемы рис. 8.3, а реализуется функция логического сложения, а схемы рис. 8.3, б — функция логического умножения.

Действительно, если считать, что и входные напряжения могут принимать значения и 0 В, то если хотя бы к одному из входов (рис. 8.3. а) приложен сигнал 0 В, соответствующий диод открыт и на выходе схемы будет напряжение, близкое к 0 В. При положительной логике это соответствует коду . Если на все входы подано положительное напряжение, большее или равное Е, то все диоды закрыты и на выходе напряжение , что при положительной логике соответствует коду .

Рис. 8.3. Схемы диодных логических элементов. реализующих операции логического умножения (а) и логического сложения (б): схема каскадного включения диодных логических элементов (в)

Таким образом, на выходе логического элемента будет сигнал, соответствующий коду 1 только в том случае, если на все входы поданы сигналы логической единицы. По определению, данному ранее, такой элемент выполняет логическую функцию И.

При отрицательной логике уровень, близкий к 0 В, соответствует коду 1, а уровень . Если в этом случае на все входы подан уровень логического нуля, принятый выше за , то на выходе будет логический нуль . При подаче на любой из входов напряжения 0 В соответствующий диод открывается и выходное напряжение становится близким к 0 В. Это соответствует коду логической единицы.

Таким образом, подача на любой из входов сигнала, соответствующего логической единице, приводит к появлению на выходе кода 1, что характеризует логический элемент ИЛИ.

Итак, один и тот же логический элемент в зависимости от типа логики выполняет или логическую функцию И или логическую функцию ИЛИ.

Аналогично рассмотренному работает цепь, приведенная на рис. 8.3, б. Для реализации сложных логических функций применяют каскадное включение диодных логических элементов, такое, как, например, показанное на рис. 8.3, в трехступенчатое включение диодных логических элементов.

При положительной логике здесь имеет место каскадное соединение элементов И-ИЛИ-И. Сигнал, соответствующий коду 1, появляется в том случае, если на входы поданы логические единицы и на выходе элемента ИЛИ напряжение логической единицы. Последнее возможно в тех случаях, если на выходе первого элемента И имеется логическая единица или на один из входов или подан код логической единицы. Код 1 на выходе первого каскада И будет в случае одновременной подачи на входы напряжений, соответствующих коду 1. Таким образом, с помощью простых соединений логических элементов реализована сложная логическая функция

К недостаткам простейших диодных ических элементов относится сниженное выходное напряжение по сравнению с входным из-за его падения на открытом диоде, а также нестабильность уровней выходных напряжений. Первый недостаток ограничивает число ступеней, включаемых каскадно (на практике не больше трех), второй — ухудшает стабильность работы цепи. Для их устранения вводят дополнительный электронный усилитель (рис. 8.4). Он, как правило, инвертирует сигнал и поэтому называется инвертором. Ввиду больших значений входного сигнала транзисторы в усилителе работают в ключевом режиме. Выходной сигнал имеет низкий уровень ПРИ открытом транзисторе и высокий в тех случаях, когда транзистор заперт.

Для открывания транзистора необходимо, чтобы потенциал эмиттера транзистора был больше напряжения стабилизации стабилитрона (обычно около 6,9 В для микросхем серии 511). Пробой стабилитрона и появление базового тока, насыщающего транзистор , наблюдаются в том случае, если базовый потенциал транзистора , включенного эмиттерным повторителем, превышает напряжения стабилизации. Для этого ко всем диодам должно быть приложено напряжение высокого уровня, при котором они будут заперты. При низком уровне любого из входных сигналов потенциал эмиттера транзистора мал, ток через близок к нулю и транзистор заперт. Микросхема позволяет реализовать функцию .

На основе подобных ЛЭ выполняют высокопороговую логику, например серии 511. Эта серия отличается большими уровнями входных и выходных сигналов и высокой помехоустойчивостью. Ее используют в тех случаях, когда имеются большие сигналы помех и наводок.

Для высоконороговых ЛЭ характерны следующие параметры: номинальное напряжение питания ; ; статическая помехоустойчивость не хуже 5 В.

Транзисторно-транзисторные логические элементы (ТТЛ) широко распространены в технике из-за большого быстродействия, высокой помехоустойчивости, умеренного потребления энергии, хорошей нагрузочной способности и малой стоимости. Выпускается несколько полностью совместимых между собой серий ТТЛ: универсальная (133, 155): быстродействующая ; микромощная (134); на транзисторах Шотки ) и маломощная ).

Характерной особенностью ТТЛ ЛЭ является наличие на их входе многоэмиттерных транзисторов (МЭТ), с помощью которых реализуется требуемая логическая функция. Так, у четырехвходового ЛЭ (рис. 8.5, а) многоэмиттерный транзистор отличается от обычного тем, что у него имеется несколько эмиттеров. Они расположены так, что их непосредственное взаимодействие через участок базы практически отсутствует. МЭТ является эквивалентом нескольких транзисторов, включенных по схеме рис. 8.5. б.

Работу логического элемента можно рассматривать как в положительной, так и в отрицательной логике.

Рис. 8.4. Базовый элсмет высокопороговой логики

Рис. 8.5. Схема ТТЛ с четырьмя входами (а); эквивалентная схема многоэмиттерного транзистора (б); передаточная логического элемента (в); схема логического элемента на транзисюрах с барьером Шотки (г); условное обозначение четырехвходового логического элемента И-НЕ (д)

При этом как уже указывалось, логические элементы, выполняющие функцию И в положительной логике, в отрицательной логике выполняют функции ИЛИ, и наоборот.

Многоэмиттерный транзистор в ТТЛ в зависимости от уровней напряжений, поданных на его эмиттеры, может быть включен нормально или инверсно. Если на один или все эмиттеры МЭТ подано низкое напряжение, близкое к нулю (код 0 в положительной логике), то соответствующие эмиттерные переходы транзистора будут открыты, что характеризует его нормальное включение. Через открытые эмиттерные переходы протекает базовый ток, определяемый сопротивлением резистора , который в первом приближении (при ) равен

Источники входных сигналов имеют внутренние сопротивления близкие к нулю.

К коллекторной цепи транзистора подключена база транзистора , ток которой при запертом транзисторе равен Этот ток у кремниевых транзисторов достаточно мал, поэтому всегда выполняется условие где коэффициент передачи базового тока транзистора .

Следовательно, транзистор находится в состоянии глубокого насыщения и падение напряжения на нем близко к нулю. Транзистор закрыт. Поэтому ток его эмиттера близок нулю, а ток коллектора — к . Напряжение транзистора близко к нулю и он заперт. Напряжение базы транзистора определяют из выражения

Транзистор открыт и в зависимости от параметров элементов схемы или насыщен, или находится на границе насыщения. Выходное напряжение отличается на на величину, равную сумме падения напряжения на резисторе , падений напряжений на открытых транзисторах и диода :

где — падение напряжения на открытом диоде.

Этот высокий уровень напряжения соответствует коду 1.

Внутренние сопротивления источников сигналов, подаваемых на входы , настолько малы, что изменение напряжений на эмиттерах транзистора VT1 при различном количестве входов, имеющих низкий уровень напряжения, практически не отличается от напряжения, получаемого при нулевом сигнале на одном из эмиттеров. Поэтому при различном количестве входов, имеющих потенциал логического нуля, остается малым и не может открыть транзистор . Если на всех диодах, кроме одного, имеется высокий уровень напряжения, то при увеличении напряжения на эмиттере, на котором ранее был низкий потенциал, до напряжения (рис. 8.5, в) транзистор VT1 из области насыщения выходит в активную инверсную область. При этом коллекторный переход смещен в прямом направлении, а все эмиттерные — в обратном.

В цепи резистор - коллекторный переход транзистора — эмиттерный переход транзистора потечет ток, открывающий транзистор и уменьшающий напряжение на его коллекторе. При этом транзистор остается закрытым до тех пор, пока падение напряжения на резисторе не достигнет значения, при котором эмиттерный переход транзистора отопрется. Это происходит при достижении входным напряжением значения . При дальнейшем увеличении входного напряжения на участке происходит увеличение тока транзистора и дальнейшее отпирание транзистора .

Снижение потенциала коллектора транзистора , вызванное увеличением его тока, приводит к запиранию транзистора . причем на участке 2—3 транзисторы открыты. Это вызывает увеличение тока и мощности, потребляемой логическим элементом.

Для ограничения тока в переходных режимах включен ограничивающий резистор . При дальнейшем увеличении входного напряжения (выше ) транзисторы входят в насыщение, а транзистор запирается, так как напряжение в режиме насыщения не может открыть два последовательно соединенных -перехода (переход база-эмиттер транзистора и диод VD). Диод VD вводят только для обеспечения надежного запирания транзистора и смещения уровня при его открывании. Если входное напряжение выше , то на выходе логического элемента будет малое напряжение, определяемое напряжением насыщенного транзистора . Это соответствует коду 0 в положительной логике. Логический элемент выполняет функцию , так как код нуля появляется на выходе только тогда, когда на все входы поданы коды логической единицы. Непосредственно логическую функцию И выполняет транзистор , а инвертор только обеспечивает нормальную его работу. Условное обозначение элементов показано на рис. 8.5, д.

Базовые элементы ТТЛ различаются только выполнением инвертора. При его проектировании обычно ставятся задачи улучшения переходных характеристик, повышения помехоустойчивости и нагрузочной способности, а также снижения потребляемой мощности. Для уменьшения входных токов транзистор выполняют с малым инверсным коэффициентом передачи базового тока .

ТТЛ элементы имеют сравнительно высокое быстродействие, малые входные и большие выходные токи. Они хорошо работают на емкостную нагрузку, так как перезарядка конденсаторов осуществляется через низкоомную выходную цепь.

Ориентировочные значения их параметров (серии 133, 155): напряжение питания нс; .

Недостатком их является кратковременное увеличение мощности, потребляемой в переходных режимах, что вызывает появление в цепях питания импульсов помех. Соответственно при увеличении рабочей частоты наблюдается повышение потребляемой мощности. При большом количестве одновременно переключаемых логических элементов броски тока в цепи питания достигают единиц — десятков А. Поэтому по цепи питания около отдельных групп корпусов приходится устанавливать конденсаторы большой емкости, которые компенсируют кратковременные импульсы тока и обеспечивают уменьшение взаимосвязей ЛЭ через цепь питания.

В быстродействующих ЛЭ широко применяют ненасыщенные ключи (см. § 7.3), у которых в цепь обратной связи включен диод Шотки. Такое соединение биполярного транзистора и диода Шотки называют транзистором Шотки и на принципиальных схемах показывают в виде одного транзистора.

На рис. 8.5, г приведена схема логического элемента , выполненного на транзисторах с барьером Шотки.

По принципу действия этот элемент аналогичен логическому элементу, показанному на рис. 8.5, а, и отличается от него только тем, что в выходном каскаде использован составной транзистор , обеспечивающий повышенный выходной ток, а в эмиттерную цепь включен каскад с ОЭ на транзисторе , улучшающий форму переходной характеристики и приближающий ее к прямоугольной.

Для повышения помехоустойчивости логических элементов в эмитгерные цепи МЭТ часто вводят диоды (рис. 8.5, г), включенные в обратном направлении для сигналов логического нуля, или единицы. Они открываются только в том случае, если напряжения на входах логического элемента меняют свой знак на противоположный. Последнее связано с особенностями переходных процессов в различных электрических цепях. Из-за наличия паразитных индуктивностей и емкостей в цепях, к которым подключены входы логических элементов, при резких изменениях входных сигналов возникают затухающие колебания. Начальная амплитуда их может быть значительной, что вызывает ложное срабатывание логического элемента. Однако при наличии диодов на входе МЭТ этого не происходит, так как первая же отрицательная полуволна открывает соответствующий диод при входном напряжении порядка 0,8 В. Следующие затухающие положительные и отрицательные полуволны имеют амплитуду, меньшую 0,8 В. Так как входное пороговое напряжение в ЛЭ ТТЛ значительно больше 0,8 В. эта помеха не вызовет его ложного срабатывания.

Задержка распространения у быстродействующих ЛЭ на транзисторах Шотки не, не (серия КР 1531) и не у маломощных ЛЭ (серия 555).

Передаточная и входная характеристики базового элемента 155 серии приведены на рис. 8.6, а, б. Из них видно, что входное пороговое напряжение у них не более . На участке между этими напряжениями передаточная характеристика линейна и ЛЭ может быть использован как усилитель напряжения. Для этого на его вход следует подать дополнительное напряжение смещения, значение которого . Напряжение смещения можно получить включив резистор во входную цепь МЭТ (рис. 8.7, а). Входной ток ЛЭ, протекая через резистор , создает на нем падение напряжения.

Рис. 8.6. Характеристики базовою ЛЭ серии 155: а передаточная б входная

Рис. 8.7. Включение резистора во входную цепь ЛЭ (а) и характеристика выходного напряжения (б)

При малых значениях , когда падение на нем меньше 0,4 В, микросхема ведет себя так же, как в случае действия на входе сигнала низкого уровня Ом для серий 133, 155). При большом , когда падение на нем больше 2,4 В, на входе ЛЭ будет логическая единица кОм для серии 155). Значение , при котором выходное напряжение ЛЭ равно называется критическим (рис. ).

Следует обратить внимание на то, что входной ток (см. рис. 8.6, б) начинает увеличиваться при . Поэтому следует стремиться, чтобы не превышало 5,5 В.

Выходные характеристики ЛЭ ТТЛ имеют вид, показанный на рис. 8.8, а, б. Из них видно, что выходной сигнал существенно зависит от нагрузки ЛЭ. Поэтому для микросхем серий 133, 155 различают микросхемы с нормальной и повышенной нагрузочной способностью и др.). На принципиальных схемах это от ражают одним и двумя знаками , расположенными после условного обозначения функции преобразования (рис. 8.9, а).

В связи с небольшим значением выходных сопротивлений нельзя объединить между собой выходы нескольких ТТЛ ЛЭ, так как в случае разных выходных сигналов через выходные транзисторы ЛЭ будут протекать большие токи.

Для расширения функциональных возможностей у отдельных типономиналов на выходе установлен транзистор, коллекторная цепь которого оставлена свободной (рис. 8.9, б).

Рис. 8.8. Выходные характеристики элементов ТТЛ серии 155 для сигналов: а низкого б высокого уровней

Это ЛЭ с открытым коллектором. При использовании подобной микросхемы коллектор соединяется с источником напряжения через нагрузочное сопротивление. Роль его может выполнять резистор или обмотка реле, светодиод, лампа накаливания и пр., причем напряжение, к которому подключают нагрузочное сопротивление, может быть значительно больше напряжения питания ТТЛ ЛЭ. Так, например, в микросхеме возможно подключение нагрузки к напряжению .

Кроме того, ЛЭ с открытым коллектором позволяют осуществить непосредственное соединение между собой выходов нескольких микросхем. При этом обеспечивается реализация дополнительной логической функции. Логические элементы, полученные путем внешних соединений нескольких функциональных узлов, которыми могут быть и отдельные микросхемы, называются монтажной логикой. Ее условное обозначение — знак в поле микросхемы или в точке соединений выходов.

Рис. 8.9. Условное обозначение ЛЭ: а - с повышенной нагрузочной способностью; б - с открытом коллекторе; в - соединение нескольких ЛЭ в монтажное И; г - включение обмоки реле в цепь нагрузки

В схеме рис. 8.9, в логическая единица на выходе F появится только в том случае, если заперты все выходные транзисторы микросхем, свободные коллекторы которых подключены к резистору . Следовательно, объединение свободных выходов микросхем позволило реализовать логическую операцию монтажное И. Знак показывает наличие открытого вывода: у коллектора -транзистора у эмиттера транзистора типа у стока -канала; у истока -канала. Знак — свободный вывод у коллектора эмиттера стока -канала; истока -канала.

Подавая разные значения напряжения питания Е в схеме с открытым коллектором можно получить разные уровни выходного сигнала. Это позволяет осуществлять согласование микросхем серии ТТЛ с другими сериями, имеющими другие значения и без использования дополнительных преобразователей уровня.

Для расширения функциональных возможностей одного «корпуса» микросхемы промышленность выпускает логические элементы, выполняющие все три логические функции: И-ИЛИ-НЕ. Принципиальная схема такого логического элемента приведена на рис. 8.10, а.

Функцию И здесь выполняют многоэмиттерные транзисторы , а функцию ИЛИ — транзисторы . Принцип работы каждой пары транзисторов практически не отличается от работы транзисторов схемы, приведенной на рис. 8.5, а.

Рис. 8.10. Схема логического элемента 2-2 И-ИЛИ-НЕ (а) и четырехвходового расширителя по ИЛИ (б); условное обозначение подключения расширителя (в)

До появления кода 0 на выходе логического элемента безразлично, открыт только один из транзисторов или они открыты оба. Это соответствует функции ИЛИ. Один такой логический элемент позволяет реализовать логическую функцию 2-2 И-ИЛИ-НЕ.

В состав серий интегральных микросхем обычно входят функциональные узлы, выполняемые в отдельных корпусах, которые предназначены для расширения функциональных возможностей микросхем (расширители по входу, увеличивающие коэффициент объединения , и буферные усилители, увеличивающие коэффициент разветвления Краз).

Для серий ТТЛ характерно наличие только расширителей по входу. На рис. 8.10, б показан четырехвходовой расширитель по ИЛИ, в его состав входят МЭТ и транзистор , который подключают к выводам схемы (рис. 8.10, а) параллельно транзисторам . Это приводит к тому, что количество входов по ИЛИ увеличивается до трех, так как для получения на выходе кода 0 безразлично, какой из транзисторов будет открыт и насыщен, и добавляется элемент И, имеющий четыре входа. Логический элемент с подключенным расширителем по ИЛИ будет выполнять функцию 2-2-4 И-ИЛИ-НЕ.

Выводы расширения обозначаются буквами EX. Подключение расширителя показано на рис. 8.10, в.

Кроме вышерассмотренных в состав серий ТТЛ входят ЛЭ со стробированием и ЛЭ с тремя выходными состояниями.

В микросхемах со стробированием присущие элементу логические функции выполняются в том случае, если на дополнительном стробирующем входе имеется сигнал логической единицы. Так, например, микросхема (рис. 8.11, а) работает как элемент ИЛ в том случае, если на входе стробирования подана логическая 1. При логическом 0 на этом входе входной сигнал равен 7 и не зависит от напряжений на входах . Вход стробирования обозначается буквой С (рис. 8.11, б).

ЛЭ с тремя устойчивыми состояниями появились в связи с развитием информационной техники. У них в отличие от обычных имеется третье состояние, при котором выходные транзисторы заперты сигналом управляющего вывода. Выходное сопротивление запертых транзисторов велико и микросхема практически полностью отключена от нагрузки. Это состояние ЛЭ часто называют высокоимпедансным. При использовании ЛЭ с гремя устойчивыми состояниями их выходы подключают к одной нагрузке.

Рис. 8.11. Микросхема . имеющая вход стробирования (а), и ее обозначение (б); подключение к нагрузке ЛЭ с тремя состояниями (в)

Управление микросхем организуется так, что в любой момент времени все микросхемы, кроме одной, находятся в высокоимпедансном состоянии. Таким образом удается по одной шине передавать в разных направлениях информацию от нескольких источников сигнала и сократить количество информационных магистралей. Вход включения третьего состояния имеет метку , а выход, имеющий состояние высокого импеданса, обозначается Z или О, причем управление -входом может быть прямым или инверсным (рис. 8.11, б). Примером таких ЛЭ ТТЛ являются микросхемы типа и др.

Отдельные серии интегральных микросхем с ТТЛ ЛЭ имеют напряжения питания и параметры, обеспечивающие непосредственное подключение корпусов различного назначения. В табл. 8.1 приведены параметры ЛЭ ТТЛ некоторых серий.

При практическом применении ЛЭ ТТЛ неиспользованные входы можно оставлять свободными. При этом снижается помехоустойчивость из-за воздействия наводок на свободные выводы. Поэтому, их обычно или объединяют между собой, если это не ведет к повышению нагрузки для предшествующего ЛЭ, или подключают к источнику питания через резистор кОм, ограничивающий входной ток. К каждому резистору можно подключать до 20 входов.

Для уменьшения помех по цепи питания в точках подключения к шинам групп ЛЭ устанавливают развязывающие керамические конденсаторы с емкостью порядка на один корпус. На каждой плате между цепью питания и общей шиной включают 1 —2 электролитических конденсатора емкостью .

Таблица 8.1

Логические элементы с эмиттерной связью (ЭСЛ) относятся к числу наиболее быстродействующих. Используя их, создают сверхбыстродействующие цифровые устройства различного назначения. Для ЛЭ этой группы характерны: большая нагрузочная способность; независимость тока потребления от частоты переключения; небольшая энергия переключения.

ЛЭ ЭСЛ строятся на основе дифференциального усилительного каскада. При сравнительно небольшой разности потенциалов между входами дифференциального усилителя транзистор одного плеча запирается, а другой находится в активной области. Смена полярности дифференциального сигнала приводит к тому, что запирается ранее открытый транзистор и открывается закрытый. При этом общий ток, потребляемый каскадом, практически не меняется. По существу, в ЛЭ ЭСЛ осуществляется «переключение» тока с одного плеча на другое.

Рис. 8.12. Базовый элемент ЭСЛ 500 серии (а); возможная схема его включения (б); объединение эмиттеров (в); передаточная функция (г)

Поэтому говорят, что в основу их работы положено использование токовых переключателей (ТП). В связи с тем что транзисторы в таких схемах никогда не попадают в режим насыщения, устройства с токовыми переключателями имеют максимально возможное быстродействие. Для реализации логических зависимостей в плечи дифференциального каскада включают дополнительные компоненты.

Базовая схема ЛЭ ЭСЛ 500 серии приведена на рис. 8.12, а. В ней токовый переключатель выполнен на транзисторах . Потенциал базы транзистора задан с помощью резисторов и диодов , введенных для параметрической температурной компенсации. Если на входах низкий потенциал логического 0, то транзисторы заперты из-за положительного относительно базы потенциала их эмиттеров. Падение напряжения на резисторе равно .

Если на один из входов или оба входа подать напряжение такого значения, что потенциал транзисторов или станет больше порогового значения, то соответствующий или оба транзистора вместе откроются. Ток, протекающий через них, создаст падение напряжения на резисторе Потенциалы будут нижние порогового значения. В результате транзисторы закроются и произойдет переключение тока плеч. Напряжение понизится, а повысится. Базовый элемент позволит выполнить функцию ИЛИ или в положительной логике, причем вид функции зависит от того, с коллектора каких транзисторов снимается выходной сигнал. Для повышения нагрузочной способности и расширения функциональных возможностей на выходе токового переключателя включены транзисторы . Они имеют свободный вывод эмиттера и предназначены для использования в качестве выходных эмиттерных повторителей. Для этого к их эмиттерам подключаются резисторы (рис. 8.12, б), которые для повышения быстродействия обычно берут сравнительно небольшими (240—50 Ом). С целью уменьшения потребляемой мощности при малых значениях сопротивлений нагрузок 100 Ом) часто используют второй источник питания — (рис. 8.12, а). Напряжение его берут равным —2,0 или —2,4 В, причем в быстродействующих устройствах эти резисторы включают на конце линии связи, подключенной к выходу ЛЭ. При равенстве их значений волновому сопротивлению линий они кроме вышесказанного обеспечивают согласование линии связи с нагрузкой.

Для повышения помехоустойчивости у ЭСЛ заземляется коллекторная цепь, причем токовый переключатель и транзисторы эмиттерных повторителей имеют раздельные выводы, хотя схемотехнически они подключаются к одной шине. Это обусловлено тем, что токовый переключатель потребляет неизменный ток и при переключении не создает помех по цепи питания.

Ток эмиттерного повторителя зависит от сигнала ЛЭ, что приводит к появлению бросков тока в шине питания. Раздельные выводы этих цепей позволяют подключить все токовые переключатели, выполняющие логические функции, к одной шине, а эмиттерные повторители, для которых помехи по цепи питания не так страшны, — к другой. Эти шины можно питать или от разных источников напряжения, или соединять между собой в одной точке около конденсатора большой емкости.

Так как во входных цепях ЛЭ ЭСЛ установлены резисторы , неиспользованные выводы можно оставлять свободными. Эти резисторы также выполняют роль сопротивлений при последовательном соединении микросхем.

При практическом применении функциональные возможности нескольких ЛЭ ЭСЛ можно расширить соединяя между собой выводы эмиттеров транзисторов разных ЛЭ. При этом выходное напряжение будет равно логической 1 в случае, если хотя бы у одного эмиттерного повторителя на базе будет сигнал логической 1 (рис. ). Другими словами, объединение эмиттерных выводов нескольких микросхем позволяет создать вторую монтажную ступень логики — монтажное ИЛИ (монтажное И в отрицательной логике). При эмиттерном объединении нагрузку следует подключать к напряжению .

Применяют также коллекторное объединение, при котором соединяются между собой коллекторы транзисторов нескольких ЛЭ.

Для еще большего расширения функциональных возможностей иногда применяют двух- или трехуровневое переключение тока. Сущность этого переключения заключается в том, что ток в одном токовом переключателе переключается два раза или более на разных смещенных друг относительно друга уровнях. Для осуществления этого на входе токового переключателя включают эмиттерный повторитель, который осуществляет смещение входного сигнала по напряжению.

Передаточная функция ЛЭ ЭСЛ приведена на рис 8.12, г для выходов и . Из нее видно, что при входных сигналах, больших , выходное напряжение начинает увеличиваться. В связи с нежелательностью этого уровень логической единицы в ЛЭ ЭСЛ серии 500 не следует брать более —0,4 В.

Перспективными считаются серии 500 и , причем серия относится к числу субнаносекундных и имеет время задержки распространения менее 1 не. Ориентировочные параметры серий 500 и приведены в табл. 8.2.

Из табл. 8.1 и 8.2 видно, что ЛЭ ЭСЛ имеют большее быстродействие и меньшие входные токи по сравнению с ЛЭ ТТЛ, но по помехоустойчивости и потребляемой мощности они уступают ЛЭ ТТЛ.

Таблица 8.2

При совместном использовании ЛЭ ЭСЛ и ТТЛ между ними приходится включать специальные микросхемы, которые согласуют уровни логических сигналов. Их называют преобразователями уровня (ПУ). В преобразователях уровня имеются логические элементы той и другой логик, которые согласованы между собой с помощью электронных схем смещения уровней напряжения. Поэтому они питаются от двух источников напряжений, характерных для согласуемых серий. Так, на преобразователи уровня, преобразующие сигналы ЛЭ ТТЛ в сигналы ЛЭ ЭСЛ и наоборот, подаются напряжения . К входу ПУ прикладывается сигнал логики одного типа, а с выхода снимается сигнал логики другого типа. Для согласования ЛЭ ЭСЛ и ЛЭ ТТЛ применяют преобразователи уровня типа и др.

При этом для улучшения помехоустойчивости в отдельных ЛЭ используют стробирование, а также парафазные входные сигналы. Примером ПУ со стробированием является микросхема типа (рис. 8.13, а), преобразующая уровни ТТЛ в уровни ЭСЛ. В ней имеется четыре идентичных ПУ, у которых выходные сигналы, соответствующие уровням входных сигналов, появляются только при наличии логической единицы на входе стробирования С. В противном случае на всех выходах имеется сигнал логической 1. Наличие прямого и инверсного выходов позволяет получить парафазные выходные сигналы, имеющие повышенную помехозащищенность. При парафазном входном сигнале на ПУ подаются основной логический сигнал и его инвертированное значение, т. е. на одном входе имеется логическая 1, а на другом — логический О (рис. 8.13, б). Такой преобразователь срабатывает на разность входных сигналов, которая мало меняется при помехах в линии связи. Парафазный входной сигнал характерен для преобразователей сигналов уровня ЭСЛ в уровень ТТЛ, например микросхемы типа .

При согласовании ЛЭ ТТЛ с элементами высокопороговой логики, например серии 511, используют микросхемы с открытом коллекторе.

Рис. 8.13. Преобразователь уровней ТТЛ в уровни ЭСЛ со стробированием (а) и уровней ЭСЛ в уровни ТТЛ с парафазным входом (б); согласование ЛЭ низко- и высокопороговой логик (в)

К свободному выводу коллектора подключают резистор, который соединяют с источником питания повышенного уровня . Ток запертого или открытого транзистора, установленного на выходе ЛЭ ТТЛ, создает на резисторе R (рис. 8.13, в) падения напряжения, соответствующие высокопороговой логики. Если у ЛЭ ТТЛ открытый коллектор отсутствует, то можно применять ПУ типа . Это преобразователь сигналов низких уровней в высокие ( В). Он содержит два ЛЭ и два ЛЭ НЕ, имеющих вывод расширения по ИЛИ, и питается напряжением 15 В.

Промышленностью выпускается широкая номенклатура ЛЭ ТТЛ и ЭСЛ, выполняющих функции И; ИЛИ; И-ИЛИ-НЕ и имеющих различное количество входов и разные функциональные возможности.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление