Система логических элементов (стр. 2 )

Uвх=En перпендикулярно рМОП – закр.

Uвых nМОП – откр. Uвых =0

Uвх nМОП Эл. КМОП имеют более высокое быстродействие: t10 = t01 à 0

Преимущества: более высокая стоимость Скмоп =9Сnмоп

ТТЛ – транзисторно – транзисторная логика.

Основой любой системы является базовый элемент. Базовый элемент выполняет математическую функцию относящаяся к категории логических полюсных базисов. Базовым элементом в технологии ТТЛ является вентиль И – НЕ.

Получаются так же и другие элементы из базисных с помощью вариации и усложнений.

И – ИЛИ – НЕ

ИЛИ

И

+En (5B)

ТТЛ – 1

 

R1 R2

Uвых

 

VT1 VT2 Cн

 

VD1

VD2

И НЕ

Uотс = 0,6В

U'min =2,4B

Uвх2 = 1

 

t10

t01

t10 ~ CнRVT2откр

t01 >> t10 (при переключении логического элемента из “0” в “1” будет происходить заряд Cн, причем емкость будет заряжаться через R2.

t01~ CнRVT2 R2 >> RVT2откр уменьшение сопротивления R2 имеет предел и ограничен мощностью потребляемой логическим элементом.

Недостатки:

ТТЛ-1 в отдельном виде не выпускается, однако часто используется в составе сложных цифровых схем.

ТТЛ-1 называется схемой с простым инвертором.

Iвых

I'вых

+5В

Rн

R2

R1

Недостатков указанных выше лишена схема (ТТЛ-3) со сложным инвертором.

Rн

R3

Uвх2

Uвх1

Uвх1VUвх2 = 0

I0вх = En – UgoVT1 – U0 =1,6 mA

R1

VT2 – закрыт

I'вых = En – Uкэн - Ugo

R4 + Rн

U'вых < En

U'вых =En - R4Iн = ,5В

Uвх1 = Uвх2 = “1”

I1вх = βJ · En – 2Ugo – UgoVT1 βJ = 0,0,025

R1

Диод VD необходим для того чтобы не открывать VT3

Ugo = 0,7B; Uкэнac = 0,2B; U12 - ?

U12 = U1 + U2

U2 = Uкэн = 0,2B;

U1 = UкэнacVT2 + Ugo = 0,2 + 0,7 = 0,9B

U'кэн >Uкэн Кр =1 2

U12 = 0,9 – 0,2 = 0,7B

IKTTЗ

Iскв < En / R4

14

 

DIP 14

t

 

IKVT4 7

Сопротивление R4

Iскв увеличивает время

фронта t01.

 

Схема ТТЛ – 3 может быть усовершенствована.

 

VD

 

 

R'3

R3

 

VT4

+En

R3

R1 R2

VT4

VT1 VT2

 

VD1 R4 R5

VD2

VT5

 

VT3

 

+En

a

Uвх2 VT1 VT2

Uвх1 b

 

VD1

VD2

+En

R3

R1 R2

a

VT4

Uвх2 VT1 VT2 b

Uвх1

 

VD1 Uвых

VD2

VT5

 

X1 X2 – VT2 открыт.

 

И – ИЛИ – НЕ

 

ЛР

К 555 ЛР1 – используется редко.

&

Задержка этого логического элемента будет больше чем задержка логического элемента ТТЛ – 3.

ЛАЗ tзср = 15 НС

ЛР tзср = 18 НС

При увеличении секций U(&) будет возрастать емкость между коллектором и эмиттером транзисторов VT2, VT2', VT2".

 

Элементы – расширители по ИЛИ (ЛД)

Элементы типа Т²ТЛ – транзис. транзис. транзис. логика.

y1

y2 Z Транзистор VT1 открыт, когда Х1=1, Х2=0.

В других случаях транзистор будет закрыт.
VT1 VT2

Y1=x1*x2

Y2=x3*x4

 

X1 X2 X3 X4 Z=y1*y2 , т. е. Z=x1*x2*x3*x4=x1*x2Vx3*x4.

»

Элементы типа ТТЛШ (Шотки)

VD Диод Шотки VD имеет низкое значение Uдо=0.15…0.25 В и низкое

значение барьерных и диффузионных емкостей Сб»0, Cд»0, поэтому

ключи имеют большее быстродействие.

t з. ср »10 нс и характеризуется тем, что время распространения задержки

t01»t10, ненасыщенный ключ не входит в режим насыщения и t рассеивания

отсутствует.

Имеется недостаток: повышенный уровень нуля.

U° вых » Uдоsi – Uдош » 0.4 В.

Этот недостаток компенсируется схемой, где

 

Элемент типа ЛА3 (реализует функцию ‘ И ’ )

14

DL1

1 3

2

И-НЕ DL2

4 6

5

НЕ

Элементы типа ТТЛ-2

Если в схеме стандартного логического элемента ТТЛ-1 отсутствует верхний нагрузочный транзистор, то такая схема называется схемой типа открытый коллектор (ОК) и помечается значком

+5 B

R1 VT1 R2

&

VT2 y

VT3

R3

Подключение к нестандартной нагрузке

 

Вся ТТЛ питается от 5 В, иногда требуется питание 12 В.

I° вых £ [ I° вых max] - основной критерий работы

I° вых max ограничен нагрузочной способностью VT3.

Справочный параметр для 155 серии - 16 mA.

Для повышения нагрузочной способности элементов типа ОК допускается параллельное соединение элементов, находящимся на одном кристалле.

I° вых £ 2*[ I° вых max]

Если нагрузка очень мощная, для согласования цифровой части может быть использована

следующая схема:

следующая схема:

Если на вход подаем 1, то на выходе будет 0, транзистор закрыт,

лампочка не горит. Если 0 – лампочка горит.

Примеры серий ТТЛ

SN74 K156 KMнс

SN54 Kнс

SN54L Kнс

SN54P Kнс

SN74S Kнс

SN54S Kнс

SN74LS K1531 4 нс

SN57LS K1533 4 нс-наиб. популярная серия.

Система элементов ЭСЛ.

Обладает исключительно высоким быстродействием за счет того, что транзисторы не входят в режим насыщения. Логические элементы строятся на основе ключей с эммитерной связью, при этом данная схема ключа дополняется эммитерными повторителями, согласующими логические элементы по выходным уровням и Iн.

Схема логического элемента:

X1 X2 Xn

….. R1 R2

VT3

VT4

VT2 y2

VT1 VT1 VT1 y1

…… E0n

Rб1 Rб2 Rбm IЭ Рис.1

-E

Uвх > E0n

Iэ = const.

a*I k1 + a*I k2 = const.

Схема работает аналогично простому ключу с ЭС : при подаче хотя бы одной единицы, ток начнёт протекать через R1. На выходном эммитерном повторителе VT3 сформируется высокий логический уровень, а на выходе у2 – низкий. При подаче на любые входы низкого уровня откроется транзистор VT2 и весь ток потечёт через R2 . т. е. Iэ = I2 : на ввыходе у1 – низкий уровень, на у2 – высокий. Данная схема выполняет функцию ИЛИ / ИЛИ-НЕ.