СТРУКТУРА ПРЕЗЕНТАЦИИ:

СТРУКТУРА СТРУКТУРА ПРЕЗЕНТАЦИИ:ПРЕЗЕНТАЦИИ:

БАЗОВЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ СЕРИЙ БАЗОВЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ СЕРИЙ ДИОДНО-ТРАНЗИСТОРНОЙ ЛОГИКИДИОДНО-ТРАНЗИСТОРНОЙ ЛОГИКИ

БАЗОВЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ СЕРИЙ БАЗОВЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ СЕРИЙ ТРАНЗИСТОРНО-ТРАНЗИСТОРНОЙ ЛОГИКИТРАНЗИСТОРНО-ТРАНЗИСТОРНОЙ ЛОГИКИ

БАЗОВЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ СЕРИЙБАЗОВЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ СЕРИЙЭМИТТЕРНО-СВЯЗАННОЙ ЛОГИКИЭМИТТЕРНО-СВЯЗАННОЙ ЛОГИКИ

БАЗОВЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ СЕРИЙ БАЗОВЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ СЕРИЙ НА КМДП-ТРАНЗИСТОРАХНА КМДП-ТРАНЗИСТОРАХ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ЦИСОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ЦИС

Общие сведения ЦИСОбщие сведения ЦИС► Цифровые интегральные схемы (ЦИС) выпускают сериями. Цифровые интегральные схемы (ЦИС) выпускают сериями.

► В состав каждой серии входят ЦИС, имеющие единое В состав каждой серии входят ЦИС, имеющие единое конструктивно-технологическое исполнение, но относящиеся к конструктивно-технологическое исполнение, но относящиеся к различным подгруппам и видам. различным подгруппам и видам.

► В серии может быть также несколько ЦИС одного вида, В серии может быть также несколько ЦИС одного вида, различающихся, например, числом входов или нагрузочной различающихся, например, числом входов или нагрузочной способностью. способностью.

► Чем шире функциональный состав серии, тем в большей степени Чем шире функциональный состав серии, тем в большей степени она обеспечивает выполнение требований к ЭВМ в отношении она обеспечивает выполнение требований к ЭВМ в отношении компактности, надежности и экономичностикомпактности, надежности и экономичности

► Большинство серий, выпускаемых промышленностью, относятся к Большинство серий, выпускаемых промышленностью, относятся к потенциальным. При этом сигнал на входе и выходе ЦИС потенциальным. При этом сигнал на входе и выходе ЦИС представляется высоким и низким уровнями напряжения. представляется высоким и низким уровнями напряжения. Указанным двум состояниям сигнала ставятся в соответствие Указанным двум состояниям сигнала ставятся в соответствие значения «1» и «0».значения «1» и «0».

► Система электрических параметровСистема электрических параметров ЦИС (статические ЦИС (статические и динамические) характеризует свойства ЦИС в серии.и динамические) характеризует свойства ЦИС в серии.

► Эксплуатационные параметрыЭксплуатационные параметры ЦИС в серии ЦИС в серии характеризуют их работоспособность в условиях характеризуют их работоспособность в условиях воздействия окружающей среды. воздействия окружающей среды.

К ним относятся: К ним относятся: а) диапазон рабочих температура) диапазон рабочих температур

б) допустимые механические нагрузки б) допустимые механические нагрузки (вибрации, (вибрации, удары, линейные удары, линейные ускорения) ускорения)

в) граница допустимого изменения в) граница допустимого изменения атмосферного атмосферного давления давления

г) наибольшая влажностьг) наибольшая влажность

► В состав серии, как правило, включают логические ЦИС, В состав серии, как правило, включают логические ЦИС, выполняющие различные логические операции: И, ИЛИ, выполняющие различные логические операции: И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ и др., а также логические ЦИС одного вида, НЕ, И-НЕ и др., а также логические ЦИС одного вида, имеющие 2, 3, 4, 6, 8 входов. имеющие 2, 3, 4, 6, 8 входов.

► Разработка каждой серии ЦИС начинается с Разработка каждой серии ЦИС начинается с базового базового логического элементалогического элемента — основы всех элементов, узлов — основы всех элементов, узлов и устройств серии (логических элементов, триггеров, и устройств серии (логических элементов, триггеров, счетчиков, регистров и т. д.). счетчиков, регистров и т. д.).

► Как правило, базовые логические элементы выполняют либо Как правило, базовые логические элементы выполняют либо операцию И-НЕ, либо операцию ИЛИ-НЕ, поскольку обладают операцию И-НЕ, либо операцию ИЛИ-НЕ, поскольку обладают функциональной полнотой.функциональной полнотой.

► Разнообразие типов базовых элементов объясняется тем, что Разнообразие типов базовых элементов объясняется тем, что каждый из них имеет свои достоинства и свою область каждый из них имеет свои достоинства и свою область применения.применения.

БАЗОВЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ СЕРИЙ БАЗОВЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ СЕРИЙ ДИОДНО- ДИОДНО-ТРАНЗИСТОРНОЙ логикиТРАНЗИСТОРНОЙ логики

► Серии элементов диодно-транзисторной логики (ДТЛ) включают Серии элементов диодно-транзисторной логики (ДТЛ) включают следующий перечень номеров: 104, К104, 109, К109, 121, К121, следующий перечень номеров: 104, К104, 109, К109, 121, К121, 128, К128, 146, К146, 156, 202, 215, К217, 218, 221, 240, К511.128, К128, 146, К146, 156, 202, 215, К217, 218, 221, 240, К511.

► Логика работы. Логика работы. Базовый логический элемент серий ДТЛ Базовый логический элемент серий ДТЛ является элементом Шеффера (элемент И-НЕ) иявляется элементом Шеффера (элемент И-НЕ) и реализует реализует операцию логическое умножение с отрицанием. Он всегда операцию логическое умножение с отрицанием. Он всегда представляет собой двоичный логический элемент «1», кроме представляет собой двоичный логический элемент «1», кроме случая, когда «1» присутствует на всех входах одновременно.случая, когда «1» присутствует на всех входах одновременно.

Ниже приведена таблица, которая реализует логику работы элемента Ниже приведена таблица, которая реализует логику работы элемента Шеффера на три входа. Данная таблица называется Шеффера на три входа. Данная таблица называется таблицей состоянийтаблицей состояний..

321 ,, xxx

00 00 00 11

00 00 11 11

00 11 00 11

00 11 11 11

11 00 00 11

11 00 11 11

11 11 00 11

11 11 11 00

1x 2x 3xy

y - входы

- выход

Логическое уравнение работы элемента, составленное на основании таблицы, записывается в виде

321 xxxy

АНАЛИЗ СТАТИЧЕСКОГО РЕЖИМА РАБОТЫАНАЛИЗ СТАТИЧЕСКОГО РЕЖИМА РАБОТЫ

На рис 3.1,На рис 3.1,aa приведена принципиальная электрическая схема приведена принципиальная электрическая схема

элемента ДТЛ. элемента ДТЛ.

рис 3.1,рис 3.1,aa

Х3

Х2

Х1

б

к

аД1

Д2

Д3

Д4 Д5

R1

R2

R3

T

UИП1 UИП2

UИП3

у

В этой схеме диоды В этой схеме диоды Д1...Д3 Д1...Д3 и резистор образуют и резистор образуют конъюнктор, а транзистор Т и резисторы — конъюнктор, а транзистор Т и резисторы — инвертор. Диоды инвертор. Диоды Д4, Д5 Д4, Д5 выполняют функцию связи выполняют функцию связи между конъюнктором и инвертором.между конъюнктором и инвертором.

Диоды Д1...Д3Диоды Д1...Д3 должны иметь:должны иметь:- минимальное сопротивление в проводящем состоянии минимальное сопротивление в проводящем состоянии

(падение напряжения на них от проходящего тока (падение напряжения на них от проходящего тока должно быть минимальным, что повышает статическую должно быть минимальным, что повышает статическую помехоустойчивость элемента);помехоустойчивость элемента);

- достаточно высокое обратное пробивное напряжение, достаточно высокое обратное пробивное напряжение, так как в процессе работы схемы диоды могут так как в процессе работы схемы диоды могут смещаться в обратном направлении; смещаться в обратном направлении;

- малые емкости и достаточно малое время малые емкости и достаточно малое время восстановления обратного сопротивления, так как восстановления обратного сопротивления, так как процессы перезаряда емкостей и рассасывание зарядов процессы перезаряда емкостей и рассасывание зарядов во входных диодах могут вносить значительный вклад в во входных диодах могут вносить значительный вклад в среднее время задержки схемы.среднее время задержки схемы.

1R

32 ,RR

► Резистор Резистор является частью конъюнктора и определяет в является частью конъюнктора и определяет в значительной мере мощность потребления схемы и значительной мере мощность потребления схемы и среднюю задержку. Паразитная емкость резистора должна среднюю задержку. Паразитная емкость резистора должна быть как можно меньше.быть как можно меньше.

► Резистор Резистор обеспечивает подачу напряжения смещения на обеспечивает подачу напряжения смещения на базу транзистора, т.е. удерживает транзистор в запертом базу транзистора, т.е. удерживает транзистор в запертом состоянии. Его выбирают таким, чтобы при насыщении состоянии. Его выбирают таким, чтобы при насыщении транзистора через резистор транзистора через резистор протекал бы ток, равный протекал бы ток, равный 10...20 % от тока базы насыщенного транзистора. В 10...20 % от тока базы насыщенного транзистора. В некоторых схемах в целях экономии мощности некоторых схемах в целях экономии мощности и и исключают.исключают.

► Резистор Резистор в быстродействующих схемах:в быстродействующих схемах: - ускоряет заряд паразитной емкости нагрузки при - ускоряет заряд паразитной емкости нагрузки при

запирании транзистора и обеспечивает получение меньшего запирании транзистора и обеспечивает получение меньшего времени выключения; времени выключения;

- уменьшает выходное сопротивление схемы, - уменьшает выходное сопротивление схемы, обеспечивает определенную защиту от возникновения обеспечивает определенную защиту от возникновения помех на выходе схемы при закрытом транзисторе; помех на выходе схемы при закрытом транзисторе;

- благодаря ему образуется постоянная составляющая - благодаря ему образуется постоянная составляющая тока коллектора транзистора, когда последний находится в тока коллектора транзистора, когда последний находится в открытом состоянии, что предохраняет транзистор от открытом состоянии, что предохраняет транзистор от чрезмерного перевозбуждения при насыщении. чрезмерного перевозбуждения при насыщении.

1R

2R

2R

2R3ипU

3R

Но несмотря на все перечисленное выше, наличие Но несмотря на все перечисленное выше, наличие резистора резистора не обязательно. Существуют схемы не обязательно. Существуют схемы элементов, где резистор элементов, где резистор отсутствует.отсутствует.

► Диоды Диоды Д4, Д5Д4, Д5 называются называются диодами смещениядиодами смещения. . Они не Они не выполняют никаких логических функций и выполняют никаких логических функций и предназначены для смещения уровня напряжения в точке предназначены для смещения уровня напряжения в точке б б относительно напряжения в точке относительно напряжения в точке а а за счет за счет постоянного падения напряжения на диодах Д4, Д5. постоянного падения напряжения на диодах Д4, Д5. Наличие диодов Наличие диодов Д4, Д5 Д4, Д5 обеспечивает надежное обеспечивает надежное запирание транзистора в том случае, если хотя бы на запирание транзистора в том случае, если хотя бы на одном из входов схемы действует низкий уровень одном из входов схемы действует низкий уровень напряжения напряжения

. . В динамическом режиме постоянная времени В динамическом режиме постоянная времени рассасывания для смещающих диодов должна быть рассасывания для смещающих диодов должна быть значительно больше, чем для транзисторов. Благодаря значительно больше, чем для транзисторов. Благодаря этому через них может проходить значительный ток, этому через них может проходить значительный ток, рассасывающий избыточный заряд в транзисторе и рассасывающий избыточный заряд в транзисторе и уменьшающий задержку выключения схемы.уменьшающий задержку выключения схемы. В данном случае «1» соответствует уровень напряжения В данном случае «1» соответствует уровень напряжения

, «0» - уровень , «0» - уровень напряжения напряжения транзистора Т. транзистора Т.

3R

0U

21

ипUU наскэUU .0

Принципы работы.Принципы работы. При одновременной подаче на все При одновременной подаче на все входы уровня напряжениявходы уровня напряжения диоды Д1…Д3 запираются, а диоды Д1…Д3 запираются, а транзистор транзистор Т Т переходит в область насыщения за счет тока, переходит в область насыщения за счет тока, протекающего отпротекающего от через .При этом на выходе схемы через .При этом на выходе схемы появляется уровень напряженияпоявляется уровень напряжения ..

► Если хотя бы на одном входе (например Если хотя бы на одном входе (например ) ) имеет местоимеет место , , то ток отто ток от через через , Д1 , Д1 втекает во входную цепь. втекает во входную цепь. Напряжение в точке «Напряжение в точке «а» а» при этом снижается допри этом снижается до , , диоды диоды Д4, Д5 Д4, Д5 переходят в режим отсечки за счет переходят в режим отсечки за счет особенностей ВАХ и транзистор запира ется. На выходе особенностей ВАХ и транзистор запира ется. На выходе уровень напряженияуровень напряжения ..

► Выключение транзистора осуществляется обратным током Выключение транзистора осуществляется обратным током базы, протекающим через диоды базы, протекающим через диоды Д1, Д4, Д5 Д1, Д4, Д5 и выход и выход предыдущего элемента.предыдущего элемента.

► На рис. 3.1, б приведена схема ДТЛ с диодами и На рис. 3.1, б приведена схема ДТЛ с диодами и транзисторами Шотки (ДТЛШ). Дополнительный диод транзисторами Шотки (ДТЛШ). Дополнительный диод Шотки Шотки Д4 Д4 служит дляслужит для ускорения запирания транзистора ускорения запирания транзистора Т4 при переключении схемы из состояния «1» в состояние Т4 при переключении схемы из состояния «1» в состояние «0» на выходе. «0» на выходе.

1U

1ипU 1R0U

1X 0U1ипU

1Rдa UUU 0

1U

рис 3.1,брис 3.1,б► Недостаток ДТЛШ — большая стоимость по сравнению с элементом ДТЛ за Недостаток ДТЛШ — большая стоимость по сравнению с элементом ДТЛ за

счет более сложной технологии.счет более сложной технологии.► Элементы ДТЛШ — перспективная элементная база для ЦИС среднего Элементы ДТЛШ — перспективная элементная база для ЦИС среднего

быстродействия.быстродействия.

Х3

Х2

Х1 Д1

Д2

Д3

Д4

T3

UИП

уT1

T2

T5

T4

БАЗОВЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ СЕРИЙ БАЗОВЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ СЕРИЙ ТРАНЗИСТОРНО-ТРАНЗИСТОРНОЙ ЛОГИКИТРАНЗИСТОРНО-ТРАНЗИСТОРНОЙ ЛОГИКИ

► Основные характеристики и параметры.Основные характеристики и параметры. Основные серии Основные серии элементов ТТЛ включают следующий перечень номеров:элементов ТТЛ включают следующий перечень номеров:

а) 133, 155, К155, КМ155 — получившие название а) 133, 155, К155, КМ155 — получившие название «стандартные «стандартные серии»;серии»;

б) 130, К131, 599 — серии с «высоким быстродействием»; б) 130, К131, 599 — серии с «высоким быстродействием»;

в) 134, 158 — «микромощная серия»; в) 134, 158 — «микромощная серия»;

г) 530, К531, 1531, 1533 — серии «с диодами Шотки» г) 530, К531, 1531, 1533 — серии «с диодами Шотки» высокого быстродействия с малым потреблением мощности; высокого быстродействия с малым потреблением мощности;

д) К555, 533 — «микромощная серия с диодами Шотки»,д) К555, 533 — «микромощная серия с диодами Шотки»,► Элемент ТТЛ появился как результат развития элемента ДТЛ Элемент ТТЛ появился как результат развития элемента ДТЛ

благодаря замене матрицы диодов многоэмиттерным благодаря замене матрицы диодов многоэмиттерным транзистором (МЭТ), представляющим собой интегральный транзистором (МЭТ), представляющим собой интегральный прибор, объединяющий свойства диодных логических схем и прибор, объединяющий свойства диодных логических схем и транзисторного усилителя. транзисторного усилителя.

► Функция «И» в МЭТ выполняется в общих для Функция «И» в МЭТ выполняется в общих для нескольких эмиттеров базовой и коллекторной областях. нескольких эмиттеров базовой и коллекторной областях. Основное структурное отличие МЭТ от обычных Основное структурное отличие МЭТ от обычных транзисторов в том, что он имеет несколько эмиттеров, транзисторов в том, что он имеет несколько эмиттеров, расположенных таким образом, что прямое расположенных таким образом, что прямое взаимодействие между ними через разъединяющий их взаимодействие между ними через разъединяющий их участок пассивной базы практически исключается. участок пассивной базы практически исключается.

► Многоэмиттерный транзистор представляет собой Многоэмиттерный транзистор представляет собой совокупность нескольких транзисторных структур, совокупность нескольких транзисторных структур, имеющих общий коллектор и общую базу и имеющих общий коллектор и общую базу и непосредственно взаимодействующих друг с другом непосредственно взаимодействующих друг с другом только за счет движения основных носителей.только за счет движения основных носителей.

► Логика работы.Логика работы. Базовый логический элемент серий Базовый логический элемент серий ДТЛ, как и в ДТЛ, является элементом Шеффера ДТЛ, как и в ДТЛ, является элементом Шеффера (элемент И-НЕ) и(элемент И-НЕ) и реализует операцию логическое реализует операцию логическое умножение с отрицанием. Он всегда представляет собой умножение с отрицанием. Он всегда представляет собой двоичный логический элемент «1», кроме случая, когда двоичный логический элемент «1», кроме случая, когда «1» присутствует на всех входах одновременно.«1» присутствует на всех входах одновременно.

Ниже приведена таблица, которая реализует логику работы элемента Ниже приведена таблица, которая реализует логику работы элемента Шеффера на три входа. Данная таблица называется Шеффера на три входа. Данная таблица называется таблицей состоянийтаблицей состояний..

321 ,, xxx

00 00 00 11

00 00 11 11

00 11 00 11

00 11 11 11

11 00 00 11

11 00 11 11

11 11 00 11

11 11 11 00

1x 2x 3xy

y - входы

- выход

Логическое уравнение работы элемента, составленное на основании таблицы, записывается в виде

Минимальное число вхдов, которое может быть, равно двум.

321 xxxy


На рис 3.2 приведена принципиальная электрическая схема На рис 3.2 приведена принципиальная электрическая схема

элемента ТТЛ. элемента ТТЛ.

рис. 3.2рис. 3.2

МЭТ

Cн

Т3

Т2

Т1

Двх

Х1

Х2

Х3

R1 R2 R4

R3

Д

UИП

+

-

МЭТ

R1

U1вх

Iн1

Iн2

iз

iрIнi

Iнк

Нагрузка

IнЭ

К

y

► В этой схеме пунктиром показаны внешние элементы ТТЛ, В этой схеме пунктиром показаны внешние элементы ТТЛ, подключаемые к выходу основного элемента.подключаемые к выходу основного элемента.

► Схема состоит из двух частейСхема состоит из двух частей:: -- входная, реализующая функцию «И», содержит входная, реализующая функцию «И», содержит

резистор резистор R1R1 и МЭТ; и МЭТ; - выходная, реализующая функцию «НЕ», содержит - выходная, реализующая функцию «НЕ», содержит

сложный инвертор на транзисторах Т1…Т3. Последний сложный инвертор на транзисторах Т1…Т3. Последний состоит из фазораспределяющего каскада (Т1,состоит из фазораспределяющего каскада (Т1, R2 R2,, R3 R3)),, предназначенного для противофазного переключения предназначенного для противофазного переключения транзисторов транзисторов T2T2, , T2T2 и выходного усилителя ( и выходного усилителя (T2, T3, T2, T3, ДД, R4, R4).).

► Транзистор Т1 выполняет также функцию диода Транзистор Т1 выполняет также функцию диода смещения, тем самым увеличивает порог переключения смещения, тем самым увеличивает порог переключения схемы, повышая ее помехоустойчивость.схемы, повышая ее помехоустойчивость.

► Количество входов у реальных схем К 8. Увеличение Количество входов у реальных схем К 8. Увеличение количества входов расширяет логические возможности количества входов расширяет логические возможности схемы элемента, однако ухудшает ее динамические схемы элемента, однако ухудшает ее динамические параметры.параметры.

► В зависимости от значения вытекающего тока В зависимости от значения вытекающего тока транзистор Т2 может работать как в активном режиме, транзистор Т2 может работать как в активном режиме, так и в режиме насыщения. В большинстве серий так и в режиме насыщения. В большинстве серий транзистор Т2 работает в активном режиме при транзистор Т2 работает в активном режиме при небольших токах нагрузки. небольших токах нагрузки.

► Резистор Резистор R4R4 предохраняет Т2 и Д от перегрузки при предохраняет Т2 и Д от перегрузки при замыкании выхода элемента «на землю». Кроме того, замыкании выхода элемента «на землю». Кроме того, резистор резистор RR4 ограничивает ток в цепи коллектора 4 ограничивает ток в цепи коллектора транзистора Т2 при переключении элемента. транзистора Т2 при переключении элемента.

► Резистор Резистор RR3 обеспечивает запирание транзистора 3 обеспечивает запирание транзистора TT3. 3. Последний рассчитан на большой рабочий ток и имеет Последний рассчитан на большой рабочий ток и имеет малое время рассасывания. Через него ток нагрузок малое время рассасывания. Через него ток нагрузок входит в схему элемента. входит в схему элемента.

► BBыходной каскад обеспечивает малое время ыходной каскад обеспечивает малое время переключения при значительных емкостях нагрузки.переключения при значительных емкостях нагрузки.

► Для базового логического элемента серий ТТЛ Для базового логического элемента серий ТТЛ существуют оптимальные отношения для сопротивлений существуют оптимальные отношения для сопротивлений резистороврезисторов::

R1/R2=2..4;R1/R2=2..4;R2/R3=1..2;R2/R3=1..2;R2/R4=10;R2/R4=10;

► Сопротивление резистора Сопротивление резистора RR4 выбирается исходя из 4 выбирается исходя из заданного значения предельно допустимого тока заданного значения предельно допустимого тока транзисторов транзисторов T2, T3T2, T3 и диода Д и обычно составляет и диода Д и обычно составляет: :

RR4 = 50...500 Ом. 4 = 50...500 Ом.

АНАЛИЗ РЕЖИМОВ ВКЛЮЧЕНИЯ АНАЛИЗ РЕЖИМОВ ВКЛЮЧЕНИЯ

На рис 3.3,а показан инверсный активный режим На рис 3.3,а показан инверсный активный режим транзистора транзистора

э-б-к, находящегося в структуре МЭТ.э-б-к, находящегося в структуре МЭТ.

бмi IBI '''эм )'1('''' бмэмбмкм iBIIII

iB'

I’эмUн

кMI’КMUв

вх

UэбM

UбкMIбм

МЭТ

- инверсный коэффициент усиления по току для одного эмиттера, когда остальные отключены

a,3.3 рис

На рис 3.3,б показано инверсное включение МЭТ.На рис 3.3,б показано инверсное включение МЭТ.

)'1(''''км КBIКIII iбмэмбм

бмэмвх '''' IКBКII i

б,3.3 рис

К - количество входов

I’эм

U”кM

I’кM

Uввх

I’бм

МЭТ

I’вх

I’эм

I’эм

На рис 3.3,в показан режим насыщения транзистора э-б-к.На рис 3.3,в показан режим насыщения транзистора э-б-к.

бмi IBI '''''' эм )''1('''''' бмэмбмэ.пр iBIIII

iB ''

э.прI

I”кM = 0U”

вх

I”бм

I’эм

Iэ.пр

Uввх

- инверсный коэффициент усиления по току для одного эмиттера, когда остальные отключены

- прямой ток через эмиттерный переход

в,3.3 рис

На рис 3.3,г показан нормальный режим включение МЭТ.На рис 3.3,г показан нормальный режим включение МЭТ.

)]1(''1['''')1(''э.пр КBIIКII iбмэмбм

эмвх '')1('' IКI

Приблизительно можно считать, что005,0...01,0''' ii BB

I”кM = 0Uв

вх

I”бм

I”вхI”эм

Iэ.прUн

вх

г,3.3 рис

Методика и пример расчета элемента Методика и пример расчета элемента ТТЛ с корректирующей цепочкой.ТТЛ с корректирующей цепочкой.

При рассмотрении методики иПри рассмотрении методики и

примера расчета используется примера расчета используется

принципиальная электрическаяпринципиальная электрическая

схема на рис. 3.4.схема на рис. 3.4.

рис 3.4рис 3.4

МЭТ

C0

C1

C2

C3

Cб2

Т4

Т3

Т2

Т1

Двх

Х1

Х2

Х3

R1 R2 R4

R5

R3

y

Д

+UИП

Запишем исходные данные:

ипU

разКвхоб,К

насК

5 В – напряжение питания

2 – коэффициент объединения по входу

8 – коэффициент разветвления

1,5 – коэффициент насыщения транзисторов Т1…Т4B 30 – коэффициент усиления транзисторов

Т1…Т4iB 0,05 – инверсный коэффициент усиления МЭТ

нС 30 пФ – емкость нагрузки

п.срР 20 мВт – средняя мощность потребления элемента в статическом режиме 00вых

0вх UUU 0,3 В – уровень напряжения

3,6 В – уровень напряжения 11вых

1вх UUU

пf 8 МГц – частота повторения входных сигналов

гf 500 МГц – граничная частота усиления транзисторов Т1…Т4

0,1вt

Дбэ.насТбэМ* UUUU

T

5 нс – время перехода из состояния «0» в состояние «1»

20 С – температура окружающей среды

1,0вхt 4 нс – время перехода из состояния «1» в состояние

«0»

0,7 В - падение напряжения на открытомp-n-переходе транзистора и диода

кэ.насТU 0,3 В – падение напряжения на переходе к-энасыщенных транзисторов

бкМU 0,4 В – напряжение б-к МЭТ

Также нам понадобятся следующие соотношения: R1/R2=2..4;R2/R3=1..2;R2/R4=10;R2=R5

РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВРАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ1) 1) Зададим отношение Зададим отношение R1/R2=2,5R1/R2=2,5 и определяем: и определяем:

R2=R1/2,5 R2=R1/2,5 (1) (1)

2) 2) ИспользуяИспользуя нижнюю формулу и выражение (1) находим нижнюю формулу и выражение (1) находим R1R1 : :

;2

]1

)(

R2

)(

R1

)3([

ип

0вх

*ип

*кэ.насТ1ип

*ип

п.ср UR

UUUUUUUU

Р

;5*2

]1

)3,07,05(

R1

)7,03,05(5,2

R1

)7,0*35([

10*20 3 R

);3,07,05()7,03,05(5,2)7,0*35(110*8 3 R

1,210*8

9,161 3 R кОм

(2)

3)3) Из (1) и (2) находим Из (1) и (2) находим R2R2::

R2=R1/2,5=2,1/2,5=0,84 R2=R1/2,5=2,1/2,5=0,84 кОмкОм ( (33))

4) 4) Зададим отношение Зададим отношение R2/R3=1,5 R2/R3=1,5 и определим и определим R3:R3:

R3=R2/1,5=0,56 R3=R2/1,5=0,56 кОм (4)кОм (4)

5) 5) Зададим отношение Зададим отношение R2/R4=10R2/R4=10 и определим и определим R4:R4:

R4=R2/10=84 R4=R2/10=84 Ом Ом (5)(5)

6) 6) Поскольку Поскольку R2=R5, R2=R5, то присваиваем значение резисторато присваиваем значение резистора R2 R2 резистору резистору R5: R5:

R5=R2=0,84 R5=R2=0,84 кОм (6) кОм (6)

7) 7) Определяем входной ток логической «1» (через Определяем входной ток логической «1» (через каждый закрытый эмиттерный переход)каждый закрытый эмиттерный переход)::

1

)( бэ.насТ3бкМип1вх R

UUUBI i

9210*1,2

)7,04,05(05,03

1вх

I мкА

(7)

8)8) Определяем входной ток логического «0» (один Определяем входной ток логического «0» (один эмиттерный переход открыт, другие - закрыты)эмиттерный переход открыт, другие - закрыты)::

)]1(1[*1

)(об.вх

0вхбкМип0

вх

КBR

UUUI i

210*1,2

2,4)]12(05,01[*

10*1,2

)3,07,05(33

0вх

I мА (8)

9)9) Определяем напряжение порога переключенияОпределяем напряжение порога переключения::

1,13,07,0*22 кэ.насМ*

пор UUU

8,03,03,07,0*22 0выхкэ.насМ

*п UUUU

21

3 бэ.насТ3кэ.насТ1ип*

ип0п R

UUU

R

UUI

В (9)

10)10) Определяем запас помехоустойчивости по уровню «0»Определяем запас помехоустойчивости по уровню «0»::

В (10)


9,13,07,0*26,32 кэ.насМ*1

выхп UUUU В (11)

12)12) Определяем ток, потребляемый элементом в состоянии «0» на Определяем ток, потребляемый элементом в состоянии «0» на выходе:выходе:

1,610*84,0

7,03,05

10*1,2

7,0*3533

0п

I мА

(12)

5,305*1,6ип0п

0п UIР

202/)5,95,30(2/)( 1п

0пп.ср РРР

9,110*1,2

3,07,05

1 3

0вхбэМип1

п

R

UUUI

14)14) Определяем мощность потребления элемента в Определяем мощность потребления элемента в состоянии «0» на выходе:состоянии «0» на выходе:

мА (13)

мВт (14)

13)13) Определяем ток, потребляемый элементом в состоянии «1» на Определяем ток, потребляемый элементом в состоянии «1» на выходе:выходе:

15)15) Определяем мощность потребления элемента в Определяем мощность потребления элемента в состоянии «1» на выходе:состоянии «1» на выходе:

16)16) Определяем из (14) и (15) среднюю мощность потребления Определяем из (14) и (15) среднюю мощность потребления элемента (должны получить 20 мВт, как задано в исходных элемента (должны получить 20 мВт, как задано в исходных данных):данных):

5,95*9,1ип1п

1п UIР мВт

(15)

мВт (16)

BU 25,0остМ

)]()1(1[

)3/2()(2/1)3)(1(*

*ипраз

**ип

*ипвх,

нас

0раз UUBК

URRUURRUUBК

К

BК

i

iоб

(17)

17)17) Определяем коэффициент разветвления для состояния «0» на Определяем коэффициент разветвления для состояния «0» на выходе элемента:выходе элемента:

*ип

остМ-п

*ип1

раз

4*

2

1*

1

UU

UUUU

R

R

B

ВК

i

(18)

44)7,05](05,0)18(1[

7,0*5,1)7,05(5,2)0,7*35)(05,0*21(*

5,1

300раз

К

18)18) Определяем коэффициент разветвления для состояния «1» на Определяем коэффициент разветвления для состояния «1» на выходе элемента ( ):выходе элемента ( ):

187,05

25,09,17,0*45*5,2*

05,0

1301раз

К

1,210вх RR кОм

(19)

кОм (20)

19)19) Определяем выходное сопротивление элемента при низком Определяем выходное сопротивление элемента при низком напряжении на входе (напряжении на входе (UUвхвх < U< Uпорпор):):

21)21) Определяем выходное сопротивление элемента для состояния Определяем выходное сопротивление элемента для состояния «1» на выходе в случае, когда транзистор Т2 работает в «1» на выходе в случае, когда транзистор Т2 работает в активном режиме:активном режиме:

Ом (21)

20)20) Определяем входное сопротивление элемента при высоком Определяем входное сопротивление элемента при высоком напряжении на входе (напряжении на входе (UUвхвх > U> Uпорпор):):

100ут1вх RR

27301

840

1

21вых

B

RR

утR - сопротивление утечки

7684840

84*840

42

421вых.нас

RR

RRR Ом (22)

Ом (23)

22)22) Определяем выходное сопротивление элемента для состояния «1» на Определяем выходное сопротивление элемента для состояния «1» на выходе в случае, когда транзистор Т2 работает в режиме насыщения:выходе в случае, когда транзистор Т2 работает в режиме насыщения:

23)23) Определяем выходное сопротивление элемента для состояния Определяем выходное сопротивление элемента для состояния «0» на выходе:«0» на выходе:

1030вых кТrR

РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВРАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

24)24) Определим время задержки включения для С Определим время задержки включения для С00+С+С11=6 пФ:=6 пФ:

)]3/()4[(*)/(*212 *ип

*ипзкк UUUUBСССRRtc

*ип

0выхостМ

*11,0

зд

)2(

UU

UUUt

6,126*1,2)(1 101 CCR

5,27,05

)3,025,07,0*2(6,121,0зд

t

нс нс

нс нс (24) (24)

25) 25) Определим время спада выходного сигнала для СОпределим время спада выходного сигнала для Снн=30 =30 пФ,пФ,

ССпТ3пТ3=1 пФ, С=1 пФ, Скк=4 пФ, С=4 пФ, Сзз=С=СпТ3пТ3+С+Снн=31 пФ:=31 пФ:

нс (25) нс (25) 3,7)]1,25/()8,25[(*)30/10*3110*4(10*4*84,0*10*1,2*2 1212126 ct

6,1)7,0*25/(7,0*2*2,4)2/(2 *ип

*нарнар UUUt

2,410*5*10*84,0 12322нар CR

6,143,7*220,1 ctt нс (26)

нс

26)26) Определяем время перехода из состояния «1» в состояние «0»:Определяем время перехода из состояния «1» в состояние «0»:

28)28) Определяем время рассасывания, если :Определяем время рассасывания, если :

нс (27)

27)27) Определяем время задержки распространения при включении:Определяем время задержки распространения при включении:

2/1,0вхc

0,1зд

0,1зд.р tttt

нс10рас

нс (29)

3,72/53,75,20,1зд.р t

9,62ln102lnрас расt нс (28)

29)29) Определяем время нарастания выходного сигнала для Определяем время нарастания выходного сигнала для С С22= 5пФ:= 5пФ:

2,36,1*22 нар1,0 tt нс

(30)

30)30) Определяем время перехода из состояния «0» в состояние «1»:Определяем время перехода из состояния «0» в состояние «1»:

32)32) Определяем время задержки выключения для Определяем время задержки выключения для : :

нс (31)

31)31) Используя (28) и (29) определяем время задержки Используя (28) и (29) определяем время задержки распространения при выключении:распространения при выключении:

5,86,19,6наррас1,0

зд.р ttt

нс22/42/1,0вх t

нс (33)

нс (32)

33)33) Определяем среднюю задержку распространения:Определяем среднюю задержку распространения:

9,829,61,0вхрас

0,1зд ttt

9,72/)3,75,8(2/)( 0,1зд.р

1,0зд.рзд.р.ср ttt

мА 4484

)3,07,03,05(

4

)( 2.д2.ипкз

R

UUUUI насТкэнасТкэ

15810*9,7*10*20 93...пер сррздсрп tРА пДж

(34)

34)34) Определяем работу переключения:Определяем работу переключения:

35) 35) Определяем динамическую мощность (Определяем динамическую мощность (fftt=500=500мГц, СмГц, Ск2к2=4пФ,=4пФ,rrк2к2=10 Ом, =10 Ом, ffпп==8МГц, С8МГц, Сэ1э1=2пФ, С=2пФ, Сэ3э3=4пФ, С=4пФ, Сб3б3=1пФ, С=1пФ, Ск1к1=2пФ, С=2пФ, Ск2к2=4пФ,=4пФ,СС22=4пФ, С=4пФ, Ск3к3=4пФ, С=4пФ, Сп.выхп.вых=8пФ):=8пФ):

*ип

*ип

к2к2к2насТ2 2

*4

2)]4([

UU

UU

rR

RrRСt T

нс3,010*500*14,3*2

1)2/(1

6 TT f

нс 2,77,0*25

7,05*

1084

840)]1084(10*410*3,0[ 129

насТ2

t

]/))((

))((

2)()[(

насТ22раскз

01нп.выхкз

*2к2к1

*10

*б3э3э1пдин

ttIUUССС

UUССС

UССUСССfUР

ип

ип

мВт 1,9]2,7/9,6*44,0)3,06,3)(3084(

)7,05)(442(

4,1*65)142[(10*10*8*5

2

126дин

Р

мВт 1,291,920динп.ср РРP

(35)

36)36) Определяем полную мощность потребления элемента в Определяем полную мощность потребления элемента в статическом и динамическом режиме:статическом и динамическом режиме:

(36)

БАЗОВЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ СЕРИЙ БАЗОВЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ СЕРИЙ ЭМИТТЕРНО-ЭМИТТЕРНО-СВЯЗАННОЙ ЛОГИКИСВЯЗАННОЙ ЛОГИКИ

► Основные характеристики и параметры.Основные характеристики и параметры. Интегральные Интегральные элементы эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) — змиттерно-элементы эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) — змиттерно-связанная транзисторная логика (ЭСТЛ) или связанная транзисторная логика (ЭСТЛ) или переключатели тока транзисторной логики (ПТТЛ)—переключатели тока транзисторной логики (ПТТЛ)—относятся к потенциальным элементам: 1 и 0 в относятся к потенциальным элементам: 1 и 0 в потенциальной системе представляются в виде потенциальной системе представляются в виде потенциалов, т. е. напряжений того или иного знака. В потенциалов, т. е. напряжений того или иного знака. В настоящее время промышленностью выпускается настоящее время промышленностью выпускается несколько серий элементов ЭСЛ (например, К137, К187, несколько серий элементов ЭСЛ (например, К137, К187, К229, 100, К500, 500 и др.), обладающих функциональной и К229, 100, К500, 500 и др.), обладающих функциональной и технической полнотой, т. е. обеспечивающих выполнение технической полнотой, т. е. обеспечивающих выполнение любых арифметических и логических операций, а также любых арифметических и логических операций, а также хранение, вспомогательные и специальные функции.хранение, вспомогательные и специальные функции.

Логика работы. На рис. 3.5 приведена принципиальная электрическая схема элемента ЭСЛ с напряжением питания Uип=—5 В. В зависимости от способа кодирования входной информации («1» и «0») одна и та же схема (рис. 3.5) может реализовать либо функции ИЛИ-НЕ, ИЛИ для положительной логики, либо функции И-НЕ, И для отрицательной логики.

рис. 3.5

Х1

Д1

R1

T1

UИП

Y1

R2 R5

T4

T5

T2 T3

T6

T7

R6 R7R8R4R3RБRБRБ

Х3

Х2

Д2

А

В

UОП

Y2

► Положительная логика. Положительная логика. На рис. 3.6На рис. 3.6 показано условное показано условное графическое обозначение базового элемента ЭСЛ на графическое обозначение базового элемента ЭСЛ на функциональных схемах, где функциональных схемах, где Х1, Х2, … ХХ1, Х2, … Хn n — — входы; входы; y1y1 — — инверсный выход; инверсный выход; у2у2—прямой выход. Минимальное число —прямой выход. Минимальное число входов равно двум. Элемент реализует для входов равно двум. Элемент реализует для «положительной логики» одновременно функции ИЛИ-НЕ «положительной логики» одновременно функции ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса) по выходу (стрелка Пирса) по выходу у1 у1 и функцию ИЛИ и функцию ИЛИ (дизъюнкция) по выходу (дизъюнкция) по выходу у2. у2.

рис. 3.6рис. 3.6

1X1

X2

X3

Xi

Xn

Y1

Y2

Логическое уравнение Логическое уравнение работы элемента, работы элемента, составленное по таблице составленное по таблице записывается в виде:записывается в виде:

Знак плюс соответствует Знак плюс соответствует дизъюнкции, т. е. дизъюнкции, т. е. логическому сложению.логическому сложению.

3212 xxxy

00 00 00 11 00

00 00 11 00 11

00 11 00 00 11

00 11 11 00 11

11 00 00 00 11

11 00 11 00 11

11 11 00 00 11

11 11 11 00 11

1x 2x 3x 2y1y

Логика работы элемента на три входа для представлена таблицей состояний:

3211 xxxy

Отрицательная логика. Отрицательная логика. На рис. 3.7На рис. 3.7 показано условное показано условное графическое обозначение базового элемента ЭСЛ на графическое обозначение базового элемента ЭСЛ на функциональных схемах для отрицательной логики. функциональных схемах для отрицательной логики.

Рис. 3.7Рис. 3.7

&X1

X2

X3

Xi

Xn

Y1

Y2

Логическое уравнение Логическое уравнение работы элемента, работы элемента, составленное по таблице составленное по таблице записывается в виде:записывается в виде:

Таким образом, по выходу Таким образом, по выходу y1y1 реализуется функция реализуется функция И-НЕ, а по выходу И-НЕ, а по выходу y2 – y2 – функция И.функция И.

3212 xxxy

00 00 00 11 00

00 00 11 11 00

00 11 00 11 00

00 11 11 11 00

11 00 00 11 00

11 00 11 11 00

11 11 00 11 00

11 11 11 00 11

1x 2x 3x 2y1y

Логика работы элемента на три входа представлена таблицей состояний:

3211 xxxy


Схема элемента ЭСЛ, показанная на рис. 3.5, состоит из: Схема элемента ЭСЛ, показанная на рис. 3.5, состоит из:

1) дифференциального усилителя (токовый 1) дифференциального усилителя (токовый переключатель), содержащего две ветви, работающие в переключатель), содержащего две ветви, работающие в ключевом режиме (первая ветвь на транзисторах ключевом режиме (первая ветвь на транзисторах Т\...Т3; Т\...Т3; вторая — на транзисторе Т4; транзисторы работают в вторая — на транзисторе Т4; транзисторы работают в активной области и не входят в состояния насыщения; активной области и не входят в состояния насыщения; обе ветви усилителя связаны эмиттерами через обе ветви усилителя связаны эмиттерами через резисторрезистор R3R3;; источник напряжения питанияисточник напряжения питания UUпипи и и резистор резистор RR3 образуют генератор тока 3 образуют генератор тока IIR3R3; ;

2) источника опорного напряжения на транзисторе2) источника опорного напряжения на транзисторе T5 T5 и и диодиодах дах ДД11 и Д2, обеспечивающих температурную и Д2, обеспечивающих температурную компенсацию измерения тока компенсацию измерения тока IIR3R3;;

3) выходных эмиттерных повторителей на транзисторах 3) выходных эмиттерных повторителей на транзисторах T6, T7T6, T7..

Методика и пример расчета элемента Методика и пример расчета элемента ТТЛ с корректирующей цепочкой.ТТЛ с корректирующей цепочкой.

При рассмотрении методики и примера расчета используется При рассмотрении методики и примера расчета используется принципиальная электрическая схема на рис. 3.принципиальная электрическая схема на рис. 3.8.8.

рис. 3.8рис. 3.8

Х1

R1

T1

UИП

R2

T4

T5

T2 T3

R5

R4R3RБRБRБ

Х3Х2

В

UОП

у2

A Б

C1

C2

C1

C2

IЭТ5

IH5

IR5

IбТ5

Uвых 2 Kраз 2

IКТ4

IЭТ4

IбТ6

Iвх

Iн1

IЭТ6

IR6

аб

Uвых 1

Kраз 1

IR1 IR2

T6


ипU

разКобК

-5 В – напряжение питания

3 – коэффициент объединения по входу


B 30 – коэффициент усиления транзисторов в статическом режиме


срР 80 мВт – мощность потребления

00вых

0вх UUU -1,6 В – апряжение «0»

-0,8 В – напряжение логической «1» 11вых

1вх UUU

гf 800 МГц – граничная частота усиления транзисторов

0,1вxt 3 нс – время перехода из состояния «0» в состояние

«1»

ДбэТнбэТ* UUUU 0,7 В - падение напряжения на открытом

p-n-переходе транзисторов и диодов

T 20 С – температура окружающей среды

1,0вхt 2 нс – время перехода из состояния «1» в состояние

«0»

РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВРАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ1) 1) Зададим отношение Зададим отношение RRкк/R/Rэп эп ==00,,3 и определяем:3 и определяем:

RRэп эп = R= Rкк//00,,33 (1) (1)

2) 2) Задаемся необходимыми отношениями и определяем:Задаемся необходимыми отношениями и определяем: RRкк=R1=R2=R1=R2 R3=RR3=Rэп; эп; R4=3RR4=3Rк; к; RR55=R=Rк;к; RR66=R=R7=7=RRэп; эп; RR8=8=RRэп;эп;

Ом 365к])1(3

)(

7685

2

4к

)([

*1ип

раз

1ип

0ип

*ип

0ип

01

ср

RВR

UUUК

R

UU

R

UU

RR

UU

R

UU

R

UUUР ип

(2)

(3)

3) Используя (1) и (2) находим Rк:

44)) Из (1)Из (1), , (2) и (3) находим все сопротивления:(2) и (3) находим все сопротивления:

R1=R2=R5=0,365 R1=R2=R5=0,365 кОмкОмRR33=R6=R7=R8=R=R6=R7=R8=Rкк/0,3=1,2 /0,3=1,2 кОмкОмR4=3*RR4=3*Rкк=1 =1 кОмкОм (4) (4)

5)5) Определяем входной ток логической «1» (через каждый Определяем входной ток логической «1» (через каждый открытый эмиттерный переход)открытый эмиттерный переход)::

(5)(5)

6)6) Определяем входной ток логического «0» через Определяем входной ток логического «0» через сопротивление в цепи базы закрытого транзистора сопротивление в цепи базы закрытого транзистора ((RRББ=50 кОм)=50 кОм)::

(6) (6)

)]1(3/[)( ипбэТ11вх

1вх BRUUUI

мА 032,010*50

6,1/

3Б0вх

0вх

RUI

мА 09,0)]301(10*2,1/[))5,0(7,08,0( 31вх I

)(5,0 0вых

1вых

1пор UUUU

(7)

8)8) Определяем ширину активной зоныОпределяем ширину активной зоны::

ширина активной зоны практически не зависит от параметров схемы, поэтому возьмем 0,15 В ширина активной зоны практически не зависит от параметров схемы, поэтому возьмем 0,15 В В 2,0...13,04,4вх TU

(9)

9)9) Определяем логический перепадОпределяем логический перепад::

7)7) Определяем напряжение порога переключенияОпределяем напряжение порога переключения::

B 2,1))6,1(8,0(5,08,0пор U

В 8,0)6,1(8,00вых

1выхл UUU

мА 8,31000

)2,1(5

4пор

оп1

R

UUI ип

B 325,0)15,08,0(5,0)(5,0 вхлпп UUUU

мА 83,210*2,1

)6,1(5

6 3

0ип

эп1

R

UUI

(12)

10)10) Определяем напряжение статической помехоустойчивости по Определяем напряжение статической помехоустойчивости по уровню «0» и «1»уровню «0» и «1»::

(10)

11)11) Определяем ток логической части элементаОпределяем ток логической части элемента::

мА 19,2365

8,0

к

лл

R

UI (11)

12)12) Определяем токи эмиттерных повторителей:Определяем токи эмиттерных повторителей:

13)13) Определяем токи источника опорного напряжения:Определяем токи источника опорного напряжения:

мА 3,510*09,0*2010*2,1

)8,0(5

73

31

раз

1ип

эп2

вхIК

R

UUI

эп2эп1оп2оп1л1п

0п IIIIIII

мВт 65,40)3,583,2(5)( эп21эпипэп IIUР

мА 3,210*)2,1365,0(

7,0*25

85

23

*ип

оп2

RR

UUI

14)14) Определяем общий ток, потребляемый элементом в Определяем общий ток, потребляемый элементом в состоянии «0» («1»):состоянии «0» («1»):

(13)

(14)

15)15) Определяем мощность потребления логической части Определяем мощность потребления логической части элемента:элемента:

16)16) Определяем мощность потребления эмиттерными Определяем мощность потребления эмиттерными повторителями:повторителями:

мВт 95,10)19,2(*5липл IUР (15)

(16)

мА 42,163,583,23,28,319,21п

0п II

мВт 1,825,3065,4095,10опэплср РРРРP

мВт 5,30)3,28,3(5)( оп2оп1ипоп IIUР

89раз1 К

(17)

17)17) Определяем мощность потребления источником опорного Определяем мощность потребления источником опорного напряжения:напряжения:

(18)

18)18) Определяем суммарную мощность потребления элементом Определяем суммарную мощность потребления элементом (одинаковая для состояний «1» и «0»):(одинаковая для состояний «1» и «0»):

76раз2 К

19)19) Определяем коэффициенты разветвления:Определяем коэффициенты разветвления:

20)20) Определяем входное сопротивление элемента, когда на входе Определяем входное сопротивление элемента, когда на входе действует напряжение логического «0»:действует напряжение логического «0»:

кОм 500вх бRR

(20)

Ом 65,112,1)301/(365,0

)301/(2,1*365,00вых

R

кОм 2,371200)301(3)1(1вх RBR (21

)

(22)

21)21) Определяем входное сопротивление элемента, когда на входе Определяем входное сопротивление элемента, когда на входе действует напряжение логической «1»:действует напряжение логической «1»:

(23)

6)1/(1

)1/(610вых RBR

BRRR

22)22) Определяем выходное сопротивление элемента, когда на выходе Определяем выходное сопротивление элемента, когда на выходе действует напряжение логического «0»:действует напряжение логического «0»:

Ом 65,116)1/(1

)1/(611вых

RBR

BRRR

23)23) Определяем выходное сопротивление элемента, когда на выходе действует Определяем выходное сопротивление элемента, когда на выходе действует напряжение логической «1» (сопротивление тоже что и для (22)):напряжение логической «1» (сопротивление тоже что и для (22)):


24)24) Определим собственное время переключения тока в Определим собственное время переключения тока в транзисторе: транзисторе:

кпФ 322302п2 ССС н

пФ 11)130/(212*)14(1 C

нс 2,010*800*14,3*2

1

2

16

T

T f

)1/()1М( 2п11 BСССC к

(24)(24)

25) 25) Определим эквивалентную емкость на коллекторах Определим эквивалентную емкость на коллекторах транзисторов, если Странзисторов, если Снн=30 пФ, С=30 пФ, Сп1п1=1 пФ, С=1 пФ, Скк=2 пФ, С=2 пФ, Сп2п2=2 пФ, М=4:=2 пФ, М=4:

(25) (25)

26)26) Определим :Определим :

нс 410*11*10*365,011 123 CRк (26) (26)

нс 4,3810*32*10*2,126 123 CRc (27)

27)27) Определяем :Определяем :

29)29) Определяем время нарастания:Определяем время нарастания:

(28)

28)28) Определяем время спада:Определяем время спада:

(30)

нс 97,32,0*257,320,1зд.р Tctt

нс 8,22ln42lnнар кt

30)30) Определяем задержку распространения при Определяем задержку распространения при включении:включении:

c

)/(5,0 *ипл UUUt cc

нс 57,3)7,05/(8,0*5,0*4,38 ct

(29)

нс 2,32,0*28,22нар1,0

зд.р Ttt

нс 4,62,3*22 нар1,0 tt

33) 33) Определяем время перехода из состояния «1» в состояние Определяем время перехода из состояния «1» в состояние «0»:«0»:

(32)

32)32) Используя (30) и (31) определяем среднюю задержку Используя (30) и (31) определяем среднюю задержку распространения:распространения:

(34)

(33)нс 14,757,3*22 c1,0 tt

нс 59,32/)2,397,3(2/)( 0,1зд.р


(31)

31)31) Определяем задержку распространения при Определяем задержку распространения при выключении:выключении:

34)34) Определяем время перехода из состояния «0» в состояние Определяем время перехода из состояния «0» в состояние «1»:«1»:

нс 9,12,0*23*5,025,0 0,1вх

0,1зд Ttt

(36)

(35)

35)35) Определяем время задержки включения:Определяем время задержки включения:

36)36) Определяем время задержки выключения:Определяем время задержки выключения:

нс 4,12,0*22*5,025,0 1,0вх

1,0зд Ttt

пДж 7,29410*59,3*10*1,82 93..пер сррздсрtРА (37)

37)37) Определяем работу переключения:Определяем работу переключения:

БАЗОВЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ СЕРИЙ БАЗОВЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ СЕРИЙ НА КМДП- НА КМДП-ТРАНЗИСТОРАХТРАНЗИСТОРАХ

► Основные характеристики и параметры.Основные характеристики и параметры. Основные серии Основные серии элементов на комплементарных (КМДП) транзисторах элементов на комплементарных (КМДП) транзисторах (элементах с дополнительной симметрией; на дополняющих (элементах с дополнительной симметрией; на дополняющих транзисторах; на транзисторах с разными типами транзисторах; на транзисторах с разными типами проводимости; на комплементарной структуре) относятся к проводимости; на комплементарной структуре) относятся к потенциальным элементам.потенциальным элементам.

► В настоящее время промышленностью выпускаются В настоящее время промышленностью выпускаются несколько разновидностей серий на КМПД-транзисторах, в несколько разновидностей серий на КМПД-транзисторах, в том числе 164, К176, К564, 764, 765. том числе 164, К176, К564, 764, 765.

► Эти серии обладают функциональной и технической Эти серии обладают функциональной и технической полнотой, т. е. обеспечивают выполнение любых полнотой, т. е. обеспечивают выполнение любых арифметических и логических операций, а также хранение, арифметических и логических операций, а также хранение, вспомогательные и специальные функции.вспомогательные и специальные функции.

► Цифровые интегральные схемы на КМДП-транзисторах Цифровые интегральные схемы на КМДП-транзисторах — наиболее перспективные. Мощность потребления в — наиболее перспективные. Мощность потребления в статическом режиме ЦИС составляет десятки нановатт, статическом режиме ЦИС составляет десятки нановатт, быстродействие — более 10 МГц. быстродействие — более 10 МГц.

► Среди ЦИС на МДП-транзисторах ЦИС на КМДП-Среди ЦИС на МДП-транзисторах ЦИС на КМДП-транзисторах обладают наибольшей транзисторах обладают наибольшей помехоустойчивостью: 40...45 % от напряжения помехоустойчивостью: 40...45 % от напряжения источника питания. Отличительная особенность ЦИС на источника питания. Отличительная особенность ЦИС на КМДП-транзисторах — также высокая эффективность КМДП-транзисторах — также высокая эффективность использования источника питания: перепад выходного использования источника питания: перепад выходного напряжения элемента почти равен напряжению напряжения элемента почти равен напряжению источника питания. источника питания.

► Такие ЦИС не чувствительны к изменениям напряжения Такие ЦИС не чувствительны к изменениям напряжения питания. В элементах на КМДП-транзисторах питания. В элементах на КМДП-транзисторах полярности и уровни входных и выходных напряжений полярности и уровни входных и выходных напряжений совпадают, что позволяет использовать совпадают, что позволяет использовать непосредственные связи между элементами.непосредственные связи между элементами.

Логика работы. Основными логическими элементами указанных серий являются элементы И-НЕ; ИЛИ-НЕ, а базовым логическим элементом, на основе которого реализованы элементы И-НЕ; ИЛИ-НЕ, — инвертор (элемент НЕ) на КМДП-транзисторах.

•Инвертор реализует операцию логическое отрицание, т. е. инверсию, и представляет собой двоичный логический элемент, на выходе которого «1» имеет место в том случае, если на входе имеется «0».

•Логика работы инвертора представлена таблицей истинности:XX YY

00 11

11 00

На рис 3.9 показано условное графическое На рис 3.9 показано условное графическое обозначение инвертора на функциональных схемах.обозначение инвертора на функциональных схемах.

рис. 3.9рис. 3.9

Логическое уравнение работы элемента имеет вид:Логическое уравнение работы элемента имеет вид:

xy

1X Y


На рис. 3.10 приведена принципиальная электрическая схема На рис. 3.10 приведена принципиальная электрическая схема инвертора на КМДП-транзисторах со схемой защиты. инвертора на КМДП-транзисторах со схемой защиты.

рис. 3.10рис. 3.10

Д1 Д2

Д3

R1

T1(p)

T2(n)

Х

Сп

с

сп

п

и

и+-

yЗ

► Транзисторы Т1, Т2Транзисторы Т1, Т2 имеют индуцированные каналы имеют индуцированные каналы соответственно соответственно pp- - и и nn-типов. Транзистор -типов. Транзистор nn-типа подключен -типа подключен к нулевому потенциалу (к «земле»), а транзистор р-типа к к нулевому потенциалу (к «земле»), а транзистор р-типа к положительному источнику питания. положительному источнику питания.

► Подложки Подложки nn каждого из транзисторов соединены с их каждого из транзисторов соединены с их истоками истоками uu, что предотвращает открывание p-n-переходов. , что предотвращает открывание p-n-переходов.

► Затворы в обоих транзисторах объединены и на них Затворы в обоих транзисторах объединены и на них подается положительный входной сигнал. Выходной подается положительный входной сигнал. Выходной отрицательный сигнал снимается с объединенных стоков с отрицательный сигнал снимается с объединенных стоков с транзисторов.транзисторов.

Методика и пример расчета элемента Методика и пример расчета элемента ТТЛ с корректирующей цепочкой.ТТЛ с корректирующей цепочкой.При рассмотрении методики и примера расчета используется При рассмотрении методики и примера расчета используется принципиальная электрическая схема на рис. 3.принципиальная электрическая схема на рис. 3.1111..

рис. 3.11рис. 3.11


ипU

разК

обК5 В – напряжение питания

2..4 – коэффициент объединения по входу (И-НЕ)



0U 0 В – напряжение логического «0»

5 В – напряжение логической «1»1U

перf 5 МГц – рабочая частота переключения

обК 2..10 – коэффициент объединения по входу (ИЛИ-НЕ)

порnU 2 В – напряжение порога переключения транзистора n-типа

pU пор -1,5 В – напряжение порога переключения транзистора p-типа

T 20 С – температура окружающей среды

nК 0,3 мА/ – удельная крутизна транзисторов n-типа

2B

pК 0,2 мА/ – удельная крутизна транзисторов p-типа

2B

РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВРАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ1) 1) Проверяем условие выполнения «нормальной» работы Проверяем условие выполнения «нормальной» работы

схемы:схемы:

2) 2) Уровни напряжений логических «0» и «1» (по условию):Уровни напряжений логических «0» и «1» (по условию):

3)3) Определяем напряжение логического перепада:Определяем напряжение логического перепада:

pn

ppn

KK

UUKUKU

)( пориппорn

п

В 501л UUU

(2)

(3)

4) Определяем напряжение порога переключения:

иппорпор || UUU np

В 52|5,1| (1)

В 00 U В 5 1 U



B 7,22,03,0

)5,15(2,02*3,0п

U

В 7,2пп UU

(4)

(5)

В ,32 7,25пипп UUU

В 1,0п U

(6)

7) Ширина зоны неопределенности (задана):

(7)

8) Определяем токи, потребляемые элементом (в статическом состоянии инвертор не потребляет ток от источника питания):

мА 01п

0п II (8)

Вт 0пст IUР ип (9)

10)10) Коэффициент разветвления на выходе Коэффициент разветвления на выходе::

(11)

11) 11) Входное сопротивление элемента для состояний «0» и «1» на входеВходное сопротивление элемента для состояний «0» и «1» на входе::

Так как входной ток примерно равен «0», то входное сопротивление должно быть весьма большимТак как входной ток примерно равен «0», то входное сопротивление должно быть весьма большим

9)9) Определяем мощность потребления элементаОпределяем мощность потребления элемента::

Ом 10...10 108вх R

(12)

20раз К (10)

Ом 10...10/ 65выхвыхвых IUR

12)12) Выходное сопротивление элемента для состояний «0» и «1» на Выходное сопротивление элемента для состояний «0» и «1» на выходевыходе::


13)13) Определим общую паразитную емкость на выходе схемы Определим общую паразитную емкость на выходе схемы (Сз-к (Сз-кnn=0=0,5,5 пФ, пФ, СзСз-cn-cn=0,5 пФ, Сз-и=0,5 пФ, Сз-иpp=0=0,5,5 пФ, Сми=1,5 пФ, Сн=10 пФ, Сми=1,5 пФ, Сн=10 пФ):пФ):

нмииp-зcn-зкn-зп СССССС (13)(13)

(14) (14)

пФ 13105,15,05,05,0п С


B 5,15,125||U

U*

8,0

порпорnиппор

2пор

ипп1,0

p

n

UUU

K

UСt

нс 775,1*10*3,0

5*10*13*8,023

121,0

t

B 5,15,125||U

U*

8,0

порпорnиппор

2пор

ипп0,1

p

p

UUU

K

UСt

нс 8,28)25(10*3,0

10*13*2

)(

23

12

порипn

п

nn UUK

С (15)

15)15) Определяем :Определяем :

(16)

16)16) Определяем время задержки распространения при включении:Определяем время задержки распространения при включении:

(17)


n

нс 2225

)7,25(8,28)(

порnип

пип0,1.

UU

UUt n

рзд

(29)

нс 1155,1*10*2,0

5*10*13*8,023

120,1

t

нс 5,282,0*28,25,15

7,2*37

|| порип

п1,0зд.р

p

p

UU

Ut

мВт 6,15*10*13*10*5 21262ипппердин UСfР

19)19) Определяем время задержки распространения при Определяем время задержки распространения при выключении:выключении:

(19)

(21)

(20)нс 2,252\)5,2822(2\)( 0,1зд.р


20)20) Определяем среднюю задержку распространения из Определяем среднюю задержку распространения из (16) и (19):(16) и (19):

21)21) Определяем динамическую мощность потребления:Определяем динамическую мощность потребления:

нс 37)5,15(10*2,0

10*13*2

|)|(

23

12

порипp

п

pp UUK

С (18)

18)18) Определяем :Определяем :p

СТРУКТУРА ПРЕЗЕНТАЦИИ:

Documents