Материал: Физические основы и схемотехника электронных устройств автоматики. Гиоргадзе А.L., Кириллов Ю.В

МЭТ (VT1) можно представить в виде диодной матрицы и тогда часть схемы (рис. 3.32) примет вид:

Рис. 3.32

При поступлении на все входы x1 x2 .....xn U (лог. 1) в точ-

ке А будет высокий потенциал U (лог. 1). Следовательно, на базе VT2 также будет U . Каскад на транзисторе VT2 является эмиттерным повторителем с нагрузкой VT4, то есть и в точке С (рис. 3.32) будет U . Этот потенциал введет транзистор VT4 в насыщение. Значит на коллекторе VT4, то есть на выходе ЛЭ (y) будет потенциал U 0 (лог.0).

Рассмотрим работу схем (рис. 3.31, 3.32) в случае подачи на входы x1 x2 .....xn хотя бы одного сигнала U 0 (лог. 0). При этом в

точках А и С будет U 0 (лог. 0), а потому VT4 закрыт. В точке В (рис. 3.31) будет U (лог. 1), но каскад на транзисторе VT3 также является эмиттерным повторителем, а это значит, что на эмиттере VT3 (выход y) будет U (лог. 1).

При выбранной системе кодировки схема (рис. 3.31) является схемой И – НЕ на n входов.

Влияние диода VD1 (рис. 3.31) сводится к поддержанию устойчивых состояний транзисторов VT3 и VT4.

Промышленность выпускает логический расширитель, который представляет собой часть структуры ТТЛ – элемента и может подключаться к нему в точках К и Э (рис. 3.33)

66

К классу КМОП относятся, в частности, микросхемы серий К176, К564, 764, 765. Мощность потребления схем составляет десятки нановатт, быстродействие более 10 МГц.

Типовые значения напряжений логических 1 и 0, а также питания соответственно равны U 8,2В , U 0 0,3В , Епит 9В .

По существу КМОП – элемент (рис. 3.34) представляет собой делитель напряжения Епит источника питания.

Рис. 3.34

Одно плечо делителя составляют транзисторы VT1, VT2, VT3 (коммутирующие, или управляющие), другое – транзисторы VT4, VT5, VT6 (нагрузочные). В силу разной проводимости каналов транзисторов логический сигнал на входе запирает один из управляющих транзисторов и отпирает нагрузочный транзистор, или наоборот.

Например, при подаче входных сигналов x1 1,

x2 x3 0 транзистор VT1 открывается и сопротивление плеча из

управляющих транзисторов уменьшается. Одновременно запирается VT4 и сопротивление плеча, состоящего из нагрузочных транзи-

сторов, становится большим – большая часть напряжения Епит падает на нагрузочных транзисторах и на выходе элемента – потенциал U 0 (лог.0).

68

ляющие транзисторы заперты, а нагрузочные открыты и на выходе элемента – U (лог. 1). Данный КМОП – элемент реализует функцию ИЛИ – НЕ.

3.5.3. Параметры логических элементов

Коэффициент объединения по входу (Коб) равен числу логических входов элемента. На них поступают логические переменные, над которыми данный логический элемент осуществляет логическую операцию. Таким образом, коэффициент Коб ограничивает наибольшее число переменных функции, которую можно выполнить на одном элементе. При недостаточном количестве входов вместо одного приходится использовать несколько элементов, соединяя их определенным образом. Следовательно, устройство можно выполнить на меньшем количестве элементов, если они обладают большим коэффициентом Коб.

Коэффициент разветвления по выходу (Краз) численно равен количеству входов аналогичных элементов, которыми можно загрузить выход данного элемента. Этот коэффициент характеризует нагрузочную способность элемента и определяется структурой его выходного каскада. Чем больше коэффициент Краз, тем меньше количество элементов требуется для выполнения устройства.

Быстродействие (tз) обычно оценивают полусуммой задержек перепадов на выходе элемента относительно входных перепадов, переключающих его из состояния 1 в состояние 0 и обратно.

При этом каждая задержка измеряется между серединами перепадов.

Помехоустойчивость оценивается наибольшим напряжением помехи Uпом, действующей на входе, которое не вызывает ложного переключения элемента из 1 в 0 или наоборот. Помехоустойчивость логического элемента можно оценить по передаточной характеристике – зависимости выходного напряжения от входного.

Кроме приведенных параметров логический элемент характеризуется, в частности, уровнями логических 1 и 0 (U1 и U0), потребляемой мощностью и напряжением питания.

В таблице сведены параметры элементов серий 155 (ТТЛ), 531 (ТТЛШ), 100 (ЭСЛ), 561 (КМОП).

69

3.6.Формирователи импульсных сигналов

Вимпульсной и цифровой технике применяются цепи и устройства, формирующие напряжения одной формы из напряжения другой. Такую задачу можно решить используя линейные и нелинейные элементы.

Воснову формирования импульсов с помощью линейных цепей положен принцип изменения формы входного напряжения, если линейная цепь содержит частотно – зависимый элемент (конденсатор, индуктивная катушка).

Внелинейных цепях форма входного напряжения изменяется, так как ток через нелинейный (диод, транзистор) не пропорционален приложенному напряжению.

С помощью формирователей получают остроконечные и пилообразные импульсы, импульсы трапецеидальной формы, короткие прямоугольные импульсы. Свойства линейных цепей с частотно – зависимыми элементами используются при построении дифференциальных и интегрирующих цепей и узлов, а свойства

70