Материал: Методические указания к лабораторным работам 5-8 по курсу «Электроника» для студентов направления Радиоэлектронные системы и комплексы. Краснов Р.П., Володько А.В

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 Исследование работы логического элемента ТТЛ

Цели работы:

1 Углубление теоретических знаний по основам микроэлектроники и цифровой техники.

2 Ознакомление с сигнальными параметрами ТТЛ элементов.

Состав используемого оборудования:

1.Источники питания постоянного напряжения 0...15В.

2.Вольтметры постоянного напряжения.

3.Стенд лабораторный с исследуемым элементом ТТЛ.

4.Соединительные провода.

Подготовительное (домашнее) задание:

1.Записать название, цель работы.

2.Изучить сигнальные параметры и применение логических элементов ТТЛ.

Краткие теоретические сведения Логические элементы (ЛЭ) – это цифровые устройства,

реализующие элементарные логические функции. Они являются базой для создания более сложных цифровых элементов комбинационного типа.

Для разработки корректно функционирующих цифровых устройств необходимо знание характеристик этих элементов.

Принято различать статические и динамические характеристики ЛЭ. Статические определяют работу ЛЭ в установившемся режиме, а динамические – в переходном. Эти характеристики позволяют определить основные параметры ЛЭ: нагрузочную способность, помехоустойчивость, быстродействие и т. д.

Определим основные характеристики логического элемента

19

Коэффициент объединения по входу определяет число входов элемента, предназначенных для подачи логических переменных.

Нагрузочная способность (коэффициент ветвления по выходу) показывает максимальное число элементов, которые можно подключать к выбранному выходу без снижения быстродействия и значимых искажений сигналов.

Быстродействие есть скорость перехода от одного логического уровня к другому. Обычно скорость перехода «0»

– «1» отличается от скорости перехода «1» – «0». Помехоустойчивость характеризует способность ЛЭ

противодействовать заданному виду помех. Различают помеху нулевого сигнала (помеха нуля) и единичного (помеха единицы).

Потребляемая мощность Рпот от источника питания в статическом режиме работы элемента определяется как:

состоянии «0» и «1» соответственно; Еп – напряжение питания. Различают три статических характеристики ЛЭ:

передаточную, входную и выходную.

Передаточная характеристика ЛЭ представляет собой зависимость выходного напряжения ЛЭ от входного:

Uвых = f(Uвх).

Для получения этой характеристики в многовходовых ЛЭ предварительно объединяют входы. При этом входные контакты можно замкнуть накоротко (рис. 7.1, а), что приведет к увеличению входной ёмкости и снижению быстродействия. Более корректно соединение входных контактов с источниками напряжения логического нуля или единицы (рис. 7.1, б). Входная емкость при этом воздействует только на одном из входов, следовательно, быстродействие несколько выше.

20

В основе логического элемента ТТЛ лежит многоэмиттерный транзистор, называемый так потому, что у него в базе сформировано несколько (от 2 од 8) эмиттерных областей. Такой транзистор можно рассматривать как два транзистора, базы и коллекторы которых соединены параллельно.

Когда на все входы многоэмиттерного транзистора VТ1 (рис. 7.3) поданы сигналы логической «1» все эмиттерные переходы входного транзистора закрыты, и ток от источника через резистор R1 и открытый коллекторный переход транзистора VT1 открывает VТ2 до насыщения. При этом открывается до насыщения и транзистор VТ4, обеспечивая низкий уровень выходного напряжения. Транзистор VТ3 в это время закрыт, поскольку напряжение на коллекторе открытого транзистора VТ2 мало. Диод VD1 служит для повышения порога открывания транзистора VТ3.

При наличии хотя бы на одном входе сигнала 0 открывается соответствующий эмиттерный переход входного транзистора, транзисторы VТ2 и VT4 закрываются, а транзистор VT3 открывается. На выходе обеспечивается уровень логической «1». Таким образом, рассмотренный элемент ТТЛ выполняет логическую операцию И - НЕ. Для ограничения тока через открытый транзистор VT3 при коротком замыкании выхода элемента включен резистор R4.

Микросхемы ТТЛШ построены по тем же схемотехническим принципам, что и ТТЛ, но вместо обычного транзистора в них использован транзистор с диодом Шоттки, включенным параллельно коллекторному переходу. Диод Шоттки, открываясь при напряжении 0.2— 0.3В, фиксирует этот уровень напряжения на коллекторном переходе, не позволяя переходу открыться, а транзистору войти в режим насыщения. Поэтому уменьшается время выключения логического элемента.

22