Эмиттерно-связанная логика

Работа схемы ТТЛ основана на использовании режима глубокого насыщения тран­зистора, который характеризуется накоплением зарядов в базовой и коллекторной областях транзистора. Для рассасывания этих зарядов при переходе в закрытое состояние требуется некоторое время, что ограничивает быстродействие схемы. В схеме эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) транзисторы не переходят в режим глубокого насыщения, благодаря чему повышается быстродействие (). Основу схемы ЭСЛ составляет переключатель тока (рис. 8.22, а). Схема напоми­нает дифференциальный каскад, у которого ко второму входу подключен источ­ник постоянного напряжения Е_о, называемого опорным. Источник стабильного тока обеспечивает ток I₀, соответствующий нормальному активному режиму.

Если и_вх = E₀, то оба транзистора открыты и через каждый протекает ток . Напряжение на эмиттерах . Известно, что в активном режиме ток коллектора очень сильно зависит от напряжения u_б-э:

Согласно этой формуле изменение u_б-э на величину (60 мВ при Т= 25°С) приводит к изменению коллекторного тока на порядок. Поэтому, если напря­жение на входе станет меньше Е₀ на величину , то напряжение тоже уменьшится, что приведет к резкому уменьшению тока i_к1 (рис. 8.22, б), а так как суммарный ток транзисторов задан генератором тока I₀, то ток i_к2 возрастает, то есть произойдет переключение тока в правое плечо схемы. Транзистор VT₁ будет закрыт, и на первом выходе установится напряжение высокого уровня ;транзистор VT₂ будет открыт, и на втором выходе установится напряжение низ­кого уровня . Однакотранзистор VT₂ не перейдет в режим насыщения, так как его ток задается генератором тока I₀, величина которого меньше тока насыще­ния транзистора. Если напряжение на входе увеличить относительно величины Е₀ на , то произойдет переключение тока в левое плечо схемы. Таким образом, для переключения тока I₀ из одного плеча в другое достаточно изменить входное напряжение на величину относительно уровня Е₀.

Схема базового элемента ЭСЛ отличается от рассмотренной схемы переключателя тока тем, что она содержит в левом плече не один, а несколько транзисторов, ра­ботающих на общую нагрузку в цепи коллектора. При подаче на любой из входов сигнала происходит переключение тока в левое плечо, а при нали­чии на всех входах сигналов ток переключается в правое плечо. Следовательно, при снятии выходного напряжения с левого плеча схема выполняет операцию ИЛИ—НЕ, а при снятии сигнала с правого плеча — операцию ИЛИ. Принципиальная схема двухвходового элемента ЭСЛ представлена на рис. 8.23, а.

Особенностью схемы ЭСЛ является питание от источника с заземленным плю­сом. Такое включение позволяет повысить помехоустойчивость схемы, так как в этом случае сечение коллекторных шин питания делается большим, что умень­шает их сопротивление. Тогда на коллекторной шине питания броски тока не соз­дают значительного паразитного падения напряжения, которое воспринимается последующим логическим элементом как помеха. Опорное напряжение Е₀ пода­ется на базу VT₂ с цепочки R₂, VD₁, VD₂, R₃.

При цепочечном включении логических элементов выходное напряжение преды­дущего элемента является входным для последующего. При этом последующий элемент не должен переходить в режим насыщения при подаче на его вход логической единицы. С этой целью схема ЭСЛ содержит разделительные эмиттерные повторители VT₃ и VT₄, благодаря которым выходные потенциалы схемы ЭСЛ снижаются на 0,7 В относительно потенциалов коллекторов VT₁ и VT₂. Поскольку эмиттерные повторители обладают низким выходным сопротивлением, то подклю­чение к выходу схемы внешних нагрузок слабо влияет на ее работу. Поэтому ко­эффициент разветвления для элемента ЭСЛ достигает 25. Схематическое изоб­ражение элементов ЭСЛ показано на рис. 8.23, 6. Наличие двух заземляемых выводов (одного непосредственно от логического элемента, другого от коллекторной шины эммитерных повторителей) способствует повышению помехоустойчивос­ти схемы. Временная диаграмма работы схемы ЭСЛ представлена на рис. 8.23, в.