Микросхемы ТТЛ серий с открытым коллектором

Для расширения функциональных возможностей у отдельных микросхем выходы выполнены так, что верхний выходной транзистор и относящиеся к нему элементы отсутствуют. Такие логические элементы называют элементами со свободным (открытым) коллектором (рис. 9.18).

Верхний транзистор обычной транзисторной выходной пары отсутствует, а вывод имеет коллектор нижнего транзистора VТ3. Если хотя бы один из входных сигналов равен 0, транзистор VТ3 закрыт, на выходе схемы формируется напряжение низкого уровня. Такой выходной каскад не способен сам по себе сформировать на выходе высокий уровень напряжения. На практике коллектор транзистора VТ3 такой микросхемы подключается внешним монтажом к дополнительному источнику напряжения через нагрузочное сопротивление. Нагрузочным сопротивлением может быть резистор, реле, элементы индикации (светодиод, лампа накаливания), коаксиальный кабель, вход усилителя мощности и др. Напряжение, к которому подключается внешняя нагрузка, может значительно превышать напряжение питания микросхемы.

Микросхемы с открытым коллектором позволяют:

– быть переходным звеном от логической части устройства к элементам вывода информации, т.е. используются для управления внешними устройствами;

– обеспечить реализацию дополнительной логической функции при непосредственном соединении между собой выходов нескольких микросхем.

Объединение выходов нескольких функциональных узлов называют монтажной (проводной) логикой. При таком соединении, если на выходе одного или нескольких элементов будет низкий потенциал (логический 0 в положительной логике), то низкий потенциал будет на выходе всей схемы. При наличии логической единицы на всех выходах на общей объединенном выходе будет значение логической единицы. Параллельное подключение нескольких открытых коллекторов к общей нагрузке создает систему, выполняющую логическую операцию И (монтажное И)

. (9.25)

Каждый из логических элементов в свою очередь выполняет логическую операцию И–НЕ

; . (9.26)

Следовательно, выходная логическая функция системы

. (9.27)

При работе схем с монтажной логикой необходимо учитывать, что каждый компонент схемы утрачивает самостоятельность и действует как элемент общей системы. Графическое представление рассмотренной функции представлено на рис. 9.18,б, в. Включение логических выходов на общую нагрузку (монтажная логика) условно изображается в виде логического элемента, выполняющего соответствующую логическую функцию (рис. 9.18,б). А то, что это не реальная микросхема, а способ соединения выводов, к символу выполняемой операции добавляется условный знак – à (ромб) в поле микросхемы или в точке соединения выводов (рис. 9.18,в). Примерами элементов с открытым коллектором являются микросхемы К155ЛА7; К155ЛА11.

Подавая разные значения напряжения питания в схемах с открытым коллектором, можно получать разные уровни выходного сигнала. Это позволяет осуществлять согласование микросхем серии ТТЛ с другими сериями, имеющими другие значения логических нулей и единиц, не используя дополнительных преобразователей уровней.

Максимальное число объединяемых элементов и максимальное значение R_{н макс} ограничиваются соотношением значения этого сопротивления и токов утечки выходных транзисторов. Когда все транзисторы закрыты, падение напряжения на R_н от суммарного тока утечки не должно снижать высокий уровень на выходе ниже допустимого (рис. 9.19,а). R_{н мин} ограничено максимально допустимым током открытого выходного транзистора (рис. 9.19,б).

Сопротивление R_{н макс} находят из условия обеспечения большого выходного напряжения (рис. 9.19,а)

, (9.28)

где K_{об вых} – число объединенных выходов;

I_{ут вых} – ток утечки на выходе;

R_{об вх} – число подключенных входов.

Минимальное сопротивление R_{н мин} находят из условия получения минимального выходного напряжения – логического нуля (рис. 9.19,б)

, (9.29)

где – максимальный допустимый выходной ток одного элемента при обеспечении логического нуля на его выходе.

Конкретное значение R_н выбирают из условия требуемого быстродействия при наименьшей потребляемой мощности. Максимальное быстродействие достигается тогда, когда R_н близко к минимальному значению. С повышением R_н увеличивается время заряда паразитных емкостей при высоком уровне выходного напряжения, и уменьшается потребление тока при низком уровне.