ТТЛШ (быстродействующая схема Шоттки)

Работает на грани насыщения, но не насыщен

Достоинства:

1. Т.к. появились транзисторы Шоттки, то увеличивается быстродействие т.к. транзисторы не входят в режим насыщения.

2. Уменьшаются все сопротивления R увели-чиваются все токи

увеличивается быстродействие.

Недостатки:

1. Уменьшаются все сопротивления R увеличиваются все токи увеличивается мощность,потребляемая от источника питания.

2. Уменьшается помехоустойчивость, т.е. уменьшается

Схема составного транзистора.

Схема с открытым коллектором.

Т₄- мощный транзистор (расчитан на повышенно напряжение)

Он выполняет роль ключа.

Область применения:

1. В индикаторных цепях

2. Реле

3. Монтажное ИЛИ (для создания общей шины)

Т₃ – открыт

большой сквозной ток, который может

привести к непредсказуемым последст-

виям таким образом транзисторы

соединять нельзя!

Т₄ – открыт

Схема с открытым коллектором. Используется в системных шинах, но на шину может работать только одна единственная схема.

Недостатки:

Малое быстродействие (т.к. объединение схем происходит засчет внешнего проводника, а это вызывает большую паразитную емкость (С_н)).

U_вх

U_вых

Схемы с тремя состояниями.

Схема работы: как обычная схема ТТЛ

Управ.	X	Y
U⁰	*	z

Управ.	X	Y
U¹

Управ.

“1”

Управ.	X	Y
U⁰	*	z

Управ.	X	Y
U¹

Управ.

“0”

2. U_упр=U⁰ D_упр – открыт

Т₂, Т₃, Т₄ – закрыты.

T₃

Вых.

T₄

Появилось третье состояние; высокое выходное сопротивление. Если схема подключена к шине, то она ее не нагружает. Схема будет отключена как от источника питания, так и от земли.

Работа ТТЛ на емкостной нагрузке.

x₁x₂

x₃

U_вых

U¹ t_ф¹⁰t_ф⁰¹

I_к4

I_к4.мах

U_кэ4

U₀U₁

Токовые ключи. Элементарно-связанная транзисторная логика.

Токовый ключ.

Особенность данной схемы заключается в том, что транзисторы работают в активной области (не входят в режим насыщения).

В зависимости от

открывается либо

Достоинства:

Ø высокая скорость переключения (самая быстродействующая схема)

Ø транзисторы не входят в режим насыщения, а работают в активной области.

Ø в отличие от предыдущих биполярных транзисторных ключей (БТК)Ю здесь управление осуществляется не со стороны базы, а эмиттерным током со стороны эмиттера.

Ø Транзисторы включены по переменному току по схеме с общей базой, что обеспечивает максимальное быстродействие.

ОЭ

ОБ

Ø маленькие перепады напряжения () малые сопротивления среднее время задержки распространения меньше 1нс.

Недостатки:

В таком виде, как нарисован, переключатель тока использоваться не может, т.к. нет согласования уровней сигналов.

Подадим сигнал с выхода одной схемы на вход другой такой же схемы:

Пусть на входе U⁰

ЭП нужны для: Ø выполнения роли источника смещения (Е_см), который нужен для согласования уровней сигналов (Е_см=U_бэ) Ø r_{вых ЭП}=(1

10) Ом

малое выходное сопротивление

1. Транзисторы

включены параллельно, чтобы была выполнена логика “ИЛИ”. 2. Т₁ и Т₂ - собственно переключа- тель тока. 3. Роль источника тока I₀ выполняет эмиттерное сопротивление R_э. 4. Т₃и Т₄ - эмиттерные повторители (ЭП) 5.

быстрый перезаряд емкостей (малые фронты)

высокая нагрузочная способность.

Логика “ИЛИ”. (Т_1-1, Т_1-2,...., Т_1-_m)

Сравним ТТЛ элементы и ЭСТЛ по уровням :

4.3 «1»

3.6 «0»

2.4 min «1»

0.4 max «0»

Заземляем +Е_п

+Е_п

-Е_п

Передаточная характеристика:

Интегральные логические элементы с инжекционным питанием (И²Л).

Этим элементам нет аналогов на дискретных компонентах. Они являются наиболее совершенной модернизацией логических элементов, схем с логической связью. Прототипом является схема с непосредственной связью транзисторной логики (НСТЛ).

Есть источник I₀, который можно направить во входную цепь транзисторов Т₃ и Т₄ или в выходную цепь транзисторов Т₁ и Т₂

Очень трудно подобрать . Такую схему исполнить на дискретных элементах нельзя; нужно вводить дополнительное сопротивление.

1) КЛ-замкнут

2) КЛ-разомкнут

входной сигнал – входное сопротивление КЛ

выходной сигнал – выходное сопротивление КЛ

1) КЛ – замкнут

потечет через КЛ, Т₁- закрыт.

2) КЛ – разомкнут

отк- рыт,

если Т₁– закрыт, то U_вых =U¹

если Т₁– открыт, то U_вых =U⁰

1) КЛ – замкнут

потечет через КЛ, Т₁- закрыт.

Т₀ – инжекторный транзистор с общей базой Т₁ – ключевой элемент с общим эмиттером, инвертор. Ток I₀ может переключаться с помощью входного сигнала. Если Т_0к – закрыт, то U_вх=U¹ и I₀ замыкается через Т_к. Если Т_0к – открыт, то U_вх=U⁰ и I₀ замыкается через Т_0к. I₀ – источник инжекционного тока I₀.

Особенности вентеля (инвертора):

Ø вентель содержит комплементарную пару: Т₀ (p-n-p) и Т_к (n-p-n).

Ø Энергия, необходимая для преобразования сигнала, поступает от U₀ за счет инжекции неосновных носителей Т₀.

Ø Все эмиттеры МКТ объединены (многоколлекторные транзисторы)

Ø Инвертор И²Л содержит МКТ с открытыми коллекторами. Для выполнения логических операций коллектор Т_к соединяется с другими вентелями, которые служат нагрузкой.

Ø В вентеле И²Л отсутствуют резистивные элементы, т.е. они выполнены по единой технологии, что позволяет увеличить степень интеграции.

В этой схеме можно различить 2 транзистора: Ø Карман, как бы горизонтальный p-n-p транзистор Т₀ (неосновные носители – дырки (Б₀,n) движутся к коллектору К₀ в горизонтальной плоскости). Ø Карман, как бы вертикальный n-p-n транзистор Т_к (электроны из базы Б_к движутся к коллекторам К₁ и К₂).

Структура вентеля И²Л:

Упрощенная схема “ИЛИ-НЕ”.

Таблица истинности:

X₁	X₂	Y

или или

не

Схема “И”.

Таблица истинности:

1. x₁=1

Т₁ – открыт, I₀ замыкается через коллектор Т₁

Т₂ – закрыт

U_вых=U¹ x₂=1

Т₃ – открыт, I₀ замыкается через коллектор Т₃

Т₄ – закрыт

U_вых=U¹ 2. x₁=1

Т₁ – открыт, Т₂ – закрыт, U_вых=U¹ x₂=0

Т₃ – закрыт

I₀ замыкается через Т₄

Т₄ – от- крыт

U_вых=U⁰

Y=0.

X₁

X₂

Реальная схема, реализующая две операции: “ИЛИ-НЕ”,”И”.

Таблица истинности:

X₁	X₂	ИЛИ-НЕ	И

ИЛИ-НЕ И

Условные обозначения:

“ИЛИ-НЕ” “И”

Т₁, Т₂ – закрыты вых1=U¹, ток I₀ пойдет в базы транзисторов Т₃ и Т₄

Т₃ и Т₄ – открыты вых2=U⁰

Т₁, Т₂ – открыты и соединены параллельно вых1=U⁰, I₀ пойдет в коллекторы

транзисторов Т₁ и Т₂ Т₃ и Т₄ – закрыты вых2=U¹

Т₁ – закрыт, Т₂ – открыт вых1=U⁰, Т₃ – открыт, Т₄ – закрыт вых2=U⁰.

Достоинства схем И²Л:

1. Схемы выполнены по единой технологии, что позволяет увеличить степень интеграции.

2. Напряжение питания таких микросхем может быть довольно маленьким малые потери, малое рассеивание мощности.

Недостатки схем И²Л:

1. Малый логический перепад уменьшение помехозащищенности.

2. Трудность сопряжения с другими сериями.

Логические элементы на базе МДП (МОП) структур.

1. “НЕ” 2. “И-НЕ”

Т₂ - нагрузка Т₃ – всегда открыт и играет

роль нагрузки

Таблица истинности:

X₁	X₂	Y

Т₁, Т₂ – открыты Y=U⁰

Т₁ – открыт, Т₂ – закрыт Y=U¹

Т₁, Т₂ – закрыты Y=U¹

Нагрузочный транзистор заменяем на сопротивление, а Т₁, Т₂ – ключи

при увеличении n увеличивается U⁰

С точки зрения переходных процессов:

3. “ИЛИ-НЕ”

Таблица истинности:

X₁	X₂	Y

Т₁, Т₂ – закрыты и U_вых=U¹

Т₁ – открыт, Т₂ – закрыт, но т.к. они соединены параллельно U_вых=U⁰

Т₁, Т₂ – открыты и U_вых=U⁰

Эквивалентная схема замещения:

Логические элементы на базе КМДП (КМОП) структур.

1. “НЕ” 2. ”И-НЕ”

Таблица истинности:

X₁	X₂	T₁	T₂	T₃	T₄	Y
		З	О	З	О
		З	О	О	З
		О	З	З	О
		О	З	О	З

1) при увеличении n также увеличивается

2) при увеличении n также увеличивается ()

3. “ИЛИ-НЕ”

Т₁, Т₃ – управляющие n-канальные транзисторы

Т₂, Т₄ – нагрузочные p-канальные транзисторы

Таблица истинности:

X₁	X₂	Y

Т₁, Т₃ – управляющие Т₂, Т₄ – нагрузочные

X₁	X₂	T₁	T₂	T₃	T₄	Y
		З	З	О	О
		О	З	З	О
		З	О	О	З
		О	З	О	З

Достоинства:

Изменение выходного напряжения не связано с током: ток всегда одинаков и равен току утечки минимальная мощность потребления.

Триггеры

Классификация

1. По типу синхронизации:

Ø Несинхронизированные (асинхронные)

Ø Синхронные (тактируемые)

· Однотактовые

· Двухтактовые (MS – триггеры с внутренней обратной связью)

· Многотактовые

· Динамические

2. По типу (названию) входных сигналов

Ø RS – триггер

Ø D – триггер

Ø JK – триггер

Ø T – триггер

Асинхронные RS-триггеры

Иногда называются «защелками»

Триггер – это устройство, имеющее два устойчивых состояния. При воздействии входного сигнала он может переходить из одного состояния в другое.

Асинхронный RS-триггер представляет собой два логических элемента «ИЛИ-НЕ» или «И-НЕ», охваченных положительной обратной связью.

ПОС

Q P(Q)

DD1 DD2

R S

R DD1 Q

DD2

Т. 1,3 – точки устойчивого равновесия Т. 2 – точка неустойчивого равновесия (триггер не может находиться в этом состоянии)

RS	Q_t	состояние
	Q_t-1	Хранение
		Установка
		Сброс
	*	Запрет

RS – триггер с раздельными входами (сигналы подаются поочередно)