Сделай Сам Свою Работу на 5

Интегральные логические схемы





 

Логические схемы выполняются в интегральном исполнении, они могут содержать несколько логических элементов, выполняющих обычно одинаковые логические операции.

В зависимости от компонентов, используемых при реализации интегральной схемы, выделяют следующие классы логик:

- РТЛ – резисторно-транзисторная логика,

- ДТЛ – диодно-транзисторная логика,

- ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика,

- ТТЛШ - транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки,

- ЭСЛ – эмиттерно-связанная логика,

- КМОП – логика на основе комплементарных транзисторов.

В промышленной автоматике нашли широкое применение ТТЛ и КМОП логики, которые производятся в виде серий, содержащих разнообразные цифровые устройства.

 

Базовый элемент ТТЛ

 

Основой построения элементов серии ТТЛ является базовый элемент, выполняющий операцию И-НЕ. Элемент И-НЕ является функционально полным, т.е. на его основе можно построить интегральную схему, выполняющую любую логическую функцию. Основой ТТЛ служит многоэмиттерный биполярный транзистор (МЭТ). Как видно из рисунка 19.6, на котором показана структура многоэмиттерного транзистора (а) и его эквивалентная схема (b), что МЭТ выполняет функцию диодов, каждый переход база – эмиттер можно заменить эквивалентным диодом.



Рис.6. Структура МЭТ (а), эквивалентная схема МЭТ (b),

схема базового элемента ТТЛ (с)

 

Выясним назначение компонентов схемы. Входная часть (R1 и МЭТ) заменяет диодно-резистивную схему логического умножения И. Элементы R2, VT2, VD образуют повторитель, который обеспечивает значительный выходной ток. Резистор R4 является защитным, он ограничивает сквозной ток через транзисторы. Рассмотрим работу этого логического элемента. Возможны два случая. Первый, когда на все входы и поданы высокие уровни напряжения, соответствующие логической «1» (для ТТЛ этот уровень минимум 2,4 В, при Е=5 В), то все эмиттерные переходы МЭТ будут смещены в обратном направлении. Ток, определяемый резистором R1, будет втекать в базу транзистора VT1, который открывается. Весь ток коллектора транзистора VT2 втекает в базу транзистора VT3, который открывается и входит в насыщение. Для надежного запирания транзистора VT2 установлен диод VD. Таким образом, на выходе схемы формируется напряжение низкого уровня (не более 0.4 В), соответствующее логическому «0».



 

Второй случай, когда на одном из входов появится низкий уровень напряжения, который соответствует логическому «0», то p-n переход между этим эмиттером и базой МЭТ будет открыт. Весь ток, определяемый резистором R1, будет протекать через открытый переход. Потенциал базы МЭТ будет равен падению напряжения на открытом p-n переходе (примерно 0.7 В). Этого явно недостаточно, чтобы открыть транзистор VT2. Для того, чтобы ток протекал через базу транзистора VT2, необходимо иметь потенциал базы МЭТ, равный падению напряжения на трех переходах (переход база – эмиттер МЭТ, переход база - эмиттер VT2, переход база – эмиттер VT3, примерно 2.1 В). Транзистор VT3 будет закрыт, а транзистор VT2 – открыт и насыщен. Потенциал выхода близок к напряжению питания, т.е. на выходе y формируется высокий уровень, соответствующий логической «1» (более 2.4 В).

На основании базового логического элемента выпускается логические элементы, выполняющие операции И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И, НЕ, ИЛИ. Число элементов в корпусе микросхемы зависит от числа входов (максимальное значение 8). В распространенной ТТЛ серии К155 имеет 14 выводов. В одном корпусе может, например, находиться 4 элемента 2-И-НЕ, что занимает 12 выводов, еще 2 вывода источник питания и земля.

Чтобы обеспечить работу нескольких элементов на общую шину, выпускают логические элементы (рисунок 19.7) с третьим (высокоимпедансным) состоянием, при нахождении в котором выход изолирован от земли и от источника питания.



Рисунок 19.7 - Схема элемента с третьим состоянием (а),

его условное обозначение (b)

 

В эту схему дополнительно введен диод VD2, соединенный с входом ОЕ (Output Enable). Если на этот вход подано положительное напряжение, соответствующее логической «1», то диод VD2 будет закрыт, логический элемент работает как обычно в соответствии с таблицей истинности. Когда на вход подан низкий уровень, т.е. вход ОЕ практически оказывается заземленным, то ток от источника питания Е, ограниченный резистором R2, протекает через диод VD2 на землю. Транзисторы VT2 и VT3 будут закрыты, выход y оказывается отсоединенным от схемы.

С целью расширения функциональных возможностей выпускаются элементы с открытым коллектором (рисунок 19.8), что позволяет подключать нагрузку с напряжением питания больше, чем напряжение питания микросхемы.

Рисунок 19.8 - Схема интегрального элемента

с открытым коллектором (а), его условное обозначение (b)

 

Коллектор транзистора VT2 является выводом схемы, к нему можно подключать высоковольтную нагрузку. Часто через резистор порядка 1 кОм подают напряжение 9 В, чтобы согласовать выход с высоковольтным входом элементов серии КМОП.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.