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 (Сн)).

 

 

Uвх

 

 

t

 

Uвых

 

t

 

Схемы с тремя состояниями.

1.

Схема работы: как обычная схема ТТЛ

 

Управ. X Y
U0 * z

 

Управ. X Y
  U1

 
Управ.

 X Y
“1”

 

Управ. X Y
U0 * z

 

Управ. X Y
  U1

 
Управ.

 X Y
“0” * Z

 

 

2. Uупр=U0 Dупр – 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

 

 

t

x3

 

 

t

 

Uвых

 

 

U1 tф10 tф01

 

 

Iк4

Iк4.мах

 

 

Uкэ4

U0 U1

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 (Есм), который нужен для согласования уровней сигналов (Есм=Uбэ) Ø rвых 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 Rэ. 4. Т3 и Т4 - эмиттерные повторители (ЭП) 5.

 


быстрый перезаряд емкостей (малые фронты)

высокая нагрузочная способность.

 

Логика “ИЛИ”. (Т1-1, Т1-2, . . . . , Т1-m)

 

 

Сравним ТТЛ элементы и ЭСТЛ по уровням :

 

 
 

 

 


4.3 «1»

3.6 «0»

 

 

2.4 min «1»

 

0.4 max «0»

 

 

 

Заземляем +Еп

+Еп

 

 

-Еп

 

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 Uвых =U1

если Т1 – открыт , то Uвых =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 Т0к – закрыт , то Uвх=U1 и I0 замыкается через Тк. Если Т0к – открыт , то Uвх=U0 и I0 замыкается через Т0к. I0 – источник инжекционного тока I0.  

 

Особенности вентеля (инвертора):

Ø вентель содержит комплементарную пару: Т0 (p-n-p) и Тк (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 Тк 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 Тк (электроны из базы Бк 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 Uвых=U1 x2=1 Т3 – открыт, I0 замыкается через коллектор Т3 Т4 – закрыт Uвых=U1 2. x1=1 Т1 – открыт, Т2 – закрыт, Uвых=U1 x2=0 Т3 – закрыт I0 замыкается через Т4 Т4 – от- крыт Uвых=U0 Y=0.  
X1

 X2 Y

 

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 Uвых=U1

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

Т1, Т2 – открыты и Uвых=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

 

S

Q

DD2

 

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

RS Qt состояние
Qt-1 Хранение
Установка
Сброс
* Запрет

 

 

RS – триггер с раздельными входами (сигналы подаются поочередно)