Логический элемент ТТЛШ (элемент ТТЛ с диодами Шотки)

Диод и транзистор Шотки

Как было показано в параграфе «Переходные процессы в транзисторном ключе», одной из основных причин ограничения быстродействия транзисторных ключей является процесс рассасывания избыточных носителей зарядов в базе. Именно для борьбы с этой проблемой и были созданы эти типы элементов.

Диод Шотки (раньше в книгах писали более правильно – Шоттки - Schottky) обозначается, как показано на рисунке 1.25а. Он отличается от обычного диода тем, что имеет меньшее прямое напряжение (примерно 0,4 В, в отличие от обычных диодов, у которых оно больше и составляет 0,6-0,7 В).

Если диод Шотки подключить параллельно к коллекторному переходу биполярного транзистора, то получится транзистор Шотки (рисунок 1.25 б, в).

Диод Шотки, включенный таким образом, исключает накопление избыточных зарядов в базе и предохраняет транзистор от насыщения, т. к. он открывается раньше, чем коллекторный переход. Тем самым он уменьшает время выключения транзистора, т.е. увеличивает быстродействие.

а б в

Рисунок 1.25: а – обозначение диода Шотки, б – устройство транзистора Шотки, в – обозначение транзистора Шотки

Базовый логический элемент серии 555

Схема базового ЛЭ серии 555 приведена на рисунке 1.26 и содержит три основных каскада: входной, реализующий функцию «И», выполненный на диодах VD3, VD4 и резисторе R1; фазовращательный, включающий транзистор VT1, резисторы R2, R3 и диод VD5; выходной усилитель, состоящий из транзисторов VT2, VT3, VT4 и резистора R4.

Принцип работы схемы аналогичен схеме ТТЛ, хотя выглядит сложнее.

Основные отличия от элемента ТТЛ:

1) Вместо многоэмиттерного транзистора ЛЭ «И» построен на диодах (VD3, VD4).

2) Диоды и транзисторы заменены транзисторами Шотки.

3. Для усиления тока вместо одного используются два транзистора (VT2 и VT3).

Подключение диодов Шотки к входным контактам (антизвонных диодов VD1 и VD2) ограничивает отрицательные выбросы сигналов на входе схемы.

Входной каскад «И» работает следующим образом. При одновременной подаче на все входы микросхемы напряжения, соответствующего высокому уровню, ток резистора R1 потечет в базу транзистора VT1, так как входные диоды VD1, VD2 будут смещены в обратном направлении. Если хотя бы на один из входов подано напряжение низкого уровня, то ток резистора R1 из схемы будет протекать через входные диоды.

Фазовращательный каскад улучшает передаточный характеристики схем. Когда отсутствует ток в базе транзистора VT1, то включены (открыты) транзисторы VT2 и VT3. При включении транзистора VT1 открывается транзистор VT4.

Верхнее плечо выходного каскада выполнено по схеме Дарлингтона на транзисторах VT2 и VT3. Это обеспечивает высокий коэффициент усиления каскада в состоянии высокого уровня, повышение нагрузочной способности схемы и улучшает ее динамические свойства. Транзистор VT3 работает в активном режиме. Нижнее плечо выходного каскада выполнено на транзисторе VT4. В том случае, когда на все схемы подан высокий уровень напряжения, транзисторы VT1 и VT4 открыты и на выходе схемы устанавливается низкий уровень напряжения.

Параметры элемента серии 555

Напряжения питания U пит = +5В+5%.

Логические уровни: U⁰< 0,4 В, U¹ > 2,4 В.

Входные токи: I_вх⁰ = 0,4 мА, I_вх¹ = 0,04 мА.

Выходные токи: I_вых⁰ = 4 мА, I_вых¹ = 0,4 мА.

Нагрузочная способность n =10.

Средний потребляемый ток I _{потр.ср.} = 3 мА.

Среднее время задержки t _зд.ср. = 20 нс.

Максимальная ёмкость нагрузки: C _н. _max = 150 нФ.

Развитие серии ТТЛШ

В различные годы был разработан целый ряд серий ТТЛ с диодами Шотки. Разработка шла по двум направлениям, отражающим важнейшие параметры - время задержки и потребляемую мощность:

- малопотребляющие серии (L S – Low Power Schottry), в которых акцент сделан на уменьшение потребления;

- быстродействующие серии (HS – High Speed Schottry) – в которых приоритетным было увеличение быстродействия.

L- Low Power

H- High Speed

S- Schottky - с диодами Шотки

ALS- Advanced Low Power Schottky

F ( FAST ) - Fairchild ’ s Advanced Schottky

В скобках указаны отечественные серии – аналоги.

Развитие серий, представлено следующей схемой:

ТТЛ ТТЛШ

1963 г. 1967 г. 1971 г. 1980 г.

74L (134) 74LS (555)

74ALS

54L (136) 54LS (533) (1533)

74 (155) 1969 г. 1979 г.

54 (133) 74H (131) 74S (531) 74AS (1530)

54H (130) 54S (530) 74F (1531)

(1980 г.)

Рассмотрим параметры нескольких наиболее популярных серий:

Серия	I_{потр.ср.}, мА	t_зд.ср., нс	А_перекл.,пДж
155	20	20	400
555 533	3	20	60
1533	1,9	14	26,6
530 531	26	5	130
1531	6,5	6	39

В последнем столбце указана работа переключения. Легко видеть, что современные серии ТТЛШ по параметрам значительно превосходят технологию ТТЛ, так как имеют значительно меньшую работу переключения.

Все микросхемы серий ТТЛ и ТТЛШ могут использоваться в одной схеме, так как совместимы по трем основным параметрам: U_пит, U⁰, U¹. Микросхемы одного типа функционально одинаковы для любой из этих серий, например микросхемы 155ТЛ1, 533ТЛ1, 153ТЛ1… и т. д. работают одинаково – имеют одинаковую таблицу истинности и расположение контактов.

При использовании в одной схеме разных серий нужно учитывать следующие параметры:

- Среднее время задержки t_зд.ср.

- Потребляемый ток I_потр.

- Нагрузочную способность n.

В микросхемах, выполненных на ТТЛ и ТТЛШ, переключение сопровождается бросками тока в цепи питания, потребляемая мощность растет с частотой: в статическом режиме микросхемы ТТЛШ потребляют практически такую же мощность, как микросхемы ТТЛ. Однако при частоте переключения порядка 50 МГц рассеиваемая мощность удваивается, а при 100 МГц – утраивается.

Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 409; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!