3. Разновидности логических элементов ттл.

В настоящее время на основе ТТЛ элементов выпускается большое число серий ИС. Широкое распространение получили: стандартные серии 133, 155 со средним быстродействием ( = 10…20 нс, = 10…15 мВт); маломощные − 134, 136 ( − единицы мВт, = 30...40 нс); мощные − 130, 131 ( > 20 мВт, = 6...8 нс); серии ТТЛШ 531, 555, а также перспективные серии ТТЛШ 1531,1533, обеспечивающие < 5 нс при ≤ 4 мВт.

Принципиальные схемы базовых ЛЭ у них практически одинаковы. Отличаются от приведенной на рис. 11.4 главным образом номиналами сопротивлений резисторов и некоторыми схемными особенностями, которые иллюстрируются рис. 11.7 и 11.8. Так, параллельно входам подключены диоды Д1, Д2 получившие название антизвонных. Они ограничивают помеховые выбросы отрицательной полярности, образующиеся при отражении сигнала от входа вследствие несогласованности волнового сопротивления длинной сигнальной линии и входного сопротивления ЛЭ, а также в результате взаимных наводок в сигнальных цепях. Ограничение необходимо для защиты от пробоя эмиттерных переходов Т1, а также для повышения помехоустойчивости цифровых устройств путем "гашения" колебательных процессов в электрически связанных сигнальных цепях.

Для ЛЭ средней и повышенной потребляемой мощности, а также элементов ТТЛШ типичным отличительным схемотехническим решением является подключение в цепь эмиттера Т2 динамической нагрузки, состоящей из R3, R5 и Т5 (рис. 11.8). Она позволяет получить форму передаточной характеристики ЛЭ, близкую к прямоугольной (рис. 11.6, пунктирная линия) за счет сужения области усилительного режима (В′С), так как транзистор Т2 может открываться лишь при . Тем самым повышается помехоустойчивость к включающей помехе.

Динамическая нагрузка приводит к ухудшению условий рассасывания избыточных зарядов в базе Т3 при выключении. Поэтому параллельно эмиттерному переходу Т2 подключают диод Д3 (рис. 11.7), который обеспечивает низкоомную цепь для выключающего базового тока транзистора ТЗ: база ТЗ − диод Д3 − насыщенный транзистор Т1 − источник сигнала.

И наконец, с целью повышения нагрузочной способности ЛЭ вместо диода смещения Д4 применяют транзистор Т6 (рис. 11.8), который совместно с Т4 образует составной транзистор.

Реализация цифровых ИС и устройств только на основе базовых ЛЭ обычно не является самой рациональной − не обеспечивает простоту и наилучшие электрические параметры. Более приемлемые результаты получаются при использовании наряду с базовыми ЛЭ вспомогательных элементов, выполняющих функции И-ИЛИ-НЕ, И, ИЛИ, НЕ, исключающее ИЛИ, с открытым коллекторным выходом, с тремя статическими состояниями и др. Такие элементы создаются чаще всего путем изменения топологии соединений на кристалле базового ЛЭ.

Рассмотрим примеры вспомогательных ЛЭ, обычно имеющихся в составе серий цифровых ИС.

На рис. 11.9 приведена схема ЛЭ И-НЕ с открытым коллектором. Для нормальной работы выходного транзистора Т3 его коллектор подключают к источнику питания через внешнюю нагрузку: резистор, элемент индикации, реле, ЛЭ и т.п. Напряжение источника может отличаться от штатного. Таким образом, элементы с открытым коллектором обеспечивают работу с нетиповой нагрузкой.

С другой стороны, элементы с открытым коллектором допускают параллельное подключение нескольких выходов к общей нагрузке (рис. 11.10). Объединение выходов называют монтажной логикой. При таком соединении, если на выходе одного из нескольких элементов будет низкое напряжение (транзистор Т3 насыщен), то оно же окажется на общем выходе. Чтобы обеспечить логическую единицу на общем выходе, необходимо иметь логические единицы на всех выходах (запертое состояние транзисторов ТЗ всех элементов). Это эквивалентно операции И над выходными сигналами. В данном примере монтажное И

При создании монтажной логики следует учитывать, что каждая переменная у утрачивает самостоятельность и использоваться отдельно уже не может.

Если параллельно транзистору Т2 в базовом ЛЭ подключить ещё транзистор Т2′ управляемый отдельным многоэмиттерным транзистором Т1′ (рис. 11.11), то получится элемент И-ИЛИ-НЕ, реализующий функцию . Действительно, чтобы на выходе был логический нуль, необходимо открыть Т2 или Т2′, для чего нужно подать логические единицы на все эмиттеры хотя бы одного из транзисторов Т1 или Т1′.

Заметим, что если транзисторы Т1 и Т1′ имеют по одному эмиттеру, элемент реализует операцию ИЛИ-НЕ.

Отдельно выпускаемые в составе серии элементы, содержащие много-эмиттерный транзистор и транзистор инвертора (рис. 11.12) получили название расширителей по ИЛИ. Они своими выводами К и Е подключаются к одноименным выводам (если такие предусмотрены) логических элементов И-НЕ, И-ИЛИ-НЕ (например, см. рис. 11.11) и тем самым расширяют функциональные возможности последних по ИЛИ.

Рис. 11.13 иллюстрирует пример схемы элемента, выполняющего операцию И. В схемотехническом плане он представляет собой конъюнктор на МЭТ и два последовательно соединенных инвертора.

На рис. 11.14 приведена схема элемента, способного принимать три статических состояния. Два из них − обычные (включен, выключен), а третье − высокоимпедансное, при котором выходные транзисторы Т3 и Т4 заперты, что равносильно отключению выхода от нагрузки. Перевод в высокоимпедансное состояние осуществляет дополнительный транзистор Т5 при подаче на управляющий вход Е напряжения логической единицы независимо от значения входного информационного сигнала. Применение трех стабильных элементов позволяет поочередно подключать источники сигналов к общей нагрузке или информационной шине и таким образом уплотнять каналы передачи данных (рис. 11.15,а), а также создавать магистрали с двунаправленным потоком информации (рис. 11.15,б).

Заметим, что высокоимпедансное состояние само по себе не является логическим, но управляющий сигнал, создающий, его, может определять логический уровень на выходе устройства (ИС), в состав которого входит данный элемент. Например, схема, изображенная на рис. 11.15,а, реализует функцию .