Схеми логічних елементів

Тип логіки (ТТЛ, КМОН, тощо) визначається внутрішньою структурою ЛЕ. Логічні елементи можуть бути виконані різноманітними способами, у вигляді ІС або дискретних схем. Особливості будови визначають основні характеристики ЛЕ. На рис.2.4 наведена базова схема ТТЛ інвертора Діоди VD1,VD2 підвищують завадостійкість ЛЕ не допускаючи від’ємних викидів напруг, які можуть виникати при перехідних процесах. Збільшуючи кількість емітерів на транзисторі VT1 наприклад до двох, можна одержати схему "2І-НЕ". Транзистор VT2 виконує функцію фазорозщіплювача, подаючи на транзистори VT3, VT4 протифазні сигнали.Таким чином, коли транзистор VT3 відкритий, то VT4 закритий і навпаки. Це значно зменшує розсіювану потужність у порівнянні із тим випадком, коли б на схемі були відсутні елементи VT3, VD2. Типові робочі напруги ТТЛ (0,+5в) набули широкого розповсюдження в промисловості і стали фактичним стандартом, якого дотримуються навіть тоді, коли використовують при розробці пристроїв інші типи логіки. Елементи ТТЛШ відрізняється від ТТЛ наявністю в схемі діодів Шотки, які не дозволяють біполярним транзисторах заходити в область глибокого насичення, цим самим підвищуючи загальну швидкодію ЛЕ (30-80МГц ТТЛШ у порівнянні із 15-20МГц ТТЛ).

Широкого розповсюдження набули типи ЛЕ виконані на польових структурах (метал-діелектрик-напівпровідник, МДН). Основна особливість мікросхем цих елементів є незначне споживання вхідного струму в статичному режимі ( мкА). Основним недоліком до останнього часу була низька швидкодія (<3МГц), однак на сучасному рівні розвитку наявні КМОН серії ІС з швидкістю перемикання сигналу до 80МГц.

На рис.2.5 а) показана базова схема МОН інвертора з резистором навантаження, а на рис.2.5 б) інвертор на парі МОН транзисторів різних каналів, тобто комплементарних МОН транзисторах (КМОН). Особливість роботи таких транзисторів дозволяє обійтися у схемі без фазорозщеплюючого транзистора, і тим самим спрощує схему. Основним недоліком таких схем є їхня чутливість до статичної електрики, що спричиняє їх вихід з ладу. Тому при роботі з КМОН ІС слід користуватись антистатичним браслетом, та заземлити жало паяльника. Самі ж мікросхеми (як, до речі і польові транзистори) слід транспортувати загорнутими у фольгу або в спеціальних антистатичних футлярах.

До елементної бази надвисокої швидкодії належать ЛЕ емітерно-зв’язаної логіки (ЕЗЛ). Базовою схемою ЕЗЛ є струмовий ключ, побудований за схемою диференційного підсилювача, наведений на рис. 2.6. Така схема може виконувати роль інвертора та буферного повторювача вхідного логічного сигналу.

Рис. 2.8 Струмовий ключ ЕЗЛ

Поріг перемикання струмового ключа задається зовнішньою опорною напругою , яка формується спеціальною схемою R3,R5,R6,VT3. Вихідні емітерні повторювачі забезпечують високу навантажувальну здатність по струму (до К_роз=15). В серійних ЛЕ ЕЗЛ колекторні кола заземляють, а емітерні під’єднують до від’ємної напруги живлення, що підвищує завадостійкість схеми. Залежно від способу кодування вхідного сигналу, тобто від того, який рівень напруги вважати лог.0 або лог.1 ЕЗЛ схема може виконувати різні операції. Для збільшення кількості входів струмового ключа до VT1 паралельно (колектор до колектора, емітер до емітера) під’єднують додаткові біполярні транзистори, при чому кількість базових входів схеми збільшується. Належність до тої чи іншої логіки визначається взятим рівнем відносно рівня . Якщо за лог.0 взяти рівень , що лежить нижче від рівня , а за лог.1 рівень , що лежить вище - одержимо функціонування схеми в позитивній логіці. Двовходовий варіант такої схеми реалізує функції АБО та АБО-НЕ в залежності від вибору виходу, з якого знімається сигнал. Інший вибір напруг, призводить до функціонування схеми в негативній логіці, тоді схема реалізує функції І та І‑НЕ. Для того, щоб глибше розібратись з особливістю функціонування такої схеми, слід дослідити роботу двовходового варіанту такої схеми в MicroCAP.