Логічні елементи з відкритим колектором

Більші логічні можливості без особливих апаратурних затрат мають ЛЕ ТТЛ, які відрізняються від базової схеми тим, що у них точки колектора або емітера (або обох електродів) транзистора-фазорозщеплювача виведені назовні мікросхеми. Це спеціальні ІС, що мають допоміжні виводи колектора (К) і емітера (Е) (наприклад, К155ЛР1, К155ЛР3 і К155ЛР4). Приєднавши додатково зовнішні транзистори, можна одержати підсилені прямий та інверсний сигнали. При цьому потужність зовнішніх транзисторів може бути на порядок більша від аналогів, виконаних в ІС. Однак такі мікросхеми не є поширеними в практиці, тому коли потрібно мати , більш ефективні спеціальні мікросхеми з відкритим колектором, вихідного транзистора. Зображенанарис. 2.10 схема ТТЛ з відкритим колектором має ту особливість, що вона порівняно з базовою схемою дозволяє більш гнучко реалізувати різноманітні задачі проектування. Це, зокрема, використання ЛЕ з відкритим колектором як інтерфейсу для нетипового навантаження, що має своє живлення, наприклад, для спряження або керування зовнішніми пристроями виведення інформації, індикації, сигналізації тощо. Мікросхеми ЛЕ з відкритим колектором (наприклад, К155Л11, І55ЛН3) дозволяють підводити до вихідного транзистора В. Таким ЛЕ можна задати лінійний режим роботи і використовувати їх як підсилювачі. За допомогою ЛЕ з відкритим колектором можна нарощувати кількість входів ЛЕ (тобто збільшувати ).

Як видно з рис. 2.10, у принциповій схемі ЛЕ з відкритим колектором відсутній верхній вихідний транзистор та його опір навантаження. На виході цього елемента, високий рівень може формуватись лише при під’єднанні зовнішнього навантаження (резистора, реле, світлодіода тощо). Крім схемотехнічних можливостей ЛЕ з відкритим колектором здатні реалізувати додатково ще й логічні операції завдяки тому, що вони допускають паралельне під’єднання аналогічних виходів на одне спільне навантаження. Таке об’єднання виходів називається монтажною логікою, бо вона утворюється у результаті вищезгаданого з'єднання (монтажу).

На рис. 2.11 показана схема на ЛЕ 2І‑НЕ з відкритимиколекторами, з’єднання яких на виході , разом з утворюютьмонтажне І;

На об’єднаному виході низький рівень ( ) буде тоді, коди хоча б один з елементів має на своєму виході тобто відкритий вихідний транзистор. Це можливе тільки при лог.1 на входах хоча б на одному з ЛЕ. З другого боку, тільки при наявності лог.1 одночасно на всіх виходах можна отримати лог.1 на загальному виході . Це можливе тільки при наявності лог.0 хоча б на одному з входів ЛЕ схеми. Отже, виходи ЛЕ разом з утворюють монтажне І:

Якщо застосовувати правило де Моргана, цей вираз можна переписати:

Як видно з останнього виразу, щодо вхідних змінних дана схема реалізує операцію 2І-3АБО-НЕ.

ЛЕ з відкритим колектором використовуються також для підвищення рівня лог.1, зокрема, для узгодження виходів ТТЛ із входами КМОН при напрузі живлення останніх Е = +5В. їх також успішно застосовують як драйвери цифрових сигналів.

У всіх розглянутих випадках застосування ЛЕ з відкритим колектором потрібно вміти вибирати опір навантаження . Від правильного вибору резистора залежать практично майже всі параметри ЛЕ, а саме такі, як потужність розсіювання, час затримки сигналів, навантажувальна здатність та завадостійкість. Від значення залежать вихідні струми та схеми, а отже, й вихідні напруги та . Щоб не виходити за межі їх допустимо зони нечутливості статичної характеристики ЛЕ, запас за завадостійкістю логічних рівнів та для мікросхем ТТЛ з відкритим колектором має бути таким самим, як і для ЛЕ із складним виходом (див. табл. 3.2), тобто В і В. Отже, оптимальне значення не повинно виходити за гранично допустимі межі, тобто

Значення і для конкретного випадку залежать від мікросхем вибраної серії від числа під’єднаних до спільної точки входів та виходів мікросхем.

ЛЕ з відкритим емітером відрізняються від ЛЕ з відкритим колек­тором тим, що емітер вихідного транзистора не під’єднаний до корпусу (“землі”) мікросхеми, а виведений назовні, а колектор під’єднаний, до виводу, на який подається напруга живлення . Навантаження до цих ЛЕ під’єднується між виводами відкритого емітера і корпусу. Отже, вихідний каскад ЛЕ являє собою емітерний повторювач, який на відміну від ЛЕ з відкритим колектором забезпечує кращу навантажувальну здатність. Зокрема, ЛЕ з відкритим емітером буде забезпечувати більший вихідний струм лог.1 , що витікає зі схеми, ніж , що втікає у схему ЛЕ, як це має місце у ЛЕ з відкритим колектором. ЛЕ з відкритим емітером (зокрема, мікросхеми 559ИП4, 1102АП2 і т.ін.) використовуються такаж як інтерфейсні мікросхеми мікропроцесорної техніки.