Транзисторна логіка

Елементи ДТЛ

У цих елементах операції диз’юнкції і кон’юнкції реалізуються за допо­могою діодних схем, а операції заперечення виконує інвертор на основі транзи­сторного ключа. Логіка роботи двоходового елемента НЕ ЧИ подана в табл. 2.4. на основі якої отримуємо вираз для булевої функції

F=

Використовуючи принцип суперпозиції, функцію F можна записати для довільного числа змінних:

F=

Схема ДТЛ-елемента, що реалізує булеву операцію НЕ ЧИ для двох змін­них, і його умовне графічне зображення показано на рис. 2.5.

Схему ДТЛ-елемента НЕ ЧИ будують підключенням виходу діодного елемента ЧИ до входу інвертора. Діоди зміщення VD3 і VD4 відіграють роль, як і у схемі, рис. 2.4. а. Через резистор зміщення R_зм протікає струм І_к0. Транзит­

тор VT1 відкривається і формує низький рівень вихідної напруги U_OL тільки у тому випадку, коли на одному чи обох входах є високий рівень напруги U_ІН. При цьому вмикаючий струм І_Б1 проходить від джерела вхідних сигналів.

Часові діаграми роботи (ідеалізовані) елемента НЕ ЧИ показані на рис. 2.6. Тривалість перехідних процесів практично визначається швидкодією тран­зистора.

Логіка роботи двоходового елемента НЕ І зображена в табл. 2.5, на ос­нові якої отримуємо вираз для булевої функції F= . На основі принципу суперпозиції функцію F можна записати для довільного числа змінних:

F=

Схема ДТЛ-елемента, що реалізує булеву операцію НЕ І для двох змін­них Х₁ і Х₂ та його графічне позначення показані на рис. 2.7.

Схему ДТЛ-елемента НЕ І створюють підключенням діодного елемента І до входу інвертора. Діоди зміщення VD3 і VD4 відіграють роль, як і у схемі, зображеній на рис 2.4.

Транзистор VT1 відкривається і формує низький рівень вихідної напруги U_OL тільки при співпадінні високих рівнів вхідних сигналів U_ІН на обох входах одночасно. При цьому вмикаючий струм І_Б1 протікає від джерела струму U_СС по колу: резистор R, діоди VD3 і VD4 і база транзистора VT1. При подачі хоча б на один з входів (або на обидва) сигналу низького рівня весь струм від джерела живлення U_СС проходить по колу: резистор R, VD3 або VD4 (або обидва) на від­повідне джерело вхідних сигналів. В результаті цього транзистор VT1 закри­вається і на виході встановлюється високий рівень напруги U_OН. Тривалість пе­­ ремикання елемента практи­чно визначається швидкодією транзистора. Часові діаграми роботи елемента НЕ І показа­но на рис. 2.8.

Транзисторна логіка

Елементи ТЛ будують паралельним підключенням колекторів транзис­торів до спільного колектора навантаження R_К. Вихідна напруга знімається з об’єднаних колекторів. Якщо на один із входів подається високий рівень напру­ги U_IH, то відповідний транзистор відкривається і на виході транзистора встано­влюється низький рівень напруги U_OL. На виході формується високий рівень на­пруги тільки у випадку подачі на всі входи низьких рівнів U_IL.

Логіка роботи елементів ТЛ задана в таблиці 2.4. В елементах ТЛБЗ вхі­дні сигнали подають безпосередньо на бази транзисторів VT1 і VT2 (рис. 2.9,а). У схемі ТЛРЗ у коло бази транзистора ввімкнено резистори R_Б (рис. 2.9, б).

У схемі ТЛРКЗ для прискорення перехідних процесів резистори R_Б шун­товані конденсатором С_Б. Їхня роль описана при розгляді схеми інвертора (рис. 2.4). Часові діаграми роботи елементів ТЛ збігаються з процесами, зображени­ми на рис. 2.6.

Інтегральна інжекційна логіка

Різновидом транзисторних схем є елементи інтегральної інжекційної ло­гіки (ІІЛ або І²Л). Схемотехніку І²Л використовують для побудови мікропро­це­сорних і запам’ятовуючих ВІС (серії К582, К583, К584 та ін.).

Схема логічного елемента І²Л зображена на рис. 2.10.

Схема вміщує інжекційні p-n-p транзистори VT1 і VT2,ввімкнені за схе­мою зі спільною базою, і вхідні багатоколекторні n-p-n транзистори VT3 і VT4, увімкнені за схемою зі спільним емітером. Емітери транзисторів VT1 і VT2 на­зи­ваються інжекторами, а протікаючий через них дірковий струм – інжекцій­ним. Кожен з транзисторів VT1 і VT2 утворює разом із джерелом живлення і зовнішнім резистором R джерело струму, яке живить індивідуальним струмом І_Т входи транзисторів VT3 і VT4.

Особливостями елементів І²Л є:

«безрезисторність», характерна для МОН-структур, яка вперше була реалізована в схемотехніці І²Л;

з’єднання областей бази і колектора інжекційних p-n-p транзисторів відповідно з областями емітера і колектора вхідних n-p-n транзисторів, а також мале число схемних компонентів і з’єднань між ними (число операцій маску­вання і дифузії в два рази менше в порівнянні з елементами ТТЛ);

низький рівень напруги U_L=0,01 В знімається з колектора насиченого транзистора, а високий рівень напруги U_Н=0,8 В – з колектора закритого тран­зистора, причому цей рівень обмежується напругою на базі насиченого транзи­стора навантаження; використовується режим мікро струмів, в якому струми колектора змінюються від десятків до сотень мікроампер; працездатність еле­ментів зберігається при зміні значення струму в них на декілька порядків;

на колекторах вхідного транзистора реалізується інверсія змінної, а на сполучених колекторах транзисторів VT3 і VT4 виконується операція НЕ ЧИ.

Вхідні транзистори керуються перемиканням струму на їхніх входах. Як­що до входу Х₁ підключений колектор лівого насиченого транзистора, то струм І_Т замикається на ньому і не надходить у базу транзистора VT3, який закривається і створює на своїх колекторах режим розімкнутих контактів. Якщо до входу Х₁ підключений колектор лівого закритого транзистора, то струм І_Т входить на базу VT3, насичує цього і забезпечує на колекторах режим замкну­тих контактів.

Затримка поширення сигналу в елементі І²Л при струмі 100мкА прибли­з­но становить 5-10 нс, потужність споживання – до 20 мкВт, робота перемика­н­ня приблизно становить 0,1 пДж (наприклад у ТТЛ серії КР1533 робота пере­микання складає :пДж). Зазначені властивості елементів І²Л і ВІС на їх основі надають їм технологічності, компактності, вони мають невисоку вартість при високій швидкодії.