Отсюда нетрудно получить изображение > ,

А/д{8) = а(8)Д/.

Вычитая оригинал этого изображения из начального значения /д1 [см. (15-60)1, получаем на участке запирания функцию

д (О = [(/!-/)-А/(1 ~е- Щ (15-61)

Время задержки отрицательного фронта 4 соответствует моменту запирания диода, когда цепь обратной связи отключается и выходное напряжение начинает возрастать до величины Е. Полагая 1д (Q - О, из (15-61) получаем:

з = -а1Пд,4/ . (15-62)

Легко убедиться, что при условии А/ > 1,6 (/i - /) время задержки будет меньше т , т. е. практически им можно пренебречь.

Физические причины резкого уменьшения задержки в ключе с нелинейной обратной связью по сравнению с насыщенным ключом сводятся к следующему. Граничный заряд Qrp в обоих случаях практически одинаков, так как различие между токами / и обычно несущественно. Однако начальный заряд Q (0)

при одном и том же входном токе значительно меньше в ключе с нелинейной обрат-койвязью, поскольку ток базы меньше входного тока. Кроме того, в ключе с нелинейной обратной связью запирающий входной ток базы оказывается больше, чем в насыщенном ключе.

К сожалению, ненасыщенный ключ имеет и отрицательные свойства, которые обусловлены работой транзистора в активном режиме. Так, напряжение на открытом ключе больше, чем в насыщенном режиме, и составляет 0,5 В и более. Кроме того, входное сопротивление ненасыщенного ключа сравнительно велико: оно определяется формулой (7-2). Поэтому, в частности, скачки напряжения .Е проходят через диод на базу и дают кратковременные пики на базе и коллекторе; величина этих пиков определяется соотношением сопротивлений R и R, образующих плечи делителя напряжения. В результате ненасыщенный ключ оказывается более чувствительным к наводкам в цепи питания, т. е. обладает меньшей помехоустойчивостью.

Если диод не идеальный (как считалось до сих пор), т. е. если /7д О, то в открытом состоянии ключа на коллекторном переходе будет прямое смещение, равное /7д. Значит, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Чтобы этого избежать, включают, как уже отмечалось, источник смещения ~ f/д (рис. 15-24, а). Тогда схема работает так же, как описано выше, за исключением того, что цепь обратной связи включается не сразу и не при t/ = t/g, а постепенно (в соответствии с ВАХ диода), начиная с U = £ф.

Конечно, схема на рис. 15-24, а не является рабочей, так как использование иезаземленного источника Еф, тем более в виде гальванической батареи, практически неприемлемо. В реальных случаях смещение £ф получают

за счет падения напряжения на сопротивлении от того или иного тока. Пример такой схемы показан на рис. 15-24, б. В отсутствие входного тока потенциал базы близок к -f £б и транзистор заперт. Отирание его происходит при входном токе / = £б /6. когда t/g ~ О.

Цепь обратной связи вступает в действие при Ur = f т. е. когда

Отсюда легко получить ток а затем ток /g и смещение £ф= )

Сопротивление г целесообразно выбирать таким, чтобы значение Еф несколько превышало максимальное падение напряжения на диоде прн входном токе Ii. Такой расчет приводит к условию

, и л. макс . с- eov

В тех схемах, где не требуется начальное запирание транзистора, цепь Eg, Яб может быть устранена.

В заключение заметим, что истинная задержка в ненасыщенном ключе соответствует формуле (15-62) только в том случае, когда времена рассасывания и восстановления диода (см. § 2-9) ничтожно малы. В противном случае задержка обычно определяется инерционностью диода, даже при условии Д/ /i - / [см. (15-62)]. До последнего времени это обстоятельство ограничивало возможности ненасыщенных ключей в наносекундном диапазоне.

В настоящее время в качестве диодов, включаемых в цепь обратной связи ключа (особенно в интегральных схемах), используются диоды Шоттки (см. § 3-4), у которых отсутствует накопление, а значит, и рассасывание неосновных носителей в базе. Поэтому ненасыщенные ключи с диодами Шоттки полностью описываются . приведенными выше формулами и обладают максимальным быстродействием. Ключи с диодами Шоттки в цепи нелинейной обратной связи мазыъшп транзисторами Шоттки. В случае кремниевых транзисторов относительно малые прямые напряжения диодов Шоттки (0,3-0,5 В по сравнению с 0,7-0,8 В на переходах) позволяют исключить источник смещения Еф, так как при прямом напряжении 0,3-0,5 В на коллекторном переходе инжекция практически отсутствует и насыщения не наступает.

Токовые ключи. Термин токовый ключ (на наш взгляд, неудачный) относится к одному из важнейших типов как называемых логических элементов (или логических вентилей), составляющих основу современных цифровых устройств, прежде всего ЭВМ. Все типы логических элементов [160, 161] представляют собой совокупность транзисторных ключей, выполняющих ту или иную логическую функцию. Используя классификацию логических элементов по типам логик , будем называть токовые ключи схемами ТЛЭС (транзисторная логика с эмиттерной связью). Из всех типов логик ТЛЭС - единственная, в которой используется ненасыщенный режим транзисторов, обеспечиваемый путем простого огра-

Bxodi

ничения уровней сигнала, без нелинейной обратной связи. Именно поэтому как пример параметрически (а не схемотехнически) ненасыщенных ключей мы рассматриваем схемы ТЛЗС в данном параграфе.

Простейшая схема ТЛЭС показана на рис. 15-25. Ее характерным элементом является общий резистор Ro, к которому присоединены эмиттеры всех транзисторов (на рис. 15-25 количество тран-

зисторов для простоты ограничено двумя). Коллекторный резистор iR также общий, но это не специфично для ТЛЭС и имеет место в других типах- логик. Общая эмиттерная точка связана через диод Д с источником смещения -Е, пшенци-ал которого меньше (по модулю) потенциала источника питания -Е. Резистор Ro питается от осо-р о бого источника питания +Ео по-

jL л, Д , -Ез ложительной полярности. Наличие

этого источника не обязательно, но, как увидим, облегчает построение схемы. В цепях баз отсутствуют резисторы, т. е. ключи и управляются напряжениями .

Схема работает следующим образом . В начальном состоянии транзисторы заперты и ток /о протекает через диод Д к зажиму -Е. Значение тока легко оценить из выражения

/о = 5. (15-64)

где в начальном состоянии

Ug=-Eg + U,<0 (15-65)

(t/д - прямое падение напряжения на диоде).

Для того чтобы транзисторы были действительно заперты, нужно на входы подать достаточно малый (по модулю) сигнал (7 о вх удовлетворяющий условию \Uo bx\< I I- Тогда на выходе схемы потенциал будет иметь максимальное (по модулю) значение fJj №ix, близкое к Е.

Рис. 15-25.

Простейшая ТЛЭС.

схема

* Конечно, при необходимости можно внутреннее сопротивление источника сигнала и собственное сопротивление базы рассматривать как эквивалент внешнего резистора и пересчитывать входное напряжение в ток базы.

В дальнейшем применяются индексы О и 1 , которые по терминологии логических элементов означают соответственно уровень логического нуля и уровень логической единицы на входе или на выходе. Учитывая отрицательную полярность рабочих сигналов в рассматриваемой схеме, будем оперировать модулями уровней, т, е, считать уровень 1 больше уровня О .