Если теперь на один из входов подать достаточно большой сигнал (7 1-Ех. удовлетворяющий условию 1 Uj-bx 1 > £3, то соответствующий транзистор откроется и потенциал в общей эмиттерной точке будет иметь величину

i/; = -t/ i B. + is6. (15-66)

При этом напряжение на диоде составляет (t/э -f Е) < U, т. е. будет в зависимости от силы неравенства \Ujx I > либо отрицательным, либо небольшим положительным, но недостаточным для протекания сколько-нибудь заметного тока. Таким образом, при открытом транзисторе диод Д может считаться запертым. Поэтому ток /о вместо диода пойдет через открытый транзистор и далее через резистор Потенциал на выходе уменьшится до величины t/к = - Rk = I 0 вых I-

Для того чтобы избежать насыщения, нужно выполнить неравенство I t/к I > I I. т. е. выбрать сопротивление R из условия

/ 0 вь,х = £к-/ок>! 1 вх- (15-67)

Если сигнал t/ i Bx подается на оба входа, режим схемы почти не отличается от предыдущего, так как напряжение t/e слабо зависит от тока, а значит, выражение (15-66) практически не изменится. В данном случае ток /о поделится между обоими открытыми транзисторами , а выходкой потенциал 0 о еых останется таким же, как и при одном открытом транзисторе. Этот результат - независимость выходного тока и выходного напряжения от числа открытых транзисторов - обусловлен постоянством тока /о, т. е. наличием токозадающей цепи £0 - Ro - Д - Е. В отсутствие такой цепи (при заземленных эмиттерах) отпирание каждого транзистора сопровождалось бы дополнительными приращениями тока и выходного потенциала О, т. е. непостоянством уровня о-вых-

Логическая функция, выражающаяся в появлении логического нуля на выходе при любой комбинации логических, единиц на входе, называется функцией ИЛИ-НЕ. Именно эту функцию выполняет схема ТЛЭС.

Поскольку насыщение транзисторов и последующее рассасывание предотвращены условием (15-67), схема ТЛЭС (как при отпирании, так и при запирании транзисторов) работает в режиме обычного усилительного каскада ОЭ, а значит, ее инерционность характеризуется постоянной времени (7-41). Учитывая весьма боль-

1 Строго говоря, при отпирании транзистора ток /ц несколько меняется, так как I t/ I > I f/ . Однако если неравенство f/ , > £ не очень сильное и если £о I I (оба условия выполняются на практике), то изменением тока можно пренебречь. Кстати, в отсутствие источника питания неизменность тока to можно обеспечить только путем существенного повышения напряжений и Е.

* Собственно из такого перераспределения тока /ц и проистекают названия токовые переключатели или токовые ключи : один и тот же исходный ток переключается из цепи Eg - Д через один илн несколько транзисторов на выход схемы.

шое значение сопротивления Ro в цепи эмиттера, можно считать Уб = 1. Тогда согласно (7-416) для одного транзистора

т = т + Ск/?н. (15-68а)

Если одновременно переключаются п транзисторов, их можно считать включенными параллельно и вместо (15-68а) получится более общее выражение:

Тв = т + пСЛ. (15-686)

С физической точки зрения увеличение второго слагаемого объясняется тем, что один и тот же ток /о заряжает п емкостей С*. Если же переключается только один транзистор, то емкость остальных ( бездействующих ) составляет {п - 1) С. Даже при п = = 5-7-10 это значение обычно в несколько раз меньше и может не учитываться. Как видим, схема ТЛЭС в принципе обладает исключительно высоким быстродействием.

Однако, чтобы реализовать эту возможность, нужно использовать достаточно малые значения R (обычно менее 1 кОм). Одновременно приходится использовать достаточно большие значения тока, с тем чтобы обеспечить приемлемые значения так называемого логического перепада

At/л = 1 1 вых I - I f 0 Bb,x I = loR.. (15-69)

Увеличение тока сопровождается повышением напряжения Ео и ростом потребляемой мощности \ В итоге логические перепады все же получаются малыми, обычно менее 1 В, что приводит к низкой помехоустойчивости.

Основным недостатком простейшей схемы ТЛЭС является принципиальное различие однотипных логических уровней (единиц или нулей) на входе и на выходе: выходные уровни больше (по модулю) входных [см. (15-67)]. Такое различие искпючает возможность работы логических элементов друг на друга в цепочке, что необходимо для большинства цифровых устройств.

Указанный недостаток устранен в более сложном варианте ТЛЗС (рис. 15-26) с помощью выходного повторителя Tg. Не меняя величины логического перепада повторитель уменьшает оба выходных уровня на величину напряжения Уэб в транзисторе Tg. Напомним, что для кремниевых транзисторов значение t/эб составляет около 0,7 В. Если такого смещения уровней недостаточно для выравнивания соответствующих выходных и входных потенциалов, испольйуют в повторителе составной транзистор (пару Дарлингтона, см. § 4-10) или/и включают последовательно с эмиттером диод в прямом направлении. Применение повторителя помимо решения главной задачи обеспечивает существенное уменьшение выходного сопротивления, т. е. повышение нагрузочной способности схемы.

Замена резистора Rq на транзистор Т играющий роль динамической нагрузки (см. рис. 9-10), обеспечивает, во-первых, отсутствие источника питания Eq

* Уменьшать сопротивление Ro с целью увеличить ток нежелательно, так как при этом коэффициент V6 может стать существенно меньше единицы и тогда возрастет постоянная времени Тв [ср. (15-68) и (7-416)].

Выход ИЛИ-НЕ

и, во-вторых, повышение стабильности тока /( что очень важно для сохранения неравенства (15-67) в диапазоне температур .

Замена диода Д на эмиттерный переход транзистора Tg непринципиальна, однако она повышает логические возможности схемы: с коллектора Т- снимается сигнал 1 при поступлении 1 на любую комбинацию входов, т. е. выполняется логическая функция ИЛИ. Повторитель Гц выполняет ту же функцию, что и Гд.

Итак, на примере ТЛЗС мы проиллюстрировали возможность использования ненасыщенных транзисторных ключей без нелинейной обратнойсвязи. Такая возможность имеется и, как было показано, позволяет достигнуть рекордного быстродействия. Однако использование ключей ТЛЭС связано с повышенной потребляемой моино-стью, малыми перепадами напряжения, а также с необходимостью обеспечивать достаточную стабильность рабочих потенциалов. Последнее, как правило, приводит к. усложнению схемы. Поэтому ненасыщенные ключи (в схемах ТЛЭС) получили особое распространение лишь в микроэлектронике, где прежнее понятие сложности благодаря технологической интеграции качественно изменилось.

Современные схемы ТЛЭС в интегральном исполнении характеризуются временами переключения 1-2 не, логическими перепадами 0,5-0,7 В, потребляемой мощностью в десятки милливатт.

Рис. 15-26. Рабочая схема ТЛЭС с выровнен-нымн логическими уровнями на входе и выходе.

15-8. МОЩНОСТЬ, РАССЕИВАЕМАЯ ТРАНЗИСТОРОМ В КЛЮЧЕВОМ РЕЖИМЕ

Режим отсечки характеризуется малыми токами при значительных напряжениях, а режим насыщения, наоборот, малыми напряжениями при больших токах. Последнее сочетание относится ик ненасыщенным ключам. Очевидно, что мощности, рассеиваемые транзистором в двух основных состояниях ключа, меньше,

* В простейшей схеме изменение величин и U36 с температурой согласно (15-64) в той или иной степени влияет на ток /q, тогда как в схеме на рис. 15-26 ток /о практически не зависит от коллекторного напряжения транзистора 4. Что касается непосредственного влияния температуры на ток / 4, то его при необходимости можно скомпенсировать методами, рассмотренными BSi3-4.