Главная страница  Транзисторные схемы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 [ 167 ] 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

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.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 [ 167 ] 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

© 2000 - 2021 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.