Материал: Аналоговая и цифровая электроника. Учебное пособие. 2000

Функционально схему БЛЭ можно разбить на три узла: токовый ключ на транзисторах VT0чVTn+1 и резисторе Rn+3, источник эталонного напряжения, выполненный на диодах VД1, VД2, резисторах Rn+5, Rn+6 и эмиттерного повто- рителя на транзисторе VTn+2 и выходные эмиттерные повторители на транзи-

сторах VTn+3, VTn+4 .

Если на все входы Х0…Хn подать напряжение близкое к логическому 0

(≈-1,7в) то все транзисторы VT0чVTn будут закрыты и ток резистора Rn+3 будет протекать через транзистор VTn+1, к базе которого приложено напряжение Uоп .

На коллекторе транзистора VTn напряжение близко к нулевому и с эмиттерного повторителя VTn+3 снимается напряжение UY2 равное примерно –0,9в (логиче- ская 1).

Через резистор Rn+2 протекает ток ключа и на нем падает напряжение URN+2≈JэRn+2 . Это напряжение поступает на эмиттерный повторитель VTn+4. На выходе VTn+4 напряжение UY1≈-1,7в (логический 0).

Если на один из входов Х0…Хn подать напряжение логической 1, то соот- ветствующий транзистор перейдет в активный режим и ключ изменит свое со- стояние. Это приведет к тому, что на выходе UY2 будет формироваться логиче-

ский 0, а на выходе UY1 - логическая 1.

Таким образом, рассмотренная схема реализует по выходу Y2 операцию ИЛИ-НЕ, а по выходу Y1-операцию ИЛИ

Y1 = (X0 + X1 + ×××Xn ), Y2 = (X0 + X1 + ×××Xn ).

Для повышения помехоустойчивости БЛЭ ключ и эмиттерные повторите- ли питаются по раздельным цепям питания. Действительно ток потребляемый

126

ключом постоянен, а ток потребляемый эмиттерными повторителями импульс- ный.

Статические характеристики БЛЭ приведены на рис.154

а) б) в)

Рис.154 Статические характеристики БЛЭ ЭСЛ передаточная (а), входная (б), выходная (в).

Входное напряжение вблизи Uоп= -1,3 является запрещенным. Логиче- ский перепад выходного напряжения составляет примерно 0,88в. Выходное со-

противление элемента мало. Основные серии 100, 500, 1500. Напряжение пита-

ния Uп=-5,2±10%в.

Базовый элемент интегрально-инжекторной логики применяется в БИС и состоит только из полупроводниковых транзисторов, отличается высо- кой технологичностью и низким напряжением питания. Схема БЛЭ приведена

внешним резистором R, который является общим на группу элементов.

Важной особенностью элемента И2Л является возможность изменять ток инжектора в пределах от 1нА до 1мА и тем самым менять его быстродействие.

Принцип работы схемы И2Л заключается в следующем. Допустим сигнал на входе элемента присутствует (лог. 1). В этом случае ток инжектора втекает в базу транзистора VT2, насыщает его и на его выходах создается логический 0. Реально выходное напряжение равно 0,1ч0,2в. Если на вход элемента подклю- чить сигнал “0” (Uвх≈0,1ч0,2в), то транзистор запирается и ток инжектора не проходит через эмиттерный переход транзистора VT2 . Напряжение на выходе элемента определяется внешними цепями и равно ≈(0,6-0,7)в

127

Рис.156 Реализация логической операции на БЛЭ И2Л.

Х1+Х2 Ввиду небольшой помехоустойчивости БЛЭ И2Л используются только в

составе БИС и СБИС.

Базовый логический элемент на МДП -транзисторах. Особенностью БЛЭ является то, что нагрузкой ключа является МДП-транзистор и в схеме от- сутствуют пассивные элементы. Входное сопротивление транзисторов очень

велико -до 1012 ом. На рис. 157 приведены схемы БЛЭ КМОП –типа, реали- зующие логические функции 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ. На входах элемента установ- лены диоды для защиты от обратного напряжения и статического напряжения. БЛЭ КМОП –типа отличается минимальным потреблением в статическом ре-

жиме Jпотр.ст≈0,1ч0,5мкА. Однако потребление резко возрастает при работе в динамическом режиме (в сотни и тысячи раз). Уровень логического нуля U0=0,

а уровень единицы U1=Uп . Благодаря такому большому перепаду БЛЭ обладает большой помехоустойчивостью. Микросхемы, построенные на основе БЛЭ КМОП –типа могут работать в широком интервале напряжения питания (от 3в до 18в). Основные серии 176, 164, 561, 564, 1561, 1564. Микросхемы этих серий могут работать друг с другом и отличаются быстродействием. Входные токи составляют мкА, выходные 0,5ч1мА. Исключение составляют микросхемы К562ЛН1, К561Н2, К561ЛУ4, которые обеспечивают выходной ток до 8мА. Максимальная рабочая частота не превышает 5МГц.

Особый интерес представляют микросхемы серии К1554, которые отно- сятся к КПОП структурам, но по функциональному назначению соответствуют серии К555. Микросхемы работают в интервале напряжений (2-6)в, обеспечи- вают нагрузочный ток до 24мА и имеют быстродействие 100ч150 МГц.

128

Un

VT3

VT4

VT4

Рис.157 Схема БЛЭ КМОП –типа,реализующая операцию ИЛИ-НЕ (а) и И-НЕ (б)

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1.Что называется системой счисления?

2.Правило перевода числа из десятичной системы в систему с основанием q.

3.Как перевести число из двоичной системы счисления в десятичную?

4.Сколько ФАЛ существует для одной переменной Х1?

5.Сколько ФАЛ существует для двух переменных Х1 и Х2?

6.Поясните операцию логического умножения.

7.Приведите условное обозначение операций И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ;

8.Перечислите основные способы записи ФАЛ;

9.Что представляет собой ДНФ и КНФ записи ФАЛ;

10.Что такое карта Вейча?

11.Представьте карты Вейча для двух, трех и четырех переменных?

12.В чем заключается минимизация неопределенной ФАЛ?

13.На какие группы подразделяются цифровые устройства?

14.Что называется дешифратором?

15.Что представляет собой шифратор?

16.Каково назначение преобразователя кода?

17.Запишите ФАЛ, описывающую работу мультиплексора.

18.Что такое демультиплексор?

19.Что представляет собой одноразрядный комбинационный сумматор?

20.Назначение цифровых компараторов.

21.Приведите классификацию триггеров.

22.Нарисуйте синхронный RS-триггер на ЛЭ И-НЕ.

23.Что представляет собой Д-триггер?

129

24.Что представляет собой Т-триггер?

25.Нарисуйте схему двухступенчатого jk-триггера.

26.Назовите особенности работы триггера с динамическим управлением.

27.Классификация регистров.

28.Нарисуйте четырех разрядный параллельный регистр на Д-триггерах.

29.Какие операции могут выполняться в сдвигающих регистрах?

30.Что называется счетчиком?

31.Какой счетчик называется двоичным?

32.Нарисуйте счетчик с коэффициентом пересчета Кпер=10.

33.Что представляет собой накапливающий сумматор.

34.Назовите основные требования к БЛЭ.

35.Что такое коэффициент разветвления по выходу?

36.Назовите основные типы БЛЭ и область их применения?

37.Приведите схему базового элемента 3И-НЕ ТТЛ.

38.Назначение диодов Шотки в схемах БЛЭ ТТЛШ.

39.Нарисуйте токовый ключ БЛЭ ЭСЛ.

40.Нарисуйте БЛЭ КМОП –типа, реализующий операцию 2И-НЕ.

130