Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 45
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Кафедра РЭС
На тему:
«Электронные ключи. Особенности схемотехники РТЛ и ДТЛ»
МИНСК, 2008 1 Электронные ключи
Ключ – элемент, который под воздействием управляющего сигнала производит различные коммутации (источников питания, активных элементов и т.д.). Электронный ключ является основой для построения более сложных цифровых устройств. При включении активного элемента с общим эмиттером (истоком) ключ выполняет логическую операцию НЕ, т.е. инвертирует входной сигнал. Ключ имеет два состояния: замкнутое и разомкнутое Для реализации ключей используют диоды, биполярные и полевые транзисторы. Рассмотрим простейшие диодные ключи. Особенность диодных ключей состоит в том, что источником энергии для формирования выходного сигнала является источник входного сигнала. Рассмотрим схему соединения ключа последовательно с нагрузкой. Включение ключа параллельно с нагрузкой: На диодных ключах можно выполнять логические операции И либо ИЛИ. На рис. 1,а показана схема и временные диаграммы диодного логического элемента ИЛИ. Напряжение на выходе элемента ИЛИ будет иметь высокий уровень (логическая единица), если высокий уровень (логическая единица) действует хотя бы на одном входе. На рис. 1,б показана схема и временные диаграммы диодного логического элемента И. Напряжение на выходе элемента И будет иметь высокий уровень (логическая единица), если на всех входах действуют высокие уровни (логические единицы). Наличие низкого уровня (логического нуля) хотя бы на одном входе приводит к открыванию соответствующего диода и ток, протекающий через резистор R, будет замыкаться через этот диод на «землю», так что выходное напряжение будет иметь низкий уровень (логический ноль). 1.1 Насыщенный транзисторный ключ на биполярном транзисторе
Рассмотрим режимы работы транзисторного ключа. Выбираем транзистор VTn-p-n типа, схема включения с общим эмиттером показана на рис. 4.2. Рис. 4.2 Для ключа на транзисторе p-n-p типа меняются полярности напряжений. Транзистор в нашей схеме может находиться в одном из трёх состояний: 1) Закрыт (выключен), находится в режиме отсечки (область 1); 2) Открыт, находится в линейной области в активном режиме (область 2); 3) Открыт (включён), находится в режиме насыщения (область 3). 1) Режим отсечки: Режим отсечки создаётся путём подачи на базу VT запирающего отрицательного напряжения 2) Активный режим: Активный режим создаётся путём подачи на базу VT положительного напряжения В активной области между входными и выходными токами существует жесткая связь: 3) Режим насыщения. Такой режим наступает при В режиме насыщения транзистор перестаёт управляться по цепи базы, поэтому ток коллектора насыщения Дальнейшее увеличение входного сигнала при Наступает так называемое насыщение транзистора. Условие насыщения VT может быть представлено в виде: Количественно глубина насыщения VT характеризуется коэффициентом насыщения а также степенью насыщения С физической точки зрения степень насыщения характеризует собой величину избыточного заряда С ростом тока базы растёт по экспоненциальному закону объёмный заряд неосновных носителей в базе VT и на границе насыщения при где Чем больше избыточный заряд 1.2 Статические характеристики ключа
Перепады амплитуд напряжения и тока: Амплитуда выходного напряжения: Передаточная характеристика: Чем уже переходная область, тем лучше передаточная характеристика транзисторного ключа. –идеальная характеристика 1.3 Динамические характеристики электронного ключа
Рассмотрим эпюры токов и напряжений для схемы электронного ключа, изображенной на рисунке ниже. До момента коммутации входной ток Объёмный заряд При выключении транзистора 1.4 Способы увеличения быстродействия ключа на биполярном транзисторе
Основным недостатком насыщенного ключа является относительно низкое его быстродействие, обусловленное рассасыванием избыточного заряда в базе VT. Для повышения быстродействия необходимо строить схемы ненасыщенных ключей. Приведём примеры. 1.Использование ускоряющей ёмкости. Оптимальная форма тока базы для улучшения формы выходного импульса должна иметь следующий вид: Для получения тока такой формы используется форсирующая (уско-ряющая) ёмкость: Назначение форсирующей ёмкости состоит в том, чтобы временно увеличить отпирающий ток базы В момент времени т.к. высокочастотная составляющая входного сигнала проходит через В момент времени т.к. ёмкость В момент времени 2.Использование внешнего фиксирующего источника напряжения. Внешнее смещение можно осуществить по цепи базы или коллектора. В этом случае 3.Использование отрицательной обратной связи. В этой схеме входной базовый ток ограничивается на уровне тока базы насыщения, а избыток базового тока отводится через открытый диод VD в коллекторную цепь транзистора. В этой схеме транзистор не входит в режим насыщения. 2 Серии логических элементов
Исторически развитие импульсной и цифровой техники прошло несколько этапов, разработка основных типов логики: 1.РТЛ – резисторно-транзисторная логика. 2.ДТЛ – диодно-транзисторная логика. 3.ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика. 4.ТТЛШ - транзисторно-транзисторная логика с диодами Шотки. 5.ЭЛС – эмиттерно-связанная логика. 6.МОП (МДП) – логика на униполярных транзисторах с каналами проводимости p- и n-типов. 7. КМОП (КМДП) – логика на основе униполярных транзисторов с использованием дополняющих комплементарных транзисторов. 8. Цифровые интегральные микросхемы выпускаются сериями. Внутри каждой серии имеются объединённые по функциональному признаку группы устройств, имеющие единое конструкторско-технологическое исполнение. Основой каждой серии ИМС является базовый логический элемент. 3 Особенности схемотехники РТЛ
Базовый логический элемент РТЛ представлен на рис., он функционирует согласно логическому выражению: Достоинство этой схемы: использование только двух видов элементов (резисторов и транзисторов). Недостатки схемы: использование двух источников питания, малая нагрузочная способность по выходу, малое быстродействие. Существует другая разновидность этой схемы, обладающая повышенной нагрузочной способностью. 4 Особенности схемотехники ДТЛ
Базовая схема ДТЛ показана на рис. 4.3. Рис. 4.3. Диоды Если на диоды Схема ДТЛ (рис. 3) выполняет логическую функцию nИ-НЕ. ЛИТЕРАТУРА
1. Достанко А.П., Пикуль М.И., Хмыль А.А. Технология производства ЭВМ. Учеб. Мн.: Вышэйшая школа, 2004. 2. Кофанов Ю.Н. Теоретические основы конструирования технологии и надежности РЭС. Учеб. М.: Радио и связь, 2001. 3. Глудкин О.П. Методы и устройства испытаний РЭС и ЭВС. Учеб. М.: Высш. шк., 2001.
|