Микромощные микросхемы ттл
Эти микросхемы в сравнении с приборами универсальных серий потребляют гораздо меньше энергии, но обладают меньшим быстродействием. К ним
относятся 134 и 734 (бескорпусная) серии.
Принципиальная схема базового элемента (рис. 3.14) мало отличается от схем соответствующих элементов универсальных серий. Различие в основном состоит в номиналах резисторов.
Рис. 3.14. Схема базового элемента микромощных серий
Поскольку сопротивления тут достаточно велики, мощность, рассеиваемая на каждом транзисторе микросхемы, мала. С увеличением сопротивления быстродействие микросхемы падает (требуется большее время на перезаряд емкостей). Однако с уменьшением мощности уменьшаются габариты, а значит, и емкости. Мощность уменьшается в 10 раз, а входная емкость С0 – в 3–5 раз.
Микросхемы ттл повышенного быстродействия
Быстродействие микросхем можно повысить двумя путями:
а) уменьшая сопротивление резисторов и паразитные емкости;
б) предотвращая насыщение транзисторов схемы, а следовательно, и накопление носителей зарядов в их базах.
Малые сопротивления используются в микросхемах серий 130 и 131 (tзд.р – 12 нс при Р – 23 мВт). Базовый элемент, в принципе, не отличается от аналогичных элементов других серий ТТЛ (рис. 3.15).
Рис. 3.15. Базовый элемент микросхем ТТЛ повышенного быстродействия
Выходной каскад с парой совмещенных транзисторов (схема Дарлингтона) обладает меньшим выходным сопротивлением, что способствует повышению быстродействия. Некоторые логические элементы и триггеры этих серий могут работать на частотах до 50 МГц.
Более результативный и перспективный путь повышения быстродействия микросхем связан с применением транзисторов с барьером Шотки.
Микросхемы ттл с транзисторами Шотки
Микросхемы этого вида среди других изделий ТТЛ имеют максимальное быстродействие при умеренном потреблении мощности.
В p-n-переходе обычного диода, смещенном в прямом направлении, перенос тока обусловлен инжекцией неосновных носителей из одной области полупроводника в другую. Вследствие этого после переключения приложенного напряжения с прямого на обратное, ток протекает некоторое время, пока избыточная концентрация неосновных носителей не снизится до 0 (время рассасывания).
Основой диода Шотки является полупроводниковая пластинка с электронной электропроводностью, на которой создается высокоомная пленка толщиной 1–1,5 мкм полупроводника n-типа. На поверхность пленки наносят металлический слой, служащий одновременно электрическим контактом (рис. 3.16). Если к такому переходу приложить внешнее напряжение, то практически все падение напряжения будет приходиться на узкую высокоомную область, напряженность электрического поля в которой достигает значительных величин (до 106 В/м). В результате электроны приобретают энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера перехода металл-полупроводник и переходят в металлический слой.
Рис. 3.16. Диод Шотки: а – структура диода; б – условное обозначение
Здесь перенос тока обусловлен основными носителями – электронами, которые под действием высокого напряжения переходят из полупроводника в металл. Неосновные носители заряда при этом не накапливаются. Благодаря этому время выключения диода при смене полярности подключенного напряжения очень мало (до 100 пс = 0,1 нс). Для p-n-перехода это время равно 1 – 100 нс.
Другое достоинство диодов Шотки в том, что они отпираются при напряжении 0,2 – 0,4 В (против 0,4 – 0,7 для p-n-перехода).
Диоды Шотки подключают параллельно коллекторному переходу транзистора (рис. 3.17), придавая ему новые свойства. Такие транзисторы называются транзисторами Шотки.
Когда транзистор заперт или находится в ненасыщенном режиме, потенциал коллектора выше потенциала базы, диод смещен в обратном направлении и не влияет на работу транзистора. Если в процессе отпирания транзистора потенциал коллектора становится ниже потенциала базы, диод открывается и на нем прямое падение напряжения Uд < 0,4 В. Это же напряжение приложено и к коллекторному переходу транзистора. При таком напряжении в транзисторе не возникает режима насыщения и связанного с ним накопления избыточных зарядов. При разности потенциалов между коллектором и базой меньше 0,4 В коллекторный переход практически заперт, а следовательно, не возникает режима насыщения и накопления избыточных зарядов. Благодаря этому при запирании транзистора исключается задержка, связанная с рассасыванием избыточного заряда. Эти свойства дают возможность увеличить быстродействие транзисторов с диодами Шотки и микросхем, в которых они применяются.
Рис. 3.17. Транзистор Шотки: а – структура транзистора; б – условное обозначение
Схемы базовых элементов микросхем ТТЛШ представлены на рис. 3.18 и 3.19. Они повторяют рассмотренные ранее схемы базовых элементов ТТЛ. Отличие состоит в использовании в составе схем диодов и транзисторов Шотки. На рис. 3.18 представлена схема типового элемента ТТЛШ серий К530 и К531.
Рис. 3.18. Схема базового элемента ТТЛШ
Элемент реализует операцию 4И–НЕ.
В сравнении со схемой базового элемента универсальных серий ТТЛ (см. рис. 3.9) в схеме ТТЛШ внесены следующие изменения:
используются только диоды и транзисторы Шотки (за исключением транзистора VT4, который не переходит в режим насыщения);
верхний транзистор выходного каскада выполнен по схеме Дарлингтона на транзисторах VT4 и VT6 , который увеличивает значение коэффициента усиления базового тока, что обеспечивает большие токи в нагрузке и повышает быстродействие элемента;
в цепь коллектора транзистора VT4 включен резистор R6, который ограничивает амплитуду “сквозного” тока от источника питания на общий провод в моменты переключения выходных транзисторов; резистор R5 обеспечивает прохождение обратного тока IК0 транзистора VT4.
На рис. 3.19 представлена схема типового элемента ТТЛШ серий К533 и К555. Элемент реализует операцию 2И–НЕ.
Рис. 3.19. Схема маломощного базового элемента ТТЛШ
Входная цепь этой схемы реализована на диодах VD1, VD2 и резисторе R1. Коллектор транзистора VT2 соединен с базой транзистора VT4 через диод VD5 и с выходом микросхемы через резистор R5. Это способствует уменьшению времени перезарядки паразитных емкостей нагрузки. Работа входной цепи аналогична работе входной цепи элемента ДТЛ (см. рис. 3.3).
В микросхемах новых серий КР1531 и КР1533, изготовляемых по новейшей технологии, в несколько раз уменьшена площадь, занимаемая элементами на кристалле. При этом существенно уменьшены потребляемая мощность, работа переключения и входные токи при низких уровнях входных напряжений ( Iвх0 ≤ 0,1 мА).