8. Схема типового элемента ттл

Рассмотрим принцип работы микросхемы ТТЛ на примере элемента И-НЕ, представленного на рисунке 6.

Рис 6. Схема восьмивходового ТТЛ элемента И—НЕ

Схема содержит простые n-p-n транзисторы (VT2-VT5), многоэмиттерный транзистор VT1, а также резисторы R1-R5 и диод VD. Такая схема обеспечивает возможность работы на большую емкостную нагрузку при высоких быстродействии и помехоустойчивости. Схема состоит из следующих каскадов:

входного многоэмиттерного транзистора VT1 с малым инверсным коэффициентом усиления по току,

фазорасщепляющего каскада, построенного на проходном транзисторе VT2 (этот каскад работает в режиме с малым рабочим током и имеет малые емкости p-n переходов);

двухтактного выходного каскада (VT3, VT4). Транзистор VT4 рассчитан на большой рабочий ток и имеет малое время выхода из режима насыщения при переключении схемы. Через этот транзистор стекают на общую шину выходные токи ключей-нагрузок.

Высокое быстродействие микросхем ТТЛ при большой емкостной нагрузке объясняется тем, что как заряд, так и разряд нагрузочной емкости происходит через низкоомную выходную цепь. Однако при переключении выходных транзисторов есть момент, когда они оба открыты. Из-за этого в цепи питания схемы возникают кратковременные, но мощные импульсы тока, которые могут привести к появлению импульсов помехи. Во избежание этого в аппаратуре, построенной с применением микросхем ТТЛ, необходимо создавать цепи питания цифровых микросхем с малой индуктивностью проводников и предусматривать развязку между соседними платами устройства.

Рассмотрим передаточную характеристику ЛЭ И-НЕ (рис. 7).

Рис. 7. Передаточная характеристика элемента И—НЕ стандартной серии ТТЛ для Т=25°

При Uвх1=0 (на один из эмиттеров транзистора VT1 подан потенциал «общий») переход база-эмиттер транзистора VT1 открыт, но образующийся при этом потенциал UбVT1=0,8 В не может открыть три p-n перехода: база-коллектор транзистора VT1, база-эмиттер транзистора VT2 и VT4 (для открывания этой цепи необходим потенциал примерно 3х0,6=1,8 В). Потенциал на базе транзистора VT4 близок к нулю и транзистор VT4 закрыт. Потенциал на коллекторе VT2 и базе VT3 близкий к напряжению источника питания +5, открывает переход база-эмиттер транзистора VT3 и диода VD, вызывая ток I1вых. Напряжение на коллекторе транзистора соответственно равно U1вых (участок 1-2).

При увеличении Uвх (на всех эмиттерных входах транзистора VT1) до значения порогового напряжения Uпор1=0,8 В (точка 2 на передаточной характеристике) транзистор VT2 начинает открываться, но транзистор VT4 еще закрыт, при дальнейшем увеличении U вх до значения Uпор2=1,25 В транзистор VT2 открывается, а транзистор VT4 только начинает открываться (точка 3 на передаточной характеристике).

Дальнейшее увеличение Uвх приводит к увеличению потенциала на базе транзистора VT1 до 1,2 В. Этого вполне достаточно, чтобы открыть два перехода: база-коллектор транзистора VT1 и база-эмиттер транзистора VT2. Транзистор VT2 открывается, ток через резистор R2 увеличивается, что вызывает уменьшение напряжения UкVT2. Увеличение тока через резистор R3 вызывает увеличение потенциала на базе транзистора VT4 и приводит к его открыванию. Открытый транзистор VT4 (участок 3-4 передаточной характеристики) шунтирует резистор R3, что резко увеличивает коэффициент передачи транзистора VT2 и вызывает дальнейшее уменьшение напряжения UкVT2. Однако некоторое время транзистор VT4 уже открыт , а транзистор VT3 еще не закрыт, что приводит к броску тока и увеличению мощности, потребляемой от источника питания. Ток потребления ограничивается при этом резистором R4 и объемными сопротивлениями транзисторов VT3, VT4 и диода VD. Это так называемый ток короткого замыкания, который приводит к увеличению потребляемой мощности в динамическом режиме.

При дальнейшем увеличении Uвх транзисторы VT2 и VT4 переходят в режим насыщения (участок 4-5 передаточной характеристики). Потенциалы UкVT3 и UкVT4 соответственно равны 1,2 и 0,3 В. Их разности, равной 0,9 В, недостаточно, чтобы открыть переход база-эмиттер транзистора VT3 и переход диода VD. Наличие диода VD обеспечивает смещение напряжения открывания транзистора VT3 и надежное закрывание его при U0вых=0,3 В.

Заключение

В курсовой работе разработано устройство включения резервного выпрямительного агрегата при перегрузе основного и выключение при снятии перегруза с выдержкой времени Т, а именно:

1. Составлена структурная схема устройства (рис. 3).

2. Изображена электрическая схема ТЭЗ с датчиками и исполнительными цепями (рис. 4).

3. Составлен алгоритм работы устройства (рис. 5).

4. Составлена программа работы устройства (табл. 3).

5. Описан принцип работы ТТЛ на примере элемента И-НЕ

Список используемых источников

Аржанников Б.А., Васильев И.Л., Луковкин К.П., Фролов Л.А. Применение микропроцессоров в устройствах электроснабжения железных дорог: учебно-методическое пособие. – Екатеринбург: УрГУПС, 2008. – 39 с.

Васильев И.Л., Луковкин К.П. Автоматизация устройств электроснабжения. Методическое руководство по лабораторным работам для студентов дневной формы обучения. Часть 2. – Екатеринбург: УрГАПС, 1997. – 26 .

Вычислительная и микропроцессорная техника в устройствах электрических железных дорог / Под ред. Г.Г. Марквардта. – М.: Транспорт, 1989. – 287 с.

Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / Под ред. С.В. Якубовского. – М.: Радио и связь, 1989. – 496 с.