9.8. Базовые логические элементы цифровых

интегральных микросхем

Логические интегральные микросхемы, выпускаются в виде серии логических элементов. Логические интегральные микросхемы, выполненные по биполярной технологии и схемотехнической реализации, делятся на следующие группы:

1. Транзисторная логика с непосредственной связью между логическими элементами (ТЛНС).

2. Транзисторная логика с резистивными связями между логическими элементами (ТРЛ).

3. Резистивно–емкостная транзисторная логика (РЕТЛ).

4. Диодно–транзисторная логика (ДТЛ).

5. Транзисторно–транзисторная логика (ТТЛ).

6. Эмиттерно–связанная логика.

7. Инжекционная интегральная логика И²Л.

С применением полевых транзисторов наибольшее развитие получили микросхемы КМДП логики.

Серии цифровых интегральных микросхем ТЛНС, ТРЛ, РЕТЛ, ДТЛ хотя и продолжают выпускаться промышленностью, но используются для комплектации находящейся в эксплуатации электронной аппаратуры и не используются в новых разработках. Наиболее интенсивное распространение в настоящее время получили серии цифровых интегральных микросхем, построенных на основе ТТЛ, ЭСЛ, И²Л, КМПД логики.

Разработка каждой серии микросхем начинается с базового логического элемента – основы всех элементов, узлов и устройств серии. Базовые логические элементы выполняют либо операцию И–НЕ, либо ИЛИ–НЕ. Разнообразие типов базовых элементов объясняется тем, что каждый из них имеет свои достоинства и свою область применения.

9.9. Диодно–транзисторная логика

Диодно–транзисторная логика (ДТЛ) представляет собой сочетание диодных логических ячеек с транзисторным инвертором. Базовым логическим элементом всех серий ДТЛ является элемент Шеффера (элемент И–НЕ), реализующий операцию логического умножения с отрицанием. Промышленностью выпускается следующий перечень серий элементов ДТЛ: К104, К109, К121, К128, К146, К202, К215, К217, К218, К221, К240, К511.

Схема логического элемента ДТЛ представлена на рис. 9.14.

Входные диоды VD1…VD3 и резистор R₁ образуют входную логическую схему, выполняющую в положительной логике операцию И. Инвертор на транзисторе VТ1 выполняет логическую операцию НЕ, усиливает и формирует сигналы на выходе до стандартного уровня. Смещающие диоды VD4 и VD5 пред-

назначены для увеличения порога запирания и помехоустойчивости схемы в закрытом состоянии, а резистор R₂ и обеспечивают оптимальную величину тока этих диодов. Диоды VD1…VD3 должны обладать минимальным сопротивлением в проводящем состоянии; высоким (максимальным) обратным напряжением; малой емкостью и малым временем восстановления обратного сопротивления.

Рассмотрим принцип работы ДТЛ. Пусть на один (или на все входы) подается низкий входной сигнал логического нуля . Входной диод (или все диоды) открывается и оказывается замкнутым на общую шину. От источника питания через резистор R₁, открытый диод и входную цепь протекает ток, при этом потенциал точки a уменьшается до уровня прямого падения напряжения на диоде , где U_пр – падение напряжения на открытом входном диоде. При отсутствии VD4, VD5 потенциал базы транзистора VТ1 был бы положительным, а транзистор – открыт. За счет падения напряжения U_д см на диодах VD4, VD5 потенциал базы транзистора отрицателен – U_б=U_а–2U_дсм, транзистор закрыт и на выходе схемы формируется высокий уровень напряжения логической единицы. Диоды смещения должны обладать большим сопротивлением, чтобы при относительно малом токе получить большое падение напряжения.

При одновременной подаче на все входы высокого уровня напряжения логической единицы диоды VD1…VD3 запираются. Транзистор VT1 переходит в область насыщения за счет тока, протекающего от источника питания через R₁, смещающие диоды VD4, VD5, в базу транзистора. На выходе схемы появляется низкий уровень напряжения, близкий к нулю .

С целью уменьшения входного тока инвертора при действии на входе схемы напряжения логического нуля входную цепь усложняют, включая транзистор VТ1 (рис. 9.15), который работает как эмиттерный повторитель и увеличивает усиление по току. А для улучшения выходных характеристик логического элемента выходной каскад строится по более сложной схеме.

З а счет падения напряжения на эмиттерном переходе транзистора VТ1, работающего в активном (ненасыщенном) режиме, повышается общая помехоустойчивость и уменьшается время переходных процессов при включении и выключении схемы. Сложный инвертор позволяет повысить нагру-зочную способность. Схема обладает малым выходным сопротивлением в обоих состояниях, благодаря чему заряд и разряд паразитных емкостей в нагрузках следующего каскада протекает быстрее, работа этого инвертора будет рассмотрена при рассмотрении базового элемента ТТЛ.