Базовый логический элемент И-НЕ серии ТТЛ. Базовый логический элемент И-НЕ серии КМОП. Базовый логический элемент ИС серии ЭСЛ.

Сравнительные характеристики базовых логических элементов ИС различных серий сведены в таблице 16.1.

Таблица 16.1.

Тип серии					Коэффициент разветвления,
ТТЛ	0,2…0,4	2,4…4	Не более 20	5…20	До 10	0,8…1,1
КМОП	0,2…0,4		Не более 0,1	Не более 200	До 200		3…15
ЭСЛ	–1,5	–0,9	20…50	1…3	До 10	Не более 0,3	–5

Базовый логический элемент И – НЕ серии ТТЛ.

На основе ключей на биполярных транзисторах строятся базовые логические элементы (БЛЭ) ИС серии ТТЛ: И-НЕ (штрих Щеффера), ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса), на которых возможна реализация сложных логических устройств с наименьшими затратами аппаратных средств.

Логический элемент И-НЕ имеет условное графическое обозначение, показанное на рисунке 16.5, выполняет логическую операцию

Рисунок 16.5 – Условное графическое обозначение логического элемента И-НЕ

Принцип работы и техническая реализация указанного элемента показаны на рисунке 16.6.

Рисунок 16.6 – Схема базового элемента И-НЕ серии ТТЛ

Основой схемы является многоэмиттерный транзистор VT1, выполняющий операцию конъюнкции (И), фактически он представляет собой интегрированный набор диодов: по числу входов – два и числу выходов – один. Операция НЕ реализуется транзисторами VT2, VT3, VT4 с одновременным усилением выходного сигнала. Диоды VD1, VD2 необходимы для повышения порогов срабатывания транзисторов VT2 и VT3 в целях их надежного запирания при низких уровнях входных напряжений. Резисторы R1... R4 обеспечивают допустимые режимы работы транзисторов по базовым и коллекторным токам транзисторов. Характерной особенностью ТТЛ-схем является напряжение питания +5 В. Типичным представителем рассмотренного базового логического элемента является микросхема серии ТТЛ – К555ЛА3, содержащая четыре двухвходовых элемента И-НЕ.

Базовый логический элемент И - НЕ серии КМОП.

Основой ИС серии КМОП является ключ на полевых транзисторах с дополнительной симметрией. УГО, логическое уравнение, аналогичны приведенным для элемента И - НЕ серии ТТЛ. Напряжение питания ИС этой серии отличается широким диапазоном 3...15 В. Принцип работы базового элемента поясняется схемой, приведенной на рисунке 16.7.

Рисунок 16.7 – Схема базового элемента И-НЕ серии КМОП

Логический элемент И-НЕ серии КМОП обладает высокой помехоустойчивостью: . В связи с высокими выходными сопротивлениями коэффициент разветвления может достигать 100 единиц. Типичным примером выпускаемых ИС рассмотренного типа является К561ЛА7.

Базовый логический элемент ИЛИ - НЕ серии ЭСЛ.

Отличительные особенности логических элементов эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) состоят в следующем: в состоянии «включено» транзисторы работают без насыщения (без накопления избыточного заряда в базе); для повышения помехоустойчивости к общей точке схемы подключен положительный полюс источника питания, поэтому входные и выходные напряжения имеют отрицательную полярность; схема имеет два выхода – прямой и инверсный.

Приведенная на рисунке 16.8 схема базового логического элемента этой серии ИС, выполняет две логические операции: и .

Рисунок 16.8 – Схема базового элемента ИЛИ-НЕ серии ЭСЛ

Транзисторы VT1 и VT5 работают в режиме эмиттерных повторителей, обеспечивая усиление выходных сигналов по мощности. Транзисторы VT2, VT3 являются входными, на их базы подаются напряжения соответствующие логическим уровням и . Транзистор VT4 является опорным, потенциал его базы фиксируется постоянным относительно шины в данном случае с помощью стабилитрона VD1. Все транзисторы имеют одинаковые параметры, поскольку изготовляются в едином технологическом процессе. Резисторы R1, R2 являются коллекторными нагрузками, резистор R3 задает режим работы стабилитрона по току, резисторы R4, R6 – нагрузки эмиттерных повторителей.

Достоинством ИС серии ЭСЛ является высокое быстродействие . К недостаткам ИС серии ЭСЛ относятся высокая потребляемая мощность (более 50 мВт). В связи с этим серия ЭСЛ имеет ограниченное применение. К серии ЭСЛ относятся К1500, К1590.

Контрольные вопросы

1 Что понимается под базовыми логическими элементами?

2 В каких режимах работает транзисторный ключ?

3 Какие методы используются для ускорения переходных процессов в транзисторном ключе?

4 В чем заключаются особенности ключа на полевых транзисторах?

5 Какие активные элементы используются в ИС серий ТТЛ и ТТЛШ?

6 Какие уровни помех допустимы для ИС серий ТТЛ, ТТЛШ?

7. В чем заключаются преимущества и недостатки ИС серии КМОП по сравнению с серией ТТЛ?

8 Какие уровни помех допустимы для ИС серии КМОП?

9 В каком режиме работают транзисторы в ИС серии ЭСЛ?

10 Какие уровни помех допустимы для ИС серии ЭСЛ?

11 Приведите сравнительные характеристики ИС серий ТТЛ, КМОП, ЭСЛ по потребляемой мощности, быстродействию и помехоустойчивости.

Лекция 17