Параметры, соответствующие размерности тока

I⁰_ВХ- входной ток, соответствующий логическому 0 на входе, I¹_ВХ- входной ток, соответствующий логической 1 на входе, I⁰_ВЫХ- выходной ток, соответствующий логическому 0 на выходе, I¹_ВЫХ -выходной ток, соответствующий логической 1 на выходе, I⁰_ПОТР- ток потребляемый Рисунок 1.3 микросхемой, соответствующий логическому 0 на выходе, I¹_ПОТР- ток потребляемый микросхемой, соответствующий логической 1 на выходе. Токи, втекающие в микросхему, считаются положительными, вытекающие – отрицательные.

Параметры, имеющие размерность мощности.

Р⁰_ПОТР= I⁰_ПОТР×Е_ПИТ, Р¹_ПОТР= I¹_ПОТР×Е_ПИТ, Р_{ПОТР СР} =(Р⁰_ПОТ +Р¹_ПОТР)/2

Параметры, имеющие размерность время.

Рисунок 1.4

Время задержки распространения из 0 в 1 - t⁰¹_{ЗД Р} и время задержки распространения из 1 в 0 - t¹⁰_{ЗД Р} (рисунок 1.4). А также среднее время задержки распространения .

1.2.5 Энергия переключения. Используется при сравнении различных типов ИМС W=Р_{ПОТР СР} ×t_{ЗД Р СР}.

Характеристики ЦИМС

Входная I_ВХ=f(U_ВХ), прямой передачи U_ВЫХ=f(U_ВХ), выходная I_ВЫХ=f(U_ВХ). Характеристики будут приведены при рассмотрении конкретных ЦИМС.

Диодно-транзисторная логика

Принцип работы.

Принципиальная схема диодно-транзисторной логики (ДТЛ) изображена на рисунке 1.5. Число входов можно увеличить, подключая диоды параллельно VD1 и VD2, но в этом случае усложнится анализ схемы.

Рисунок 1.5

Предположим, что Е_ПИТ =5 В. Тогда, если БТ закрыт (ток через него отсутствует), напряжение на выходе будет равно 5 В, что соответствует логической ²1² (U¹=5 B). Если БТ находится в режиме насыщения, то на его выходе будет напряжение примерно равное 0,1 В, это соответствует логическому ²0² (U⁰=0,1 B). Принцип работы схемы поясним при помощи таблицы 1.7

Если на оба входа подано напряжение U⁰=0,1 В (рисунок 1.6 б), тогда напряжение в точке А будет равно U_А= 0,8 В. Оно состоит из входного напряжения U⁰ и падения напряжения на диоде, которое примерно равно

Таблица 1.7

Вх 1	Вх 2	UВХ 1, В	UВХ 2, В	UА, В	UБ, В	БТ	UВЫХ, В	Вых
		0,1	0,1	0,8	0,27	Закр
		0,1		0,8	0,27	Закр
			0,1	0,8	0,27	Закр
				2,1	0,7	Откр	0,1

0,7 В. Характеристика диода, выполненного на основе кремния, приведена на рисунке 1.6 а. Из рисунка видно, что при различных токах I₁, I₂, I₃ падение напряжения на диоде примерно составляет 0,7 В.

Предполагая, что все три pn-перехода VD 3, VD 4 и эмиттерный переход (ЭП) транзистора одинаковы, получаем напряжение на базе транзистора (точка Б) составляет U_Б =U_А/3 » 0,27 В. Входная характеристика транзистора соответствует характеристики pn-перехода (рисунок 1.6а), и, следовательно, ток базы отсутствует, ток коллектора равен нулю, транзистор закрыт. Напряжение на выходе будет около 5 В. Падением напряжения на резисторе R3 за счет тока I_КЭ0 можно пренебречь. Это напряжение соответствует логической ²1². (Первая строчка таблицы).

а) б)

Рисунок 1.6

При подаче на вход 1 логической ²1² диод VD 1 будет включен в обрат- ном направлении, ток от источника питания будет проходить через диод VD 2 и напряжение в точке А будет по прежнему равно 0,8 В. Как и в преды -дущем случае транзистор будет закрыт и напряжение на выходе будет соот- ветствовать логической ²1². (Вторая и аналогично третья строчки таблицы).

При подаче на оба входа логической ²1²диоды VD 1 и VD 2 будут включены в обратном направлении, через них будет протекать обратный ток. Основной ток в этом случае протекает через VD 3, VD 4 и эмиттерный пере- ход транзистора. На каждом из pn-переходов падает напряжение 0,7 В (U_А=2,1 В). Резистор R1выбирается таким образом, чтобы транзистор находился в режиме насыщения и тогда напряжение на его коллекторе составит примерно равно 0,1 В, что соответствует логическому ²0² (четвертая строчка таблицы).

Сравнивая два первых и последний столбцы таблицы видим, что данная схема выполняет логическую операцию И-НЕ.

Характеристики ДТЛ.

Схема для снятия входной характеристики I_ВХ= F(U_ВХ) и характеристики прямой передачи U_ВЫХ = F(U_ВХ) приведена на рисунке а. Входная характеристика приведена на рисунке 1.7б, а характеристика прямой передачи на рисунке 1.9а. При нулевом напряжении на входе через диод VD 1 протекает ток I_ВХ=(Е_ПИТ- U_А)/R1 (поскольку он вытекает, то он отрицательный). Транзистор закрыт, ток коллектора отсутствует и на выходе напряжение равно напряжению источника питания. При увеличении входного напряжения диод VD 1 закрывается и входной ток уменьшается.

а) б)

Рисунок 1.7

При напряжении равном примерно 1,8 В ток начинает протекать по цепи VD 3, VD 4 и эмиттерный переход транзистора (ток через эти переходы начинает протекать, когда напряжение на каждом их них достигнет 0,6 В, см. ВАХ кремниего диода). Через диод VD1 в этом случае начинает протекать обратный ток. Ток базы транзистора равен I_Б=(E_ПИТ-U_А)/R1. Транзистор в этом случае переходит в режим насыщения и напряжение на выходе снижается до уровня 0,1 В.

Схема для снятия выходной характеристики приведена на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8

а) б)

Рисунок 1.9

Характеристики снимаются в двух случаях: на вход ИМС подается напряжение логического ²0² (можно подать 0 В) и напряжение, соответствующее логической ²1² (5 В). В первом случае транзистор закрыт и при напряжении, которое подается на выход ИМС с потенциометра, равное 0 В, ток будет равен Е_ПИТ/R3, ток вытекает, поэтому он отрицательный. При подаче напряжения равного 5 В выходной ток будет равен 0.

Во втором случае, хотя транзистор открыт, он шунтируется милли -амперметром, и ток также будет равен Е_ПИТ/R3. При увеличении напряжения, когда оно сравняется с напряжение насыщения транзистора (0,1 В) ток будет равен 0. При дальнейшем увеличении выходная характеристика ИМС будет повторять выходную характеристику транзистора. (Она показана пунктиром, так как мощность рассеивания на коллекторе превышает допустимую).