Схемотехника ТТЛШ и КМОП-транзисторной логики. Каскадное соединение дешифраторов

Лекция 4.

Схемотехника ТТЛШ.

Основным элементом ТТЛШ является транзисторный ключ, выполненный на, так называемом, транзисторе Шотки. Схема такого ключа на транзисторе p-n-p структуры изображена на следующем рисунке:

Очевидно, что при построении такого ключа на транзисторе n-p-n структуры диод VD должен быть включен наоборот.

Транзистором Шотки называется транзистор, у которого параллельно с база-коллекторным переходом включен диод Шотки. Диод Шотки характерен тем, что напряжение отпирания у него на 0,3–0,4 В ниже, чем у обычного p-n перехода. Это обстоятельство становится особенно наглядно при сравнении ВАХ обычного p-n перехода и перехода с барьером Шотки:

При отсутствии диода VD быстродействие ключа ограничивается временем, необходимым для вывода транзистора из режима насыщения (t_расс).

В данном ключе транзистор не переходит в режим насыщения, следовательно, быстродействие такого ключа возрастает.

По мере приближения режима работы транзистора к режиму насыщения, напряжение на база-коллекторном переходе транзистора возрастает от нуля и если бы не было диода, то при напряжении U_кб=0,5 В этот переход открылся бы и транзистор перешел бы в насыщение. Однако, в данном случае уже при U_кб=0,3 В диод открывается и дальнейший рост напряжения U_кб прекращается, следовательно транзистор не входит в режим насыщения. Кроме того, через открывшийся диод с коллектора на базу поступает напряжение отрицательной обратной связи, которое препятствует росту напряжения на коллекторе и, следовательно, неограниченному росту коллекторного тока, что предотвращает пробой транзистора. Т.о. такой ключ может находиться в двух состояниях в открытом и закрытом. При этом, когда транзистор открыт он не насыщен и, как следствие, такой ключ имеет высокое быстродействие.

Принципиальные электрические схемы всех логических элементов ТТЛШ построены по тому же принципу, что и ТТЛ, разница заключается лишь в наличии диодов Шотки. Так же как и в ТТЛ, в ТТЛШ имеются маломощные и мощные серии, которые отличаются друг от друга только номиналами резисторов.

Схемотехника ЭСЛ.

ЭСЛ – эмиттерно-связанная логика – является самой быстродействующей в семействе цифровых логических схем. Повышенное быстродействие ЭСЛ логических элементов обусловлено следующими причинами.

В ЭСЛ все транзисторы работают в активном режиме, следовательно, отсутствует задержка, связанная с t_расс.

Ключ ЭСЛ строится по симметричной схеме дифференциального усилителя, в эмиттерной цепи которого включен генератор стабильного тока I₀.

Симметричность схемы дает ряд дополнительных полезных особенностей. Поскольку в дифференциальном каскаде с ГСТ в общей цепи потребляемый от источника питания ток при переключении остается неизменным, то коммутационные скачки тока по цепи питания отсутствуют. Это связано с тем, что по мере запирания транзистора VT 1 открывается транзистор VT 2. Для обеспечения симметричной работы каскада требуется применение транзисторов с идентичными параметрами, что при использовании интегральных технологий не является сложной задачей. Т.о. уровень внутренних коммутационных помех в схеме оказывается достаточно низким. Это позволяет существенно уменьшить разность между напряжениями логических уровней, а это, в свою очередь, позволяет снизить время перезаряда паразитных емкостей в схеме и, следовательно, повышает быстродействие схемы в целом.

Для дополнительного снижения внутренних коммутационных помех, наличие которых приводит к возникновению паразитных обратных связей через источник питания, в схеме предусмотрено питание мощных выходных каскадов, построенных по схеме ОК, от отдельного источника питания.