Трехустойчивый элемент ТТЛ-типа

Элементы ТТЛ широко используются в качестве элементной базы быстродействующих цифровых микросхем. Схема ТТЛ со сложным инвертором осуществляет логическую операцию И-НЕ. При наличии на входах напряжения логического «0» многоэмиттерный транзистор VT1 находится в режиме насыщения, а транзистор VT2 закрыт. Следовательно, закрыт и транзистор VT4, поскольку ток через резистор R4 не протекает и напряжение база-эммитер транзистора VT4 равно 0. Транзистор VT3 открыт, так как его база подключена к источнику питания E_пит  через резистор R2. Сопротивление резистора R3 невелико, поэтому VT3 работает как эммитерный повторитель. Через транзистор VT3 и диод VD протекает ток Iк3, и выходное напряжение почти равно напряжению источника питания (не учитываем падение напряжения на резисторе R2, напряжение база-эмиттер открытого транзистора VT3, падение напряжения на диоде).

При увеличении напряжения на всех входах потенциал базы VT2 возрастает и при Uвх=Uбэнас-Uкэнас  транзистор VT2 открывается и начинает протекать коллекторный ток транзистора VT2 через резисторы VT2 и VT3. В результате базовый ток VT3 уменьшается, падение напряжения на нем увеличивается и выходное напряжение снижается. Пока на резисторе падение напряжения Ur4<Uбэнас ,транзистор VT4 закрыт.Когда Uвх=2Uбэнас-Uкэнас , открывается транзистор VT4. Дальнейшее увеличение входного напряжения приводит к насыщению VT2 и VT4 и переходу VT1 в инверсный режим. Чтобы диод и транзистор VT3 были открыты, необходимо, Uab>2Uбэнас, но это не выполняется (т.к. Uа=Uбэнас+Uкэнас, Uб=Uкэнас, Uаб=Uа-Uб=Uбэнас). Следовательно, напряжении на выходе схемы соответствует логическому «0» и равно Uкэнас.

Схемы со сложным инвертором нельзя объединять по выходам для реализации монтажного И. Если произвести такое соединение, то в состоянии, когда один из элементов имеет на выходе низкий потенциал, а другой высокий потенциал, то через последовательно соединенные транзистор VT4 одной схемы и транзистор VT3 другой схемы потечет значительный сквозной ток, величина которого ограничена резистором R4. При этом резко возрастает потребляемая мощность и возможен выход схем из строя, так как транзисторы обычно не рассчитаны на длительное протекание больших токов.

Но во многих цифровых устройствах, где несколько узлов или блоков работает на общую магистраль, такое объединение выходов является необходимым. В этом случае используются элементы ТТЛ, которые кроме двух обычных состояний имеют третье, «отключенное» состояние, которое обеспечивает режим с «бесконечно большим» выходным сопротивлением, в котором элемент полностью отключен от нагрузки, то есть не потребляет и не отдает ток.

А) При подаче на управляющий вход Z низкого напряжения VT4 закрыт и схема работает как обычный элемент.

Б) При подаче высокого напряжения транзистор  VTz  насыщается и обеспечивает закрытое состояние VT4 и  VT3.

Характеристики схемы:

           

Расчет элементов схемы:

Рассмотрим работу схемы, когда на входе все логические «0».

VT1 – открыт и насыщен.

Следовательно, VT2 и VT4 – закрыты.

VT3 – открыт.

На выходе “высокий” уровень напряжения .

Расчет  и .

 

, так как I_кбо мало, то вторым слагаемым можно пренебречь.

Рассмотрим работу схемы, когда на входе все логические «1».

VT1: Переход БЭ обратно смещен.

Переход БК смещен в прямом направлении. 

Т.е транзистор VT1 работает в инверсном режиме.

Следовательно VT2 и VT4 – открыты и насыщены.

VT3:

Т.е VT3 – закрыт.

На выходе “низкий” уровень напряжения .

Расчет   и .

   

Определим ток через резистор при закрытом VT3 и открытом VT2.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТИЕТ

Кафедра    _____________Промышленной электроники________________

                                                (полное наименование кафедры)

Курсовая  работа

Трехустойчивый элемент ТТЛ типа

Факультет:  РЭФ

Группа:  РМ 2-41

Выполнил: Антонова О. В.

Проверил:  Орлик В. В.

Новосибирск  2007