Импульсные устройства. Основные понятия и определения импульсной техники. Электронные ключи. Интегральные логические схемы, страница 22

Задача разработчика ИЛС (любых типов) состоит в определении функциональных параметров схемы с учётом существующего разброса параметров транзисторов и допустимого разброса параметров переключения. Как было показано, максимальная степень насыщения  определяет увеличение задержки переключения и должна быть определена, исходя из этого условия. Минимальная величина  связана с помехоустойчивостью к открывающей помехе, например, при  помехоустойчивость примерно равна . Кроме того, используемая микроэлектронная технология изготовления ИЛС определяет вероятный разброс коэффициентов усиления . В этих условиях параметры ИЛС  должны определяться по (3.3.2) для наихудшего случая.

Определим  величину коэффициента разветвления (нагрузочной способности) РТЛ, используя (3.3.2):

.                                          (3.3.3)

В этом выражении  для наихудшего случая , и заданная по условиям помехоустойчивости  величина  должна реализовываться  при единственном открытом транзисторе схемы-нагрузки . При этом   нагрузочная способность ИЛС определяется неравенством:

.                                    (3.3.4)

По мере открытия «посторонних» информационных входов в схеме-нагрузке уменьшается   коллекторный ток  с соответствующим увеличением степени насыщения. В результате коэффициент объединения по входу  ограничивается допустимой по условиям быстродействия величиной степени насыщения  и максимальным коэффициентом усиления . Подставляя  в (3.3.3), получим

 .                                (3.3.5)

Таким образом, степень насыщения транзисторов в РТЛ схемах изменяется пропорционально числу входов схемы (разброс значений  при современной микроэлектронной технологии невелик).

Статическая  мощность потребления  РТЛ определяется для транзисторов в состоянии насыщения как  , а для закрытых транзисторов как .  Как отмечалось в 2.2.8, в стохастическом процессе переключения ИЛС эти мощности усредняются. В микроэлектронной схеме усреднение расходуемой мощности естественно происходит между близко расположенными элементами. Отмечалось также, что топологическая близость переключаемых элементов уменьшает скачки тока в цепях питания и тем снижает генерирование помех другим схемам цифрового устройства.

Схемы РТЛ были первыми ИЛС, выпускавшимися отечественной промышленностью. Они были представлены сериями 112, 113, 114, обладавшими малой потребляемой мощностью, близкой к 1 мВт, но большим временем задержки около 100-400 нс. В современных ИЛС структура  РТЛ   используется   многообразно.

3.4. Интегральные схемы  транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ)

3.4.1. Базовый элемент ТТЛ

При знакомстве с ИЛС, выполняющими логическую операцию И, были рассмотрены схемы с диодами (рис.3.3). Развитие этой схемотехники в соответствии с возможностями микроэлектронной технологии привело к созданию одного из наиболее распространённых видов ИЛС -  транзисторно-транзисторной логики. Базовый элемент ТТЛ показан на рис.3.7.

Рис.3.8

При создании ТТЛ был разработан многоэмиттерный транзистор , число эмиттеров которого определяет число  входных переменных ИЛС. Многоэмиттерный транзистор используется в режиме переключения тока, протекающего от источника  через резистор . Если на все входы  поданы единичные значения переменных, то все эмиттерные входы закрыты,  ток от источника  через резистор  поступает в базу транзистора  и переводит его в режим насыщения (логическая операция И-НЕ). Если хотя бы на один из входов  подаётся нулевое напряжение, соответствующий эмиттерный переход открывается,  и ток через резистор  переключается в этот эмиттер. Надёжное переключение возможно, если напряжение логического нуля входа  в сумме с напряжением эмиттерного перехода многоэмиттерного транзистора  меньше, чем напряжение  открытия базового перехода . Для достижения этого в цепь базы  устанавливают диод . Считая напряжения открытия переходов база-эмиттер многоэмиттерного транзистора, транзистора  и диода  равными ,  определим помехоустойчивость к запирающей помехе

, где    - напряжение на насыщенном транзисторе схемы – генератора, присоединённой к входу .