Импульсные устройства. Основные понятия и определения импульсной техники. Электронные ключи. Интегральные логические схемы, страница 24

Назначение резистора  состоит в ограничении максимальной величины импульса тока заряда конденсатора  при переключении, создающего по цепи питания помехи другим схемам устройства.       Сопротивление  выбирается так, чтобы  был открыт с небольшой степенью насыщения. В типовом случае  и насыщение  обеспечивается при . Заметим, что насыщение  происходит при очень малом коллекторном токе , т.е. избыточный заряд в базе невелик и процесс обратного переключения не сопровождается значительным временем этапа задержки.

Таким образом, после закрытия  и  и  насыщения  на выходе сложного инвертора устанавливается напряжение логической единицы

.                  (3.4.2)

При типовом напряжении питания  и  величинах   В  и В получаем В.  Назначение  диода будет выяснено  позднее.

Обратное переключение происходит при закрытии всех логических входов ТТЛ схемы. При этом ток резистора  переключается в базу  и переводит транзистор в активный режим. Эмиттерный ток  поступает в базу  и открывает его. В результате достигается большой коэффициент усиления тока двух транзисторов    (пара Дарлингтона).  Усиленный ток   быстро разряжает паразитную ёмкость . По окончании разряда при типовых сопротивлениях резисторов  и  транзисторы  и  переходят в насыщение и на выходе устанавливается напряжение логического нуля, равное напряжению насыщения :

.                                    (3.4.3)

Транзистор  при этом должен перейти в отсечку. Напряжение на базе  относительно «земли» равно сумме напряжения насыщения  и напряжения  на базе : В. Для обеспечения закрытия  в цепь его эмиттера устанавливается диод ,  в результате напряжение на эмиттере В, т.е.  При этом помехоустойчивость   по отношению к открывающей помехе оценивается величиной напряжения отпирания .

3.4.3. Потребляемая мощность ИЛС

На примере рассматриваемого элемента ТТЛ выясним основные характеристики показателей мощности, потребляемой ИЛС различных типов, используя сведения, приведенные в 2.2.7.

Статическая мощность потребления элемента ТТЛ со сложным инвертором различается в режимах закрытого и открытого . В первом случае на выходе элемента напряжение логической  единицы,  ток источника  протекает через резистор  и базо-эмиттерный переход многоэмиттерного  транзистора: . При выбранных типовых параметрах ТТЛ  этот ток составляет около 1 мА, т.е. потребляемая мощность 5 мВт.  Транзисторы  и  закрыты и энергии не потребляют.

В состоянии логического нуля  открыт,ток через  имеет  почти ту же величину  мА,  но потребляемая мощность увеличивается за счёт коллекторного  тока  .  При типовом сопротивлении  кОм  ток мА. В результате суммарная потребляемая мощность  мВт. Заметное различие потребляемой мощности в состояниях логического нуля и единицы относится, как отмечалось, к недостаткам ТТЛ ИЛС, генерирующей при скачках тока в цепи питания помехи другим схемам. В паспортных данных ИЛС приводится среднее значение потребляемой мощности: 10 мВт. Удвоенную мощность потребляют две расположенные рядом микроэлектронные схемы ТТЛ: генератора и нагрузки,  при этом физически усредняется тепловой режим и практически устраняются проблемы, связанные со скачками тока в цепи питания.

            Динамическая мощность, потребляемая транзисторами ИЛС.

В статическом состоянии ИЛС мощность расходуется в резисторах, через которые протекают токи, а транзисторы находятся в насыщении или в отсечке и поэтому практически не потребляют энергии, поскольку либо напряжение на коллекторе близко к нулю, либо ток практически отсутствует. Это положение нарушается в процессе переключения транзистора, когда  в середине активного участка произведение тока на напряжение, т.е. коллекторная мощность, достигает максимума. В разделе 2.2.7 отмечалось, что мощность в активном режиме незначительно отличается от статической мощности и обычно усредняется на полном интервале переключения.

Вторая причина расхода динамической мощности в процессе переключения связана с перезарядом паразитных ёмкостей (на рис.3.9). Этот процесс не зависит от скорости переключения. Известно, что при заряде или разряде ёмкости через резистор энергетический к.п.д. равен 50%.  При накоплении или расходе энергии   ровно столько же расходуется на тепловые потери. Поэтому в ТТЛ схеме рис.3.9 перезаряд ёмкости  требует затраты энергии  при каждом переключении. Следовательно, динамическая мощность, расходуемая на перезаряд паразитных ёмкостей, прямо пропорциональна частоте переключений :