Ттл-элемент

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) 01) (д11 4 Н 03 K )9/088

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3927453/24-21 (22) 04.07.85 (46) 30.11.86.Бюл. и 44 (72) С.К.Желтышев, В.Н.Коннов, В.А.Андронова и Е.П.Бугаева (53) 621.374 088.8 (56) Букреев И.Н. и др. Микроэлектронные схемы цифровых устройств.

М.: Сов.радио, 1975, с.27, рис.!.17 °

Шагурин И.И.Транзисторно-транзисторные логические схемы. М.:Сов. радио, 1974, с.93, рис.3.3б. (54) ТТЛ-ЭЛЕМЕНТ (57) Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике ° Может быть использовано в цифровых логических схемах. Цель изобрете" ния — увеличение быстродействия и повышение помехоустойчивости ТТЛвентиля. Для этого в устройство введены резистор 15 и транзистор 16 типа р-и-р. Кроме того, устройство содержит резисторы 3,4,7,9,13,17, транзисторы 1,6,8,12,14, диод 10, В устройстве возможны различные ва- рианты организации обратной связи.

1274150

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в цифровых логических схемах, когда требуется повышенное быстродействие и помехоустойчивость, 5

Целью изобретения является увеличение быстродействия и повышение помехозащищенности ТТЛ-элемента.

На чертеже представлена принципиальная схема ТТЛ-элемента с исполь- !О

В схему ТТЛ-элемента введена цепь обратной связи. Зто позволяет при включении элемента сделать высокоомным сопротивление. базовой цепи второго выходного транзистора 12, что ускоряет включение элемента. При выключении элемента цепь обратной зованием в качестве входного элемента и-р-и транзистора.

ТТЛ-элемент содержит входной элемент 1, первый вывод которого соединен с входом 2, второй вывод через последовательно соединенные первый и второй резисторы 3 и 4 подключен к шине питания 5, а тре вЂ, тий вывод соецинен с базой фазоразделительного транзистора 6 типа

20 п-р-п, коллектор которого через третий резистор 7 соединен с шиной питания 5 и с базой первого выходного транзистора 8 типа п-р-п,коллектор которого через четвертый резистор 9 соединен с шиной питания 5, а эмиттер через диод 10 подключен к выходу

11 и коллектору второго выходного транзистора 12, эмиттер которого соединен с общей шиной, а база — с ЗО эмиттером 6 и через пятый резистор

13 — с коллектором рассасывающего транзистора 14 типа п-р-п, эмиттер которого соединен с общей шиной, база через седьмой резистор 15 — с общей шиной и с коллектором дополнительного транзистора 16, база которого подключена к эмиттеру транзистора 8, а эмиттер через шестой резистор 17 подключен к точке соеди- 40 нения резисторов 3 и 4.

В качестве входного элемента в предложенном ТТЛ-элементе кроме и-р-и может быть использован р-и-р транзистор, диод Й3ти диод Шоттки.

Рассмотрим работу предложенного

ТТЛ-элемента, когда в качестве входного элемента 1 включен и-р-и транзистор.

ТТЛ-элемент работает следующим образом, связи позволяет сделать ниэкоомным сопротивление базовой цепи транзистора 12, что ускоряет выключение. элемента.

При никзком уровне напряжения на ° входе 2 (логическом "0") транзистор

1 находится в режиме насыщения.

На коллекторе транзистора 1 уровень напряжения

11» - ". ..х где U „ — напряжение логического "0" на входе 2; падение напряжения коллек-! тор-эмиттер входного транзистора 1 в режиме насыщения.

Уровня напряжения U недостаточно для включения транзисторов 6 и 12, поэтому они выключены. Диод 10, транзистор 8 включены. Транзистор 8 находится в активном режиме. На выходе

11 устанавливается уровень напряжения логической "1".

"вы.= "сс 4э — П х где U — напряжение источника питания;

Ue — падение найряжения на переходе база — эмиттер включенного транзистора;

11 — падение напряжения на включенном диоде.

На базе транзистора 1 устанавливается потенциал

П и Uai Ue

Величины резисторов 4,3 и 17 выбираются такими, чтобы потенциал на эмиттере транзистора 16 был меньше, чем на базе транзистора 16. При этом транзистор 16 закрыт. Следовательно, закрыт и транзистор !4. Тока через резистор 13 нет.

В общей точке подключения резисторов 3,4 и 17 устанавливается потенциал о

Ucc Ивх + Пкэ ) о

R + R

R +(U + U )< в

3 вх 4Э где Ue; — потенциал на базе транзистора 16, П РПсс — П г,, (2)

П вЂ” падение напряжения на включенном переходе транзистора 8;

1274150 (4)

5 где Пв„, — падение напряжения на включенном диоде 10

Понижение потенциала приводит к включению транзистора 16, который переходит в активный режим. Включение транзистора 16 приводит к тому, что включается транзистор 14, появляется ток резистора 13. Причем, чем меньше величина резистора 13, тем меньше базовый ток транзистора 12 и тем меньше степень насыщения транзистора 12.

При включении транзистора l6 и переходе транзистора l в инверсный режим в общей точке резисторов 3, 4 и 17 устанавливается некоторый потенциал U . .При этом ток резистора 4 равен сумме токов резисторов 3 и 17:

При повышении входного напряжения растет потенциал на коллекторе транзистора I. Транзистор остается в режиме насыщения до тех пор, пока потенциал на его коллекторе не достигнет величины а2 U+ °

Транзистор 16 закрыт, пока потенциал на его базе не будет ниже величины (1) на величину напряжения открывания перехода база — эмиттер.

Поэтому при повышении входного напряжения до величины

Us 2 Ъэ вэн

45

U, — напряжение на шине питания 5;

R 3,R — сопротивление резисторов Зи4.

При логическом "0" на входе 2 ток потребления равен входному току логического "0" на входе, поскольку при отсутствии нагрузки токами резисторов 7 и 9 можно пренебречь.

При напряжении логического "0" на входе должно выполняться условие (1), которое с учетом (2) имеет вид

О

Псс (Цвх + Пюэ ) R +(Uo +

R + R з

3 в (3) сс дэз не ответвляется ток в резистор 13, так как транзистор 14 закрыт и отсутствует пологий участок передаточной характеристики в диапазоне входных напряжений 35

Ъэ- Поэм Пвх 2 Ъэ Пкэи. и транзисторы 6 и 12 начинают переключаться одновременно.

Схема обладает улучшенной пере40 даточной характеристикой, следовательно, улучшается помехозащищенность в состоянии логического 10 1 на входе.

При дальнейшем росте входного напряжения

Пв 2 Ъэ Пкн

Потенциал на базе напряжения 16 понизится до величины или ("сс U)G (U (2U + U )) Сз (5) О -("-. 1 ч ".)) С где СЬ,С1 ВС17 — провод ость резисторов 3,4 и I 7; (20 + U „) — потенциал базы транзистора 1 при напряжении логической I" на входе 2> (U +U + U„») — потенциал на эмиттере транзистора 16 при напряжении логической "1" на входе 2;

U „ — падение напряжения на переходе база коллектор транзистора 1 в инверсном режиме.

Из (5) определяем величину U: происходит переключение ТТЛ-элемента, транзистор 1 переходит в инверсный активный режим работы. Транэис-5р торы 6 и 12 переходят в режим насыщения. На выходе 11 устанавливается низкий уровень напряжения логического "0": о

\Я

Ue»< - кэв

Где U rr — напряжение коллектор эмиттер транзистора 12 в режиме насыщения.

Б С цсз +С212Б6 +Ъ ) Са(ьл+Б Ъ)

Сь

Для того, чтобы обеспечивалось включение транзистора 16, необходимо, чтобы в этом режиме между потенциалами U и Ug выполнялось соотношение.

Ua. Ъэ (7) т.е, разницы должно хватить для включения эмиттерйого перехода транзистора 16, с учетом (4) и (6) условие (7} запишем в виде

1274150

G U + Сй(2 Ugэ + Usg ) + G, (бикэн П1 + 11бэ ) Ц + и q U (8) кэн

G5+ G4+ 04т

В состоянии логического "0" на выходе логической "1 " на входе ток резистора 4 равен

Транзистор 16 находится в актив5 ном режиме. Коллекторный ток транзистора 16 равен

U cc — U Ucc - 2 Ug +2 Ugx g (4

Кз+ К., !

U — (2 П„- П,„) (10) к к кз Z!6 з где I« — базовый ток транзистора 6.

Ток резистора 7 равен где „, — коллекторный ток транзистоZ5 ра 6; (U<, +U„„) — потенциал на коллекторе .транзистора 6 в режиме насьп|ения;

В.1 — сопротивление резистора 7 . 30

Поскольку ток резистора 3 является базовым током транзистора 6, то

его должно хватить для насьпцения транзистора 7.

Должно выполняться условие 35 йэ Пкэн

1 к14 Я( (17) (12) 40

П (2 USg+ Пф 5 ) П се ЯЗП + Ц зн! з

Р (13) (19) 1 1 +1 - I

012 к Т 9 Ъ н.14

U-(U + U + Цв

-. эх 9 .а н! (14)

Rn к э 16 55 где 1 †. ток эмиттера транзистора э б где U определяется из (6), причем не должен превышать ток типового ТТЛ-элемента, чтобы не увеличилась потребляемая мощность.

Ток резистора 3 равен где f — козффициент усиления транзистора 6;

S — минимальная степень насьпцения транзистора 6.

С учетом (10) и (1!) условие (12) выглядит:

При логической "1" на входе ток резистора 17 определяется из выражения где б — коэффициент усиления р-п-р транзистора 17.

В настоящее время технология изготовления интегральных схем позволяет получить р-п-р транзисторы с достаточно высокими коэффициентами усиления базового тока в активном режиме.

Поэтому при включении транзистора 16 основная часть тока эмиттера транзистора 16 идет в коллектор транзистора 16. Транзистор 14 включен и должен находиться в режиме насьпцения, его базовый ток равен Я 4 К1б Щ5

Ь

U (16)

115 R 5

Где 1„5 ток резистора 15 ° — сопротивление резистора 15.

i5

Базовый ток (16) должен быть достаточным для насьпцения транзистора

14. При этом коллекторный ток равен! где П вЂ” падение напряжения перехоЭ да база — эмиттер транзистора 12 в режиме насьпцения;

11 — падение напряжения коллектор — эмиттер транзистора

14.

Между базовым и коллекторным током транзистора 14 должно выполняться соотношение

1 1ь )($ (18)

Базовый ток выходного транзистора 12 в состоянии логического "0" на выходе 11 равен где (, !, f определяются из (10), Йз п1 к14 (11) (17)

Базовый ток транзистора 12 должен обеспечивать насьпцение выходного трантранзистора 12. Транзистор 8 при состоянии логического "0" на выходе 11 закрыт. Таким образом, в состоянии логической "1" на входе 2 на выходе

12741

ll устанавливается состояние логи. ческого "0", включается обратная связь, что приводит к уменьшению базового тока насьпцения выходного транзистора 18, так как величина резистора 13 выбирается меньше величины аналогичного резистора базовой цепи выходного транзистора в типовом элементе.

Рассмотрим работу ТТЛ-элемента в импульсном режиме.

Когда в состоянии логического

"0" на вход 2 приходит положительный фронт входного импульса, то на входе

2 устанавливается уровень логической "1". Транзисторы 6 и 12 еще не успевают включиться и обратная связь резистор 17 — транзистор 16 не включены. Весь ток резистора 4 идет на включение транзистора 6. Пока не 20 включен транзистор 12, в общей точке подключения резисторов 3,4 и 17 потенциал устанавливается равным

U с --ч- --ь-- 3.= — =Ú R +

U - 2 Ug + +U -) з+ Ч (2 U>ç+ як U>ò (20) о

11 с 9.14. 02(Uhx ПВэ ) + G ò (11, С + Я +,+ Пп+ Ue, )

) (2!) 50 8 где 0 =Б, — У

Величины R R должны выбирать"

3 4 ся с учетом выполнения (20) .

Пока не работает обратная связь, ток в резистор 13 не ответвляется и весь ток транзистора 6 идет на включение выходного транзистора 12, Таким образом, обеспечивается быстрое включение схемы.

После включения выходного транзистора включается обратная связь, начинает идти ток в цепь резистор

13 — транзистор 14. Когда в состоянии логической "1" на входе 2 приходит отрицательный фронт входного импульса, то на входе 2 устанавливается уровень напряжения логического

"0". Транзисторы 6 и 12 некоторое время сохраняют состояние насьпцения.

Обратная связь остается включенной и для базового тока транзистора

12 сохраняется низкоомная цепь разряда базового тока.

Аналогично (6) в общей точке подключения резисторов 3, 4 и 17 устанавливается (пока остается в насьпцении транзистор 12) где11 = И + U„.

1б

Через низкоомную цепь резистор

13 — транзистор 14 происходит быст- 35 рый разряд базового тока насыщенного выходного транзистора, тем быстрее, чем меньше величина резистора

13. Величину резистора 13 можно уменьшать неограничено при условии, 40 чтобы сохранилось насьпцение выходного транзистора 12 и транзистора 14, При этом уменьшение величины резистора 13 не влияет на задержку включения схемы. 45

Когда выключается транзистор 12, то потенциал на базе транзистора 16 повьппается и обратная связь выключается.

Таким образом, предложенная схема

ТТЛ-элемента позволяет улучшить помехоустойсивость схемы и значительно увеличить быстродействие схемы при сохранении прежней мощности потребления типового ТТЛ-элемента.

Возможны различные варианты организации обратной связи. Например, база транзистора 16 может подклю1 чаться к коллектору выходного транзистора !2, в коллекторную и базовую цепь транзистора 16 могут включаться дополнительные элементы: резистор, диод и др.

Для регулировки величины задержки включения можно вводить дополнительно резистор между коллектором транзистора 14 и общей шиной.

Формула и э о б р е т е н и я

ТТЛ-элемент, содержащий рассасывающий транзистор типа п-р-n,Bõîäной элемент, выводы которого соединены соответственно с входом элемента через первый и второй последовательно соединенные резисторы с шиной питания и с базой фазоразделитель ного транзистора типа п-р-п,коллектор которого соединен с базой первого выходного транзистора типа п-р-и, и через третий резистор — с шиной питания, коллектор первого выходного транзистора через четвертый

1274

Составитель A.ßÿîâ

Редактор Э.Слиган Техред И.Попович Корректор В. Бутяга

Заказ 6490/58 Тираж 81б Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета .СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, 11(-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4, резистор подключен к шине питания, а эмиттер через диод соединен с выходом и коллектором второго выходного транзистора типа п-р-п, эмиттер которого соединен с общей шиной, а база подключена к эмиттеру фазоразделительного транзистора и первому вьводу пятого резистора, первый вывод шестого резистора соединен с точкой соединения выводов первого и вТорого 1О резисторов, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстро150 10 действия и повышения помехозащищенности, введены седьмой резистор и дополнительный транзистор типа р-п-р, эмиттер которого соединен с вторым выводом шестого резистора, база — с эмиттером первого выходного транзистора, а коллектор — с базой рассасывающего транзистора и через седьмой резистор — с общей шиной, которая соединена с эмиттером рассасывающего транзистора, коллектор которого соединен с вторым выводом пятого резистора.