Основные параметры логических элементов

-- Коэффициент объединения по входу Коб – число входов, с помощью которых реализуется логическая функция.

-- Коэффициент разветвления по выходу Краз показывает, какое число логических входов устройств этой же серии может быть одновременно присоединено к выходу данного логического элемента.

--Быстродействие характеризуется временем задержки распространения сигналов через ЛЭ и определяется из графиков зависимости от времени входного и выходного сигналов (Рисунок 10). Различают время задержки распространения сигнала при включении ЛЭ , время задержки сигнала при выключении и среднее время задержки распространения .

Рисунок 10 К определению времени задержки распространения сигнала ЛЭ

Средним временем задержки распространения сигнала называют интервал времени, равный полусумме времён задержки распространения сигнала при включении и выключении логического элемента:

-- Напряжение высокого и низкого уровней (входные и выходные ) и их допустимая нестабильность. Под и понимают номинальные значения напряжений «Лог.1» и «Лог.0»; нестабильность выражается в относительных единицах или в процентах.

-- Пороговые напряжения высокого и низкого уровней Под пороговым напряжением понимают наименьшее или наибольшее значение соответствующих уровней, при котором начинается переход логического элемента в другое состояние. Эти параметры определяются с учётом разброса параметров соответствующей серии в рабочем диапазоне температур; в справочниках часто приводится одно усреднённое значение .

--Входные токи , соответственно при входных напряжениях низкого и высокого уровней.

-- Помехоустойчивость. Статическая помехоустойчивость оценивается по передаточным характеристикам логического элемента как минимальная разность между значениями выходного и входного сигналов относительно порогового значения с учётом разброса параметров в диапазоне рабочих температур:

В справочных данных обычно приводится одно допустимое значение помехи, которое не переключает ЛЭ при допустимых условиях эксплуатации.

-- Потребляемая мощность или ток потребления .

--Энергия переключения – работа, затрачиваемая на выполнение единичного переключения. Это интегральный параметр, используемый для сравнения между собой микросхем различных серий и технологий. Он находится как произведение потребляемой мощности и среднего времени задержки распространения сигнала.

3.2 Транзисторно-транзисторная логика

Элементы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) составляют базу микросхем среднего и высокого быстродействия. Разработано и используется несколько вариантов схем, имеющих различные параметры.

Рисунок 11 Логические элементы И-НЕ с простым а) и сложным б) инвертором

3.2.1 ТТЛ элемент И-НЕ с простым инвертором.

В состав такого элемента входит многоэмиттерный транзистор VT1 (рисунок 11,а), осуществляющий логическую операцию И и транзистор VT2, реализующий операцию НЕ.

Многоэмиттерный транзистор (МЭТ) является основой ТТЛ. При наличии на входах схемы, т. е. эмиттерах МЭТ сигнала эмиттерные переходы смещены в прямом направлении и через VT1 протекает значительный базовый ток , достаточный для того, чтобы транзистор находился в режиме насыщения. При этом напряжение коллектор – эмиттер VT1 Напряжение на базе транзистора VT2, равное и транзистор VT2 закрыт. Напряжение на выходе схемы соответствует уровню логической «1». В таком состоянии схема будет находиться, пока хотя бы на одном из входов сигнал равен

Если входное напряжение повышать от уровня на всех входах одновременно, или на одном из входов при условии, что на остальные входы подан сигнал логической «1», то входное напряжение на базе повышается и при и транзистор откроется. В результате увеличится ток базы , который будет протекать от источника питания через резистор и коллекторный переход , и транзистор перейдёт в режим насыщения. Дальнейшее повышение приведёт к запиранию эмиттерных переходов транзистора , и в результате он перейдёт в режим, при котором коллекторный переход смещён в прямом направлении, а эмиттерные – в обратном (Инверсный режим включения). Напряжение на выходе схемы (транзистор в насыщении).

Таким образом, рассмотренный элемент осуществляет логическую операцию И-НЕ.

Простейшая схема элемента ТТЛ имеет ряд недостатков. При последовательном включении таких элементов, когда к выходу элемента подключаются эмиттеры других таких же элементов, ток, потребляемый от ЛЭ, увеличивается, уменьшается напряжение высокого уровня (лог. «1»). Поэтому элемент обладает низкой нагрузочной способностью. Это обусловлено наличием больших эмиттерных токов многоэмиттерного транзистора в инверсном режиме, которые потребляются от ЛЭ транзисторами – нагрузками.

Кроме того, эта схема имеет малую помехоустойчивость по отношению к уровню положительной помехи: . Для устранения указанных недостатков используют схемы ТТЛ со сложным инвертором (Рисунок 11,б).