Работа ТТЛ элемента при высоком уровне входного напряжения

Когда на все входы действует напряжение высокого уровня, транзистор VT1 работает в инверсном режиме; эмиттерный переход смещен в обратном направлении, а коллекторный - в прямом. Это состояние показано на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4

Ток I¹_вх представляет собой коллекторный ток ин­версно включенного входного транзистора. Транзисторы VT2 и VT5 открываются. Если допустить, что падение на­пряжения на насыщенных переходах равно 0,7-0,8 В, то напряжение на базе VT1 составит U _б ≥ 3·0,8=2,4 В. Па­дение напряжения на R₁, таким образом, будет

U_R1 = U_п - U_Б = 5 – 2,4 = 2,6 В,

а ток

I¹_вх=I_R1=2,6 / 4·10³=0,65 мА.

Когда VT5 открыт и насыщен, напряжение U_бэ=0,8В, и если принять, что для насыщенного транзисто­ра VT2 напряжение U_кэ=0,2 В, то напряжение на кол­лекторе VT2 составит 1В (относительно общей шины). Из этих соотношений становится ясной роль диода VD5, так как без него на входе транзистора VT4 действовало бы напряжение U_бэ=1-0,2=0,8 В и этот транзистор оказался бы открыт. Поскольку для отпирания как эмиттерного перехода, так и диода требуется 0,7÷0,8 В, оба они надежно заперты.

Ток через резистор R2

I_R2= (5-1) / 1,6·10³=2,5 мА.

Таким образом, чтобы обеспечить насыщение VT2, по­скольку I_R2 является его коллекторным током, коэффици­ент передачи по току для VT2 должен быть

Типичное значение h_21E=20, при этом насыщение транзистора всегда обеспечено. Эмиттерный ток VT2

I_Э2=I_Б2+I_K2=0,65+2,5=3,15 мА

Базовый ток транзистора VT5 равен разности коллекторного тока и тока через узел VT3, R3, R4, т. е.

I_Б=3,15 - 0,8 / 1·10³=2,35 мА.

Коллекторный ток транзистора VT5 при U⁰_вых склады­вается из токов подключенных к нему входов разных логи­ческих элементов. Типичный коэффициент разветвления по выводу К_раз=10, максимальный ток одного входа 1,6 мА, следовательно, транзистор VT5 долженобеспечивать мак­симальный ток

I⁰_вых = 1,6·10=16 мА

и иметь коэффициент передачи

Для микросхем ТТЛ коэффициент разветвления ограничен выходным током в состоянии U⁰_вых. Когда на выходе существует U¹_вых, входы подключенных к нему микросхем представляют высокое сопротивление, поскольку эмиттерные переходы смещены в обратном направлении.

Минимальное входное напряжение при U¹_вх можно найти, исходя из того, что напряжение на базе VT1 складывается из падений напряжения на трех переходах: эмиттерном VT2 и VT5 и коллекторном VT1 — иравно примерно 2,4В. Эмиттерный переход VT1 должен быть заперт; следовательно, прямое напряжение, приложенное к нему, не должно быть больше чем 0,5В. Следовательно,

U¹_вх ≥ 2,4 - 0,5=1,9 В.

В момент смены входного сигнала с высокого уровня на низкий транзисторы VT2 и VT5 на рисунке 3.4 запираются, а транзистор VT4 и диод VD5 отпираются. Однако VT4 и диод VD5 начинают проводить чуть раньше момента, в ко­торый VT5 будет полностью закрыт. Это явление создает путь току по шине питания, транзистору VT4, диоду VD5, транзистору VT5 на землю и проявляется в кратковремен­ных, но заметных бросках тока в цепи питания. Резистор R5 ограничивает пики тока уровнем 25—30 мА. Как допол­нительное защитное средство, применяют шунтирование шин питания конденсатором, емкость которого выбирают то числу корпусов микросхем на плате из расчета 0,01 — 0,1 мкФ на корпус.

Как следует из описания, входные диоды VD1 и VD4 на рисунке 3.2 в работе элемента непосредственно не участву­ют, их рольвспомогательная. Если на входе микросхемы появится отрицательное относительно общей шины напря­жение, например, при возбуждении от операционного уси­лителя или при возникновении колебательного процесса, нужный откроется и удержит это напряжение на уровне -0,7 В, безопасном для входного транзистора. Ток через эти диоды не должен превышать 10 мА.