Ттл-элемент

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 19) (1) 3 К 19 08 59 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ектдр. Микроэл ых устройст с.27, рис зисторно-тр хемы. М.:Со1.17нзисОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектроникеМо"жет быть использовано в цифровыхлогических схемах. Цель изобрете"ния - увеличение быстродействия иповышение помехоустойчивости ТТЛвентиля. Для этого в устройство введены резистор 15 и транзистор 16 типа р-и-р. Кроме того, устройствосодержит резисторы 3,4,7,9,13,17,транзисторы 1,6,8,12,14, диод 1 О.В устройстве возможны различные ва-рианты организации обратной связи.Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в цифровых логических схемах, когда требуется повышенное быстродействие и помехоустойчивость, 5Целью изобретения является увеличение быстродействия и повышение помехозащищенности ТТЛ-элемента.На чертеже представлена принципиальная схема ТТЛ-элемента с исполь- О 35 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, е зованием в качестве входного элемента и-р-п транзистора,ТТЛ-элемент содержит входнойэлемент 1, первый вывод которогосоединен с входом 2, второй выводчерез последовательно соединенныепервый и второй резисторы 3 и 4подключен к шине питания 5, а тре в ,тий вывод соецинен с базой Фазоразделительного транзистора 6 типа20п-р-п, коллектор которого через третий резистор 7 соединен с шиной питания 5 и с базой первого выходноготранзистора 8 типа п-р-п,коллекторкоторого через четвертый резистор 9соединен с шиной питания 5, а эмиттер через диод 1 О подключен к выходу11 и коллектору второго выходноготранзистора 12, эмиттер которогосоединен с общей шиной, а база - с ЗОэмиттером 6 и через пятый резистор13 - с коллектором рассасывающеготранзистора 14 типа п-р-п, эмиттеркоторого соединен с общей шиной, база через седьмой резистор 15 - собщей шиной и с коллектором дополнительного транзистора 16, база которого подключена к эмиттеру транзистора 8, а эмиттер через шестой резистор 17 подключен к точке соединения резисторов 3 и 4.В качестве входного элемента впредложенном ТТЛ-элементе кромеп-р-п может быть использован р-и-ртранзистор, диод Й 3 ти диод Шоттки.Рассмотрим работу предложенногоТТЛ-элемента, когда в качестве входного элемента 1 включен и-р-и транзистор.ТТЛ-элемент работает следующимобразом,связи позволяет сделать низкоомным сопротивление базовой цепи транзистора 12, что ускоряет выключение. элемента.При никзком уровне напряжения навходе 2 (логическом "0") транзистор 1 находится в режиме насыщения.На коллекторе транзистора 1 уровень напряженияПк П . хэнгде П- напряжение логического "О"на входе 2;падение напряжения коллектор-эмиттер входного транзистора 1 в режиме насыщения,Уровня напряжения 11, 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 Пэ - П 9 ээгде П - напряжение источника питания;П - падение найряжения на переходе база - эмиттер включенного транзистора;11 - падение напряжения на включенном диоде.На базе транзистора 1 устанавливается потенциалП и 11+ 11.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, закрыти транзистор 4. Тока через резистор 13 нет.В общей точке подключения резисторов 3,4 и 17 устанавливается потенциало Псс Ивх + Боэ ) о П К + К К +(Б + Б )( в З вх Гэ где Б; - потенциал на базе транзистора 16,ПБРПсс ПсГр(2)11 - падение напряжения навключенном переходе транзистора 8;(4) 5где Бу,о падение напряжения навключенном диоде 10.Понижение потенциала приводитк включению транзистора 16, которыйпереходит в активный режим. Включение транзистора 16 приводит к тому,что включается транзистор 14 , появляется ток резистора 13. Причем, чемменьше величина резистора 13, темменьше базовый ток транзистора 12 итем меньше степень насыщения транзистора 12.При включении транзистора 6 ипереходе транзистора 1 в инверсныйрежим в общей точке резисторов 3, 4и 17 устанавливается некоторый потенциал О . При этом ток резистора 4 равен сумме токов резисторов 3 и 17: При повышении входного напряжения растет потенциал на коллекторе транзистора 1. Транзистор остается в режиме насыщения до тех пор, пока потенциал на его коллекторе не достигнет величины а 2 БТранзистор 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 величиныОв 2 Ъэ Оэн30+ в не ответвляется ток в резистор 13, так как транзистор 14 закрыт и отсутствует пологий участок передаточной характеристики в диапазоне входных напряжений 35Пдэ Пэм в 1д э эи ф 45 1 сс - напряжение на шине питания 5;Кэ,К - сопротивление резисторовЗи 4,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 ОБсс - (Цвх + Пэ) (цо, ц )Я + Кзвоэ(3)сс дЭЗ ф и транзисторы 6 и 12 начинают переключаться одновременно.Схема обладает улучшенной пере 40 даточной характеристикой, следовательно, улучшается помехозащищенность в состоянии логического 101 на входе.При дальнейшем росте входногонапряженияОв= 2 Ъэ - 0 эн происходит переключение ТТЛ-элемента, транзистор 1 переходит в инверсный активный режим работы. ТранэисО торы 6 и 12 переходят в режим насыщения, На выходе 11 устанавливается низкий уровень напряжения логического "0":о0 вР Оээ55 Где Уэв - напряжение коллектор эмиттер транзистора 12 в режиме насыщения Потенциал на базе напряжения 16понизится до величины или асс )1=( (Цтэ + 06 С +(5)Ж(Ц +Ц +П С где С ., С, С, - пров одимос ть ре э ис -торов 3,4 и7; (20+ Ус ) - потенциал базы транзистора 1 при напряжении логической 1" навходе 2;(Уб,+11 + Ц) - потенциал на эмиттеретранзистора 16 принапряжении логической "1" на входе 2;Б- падение напряженияна переходе базаколлектор транзистора 1 в инверсном режиме.Из (5) определяем величину У; СУс +С 2 Ъ +Пр ) +Сп(0 э,+П,1+Ъ) ь+ С 1 и Для того, чтобы обеспечивалось включение транзистора 16, необходимо, чтобы в этом режиме между потенциалами Б и Бю,в выполнялось соотношение.У - БУ (7) т.е, разницы должно хватить для включения эмиттерйого перехода транзистора 16, с учетом (4) и (6)условие (7) запишем в виде1274150 СУ + С(2 Уэ + Пбк ) + С, (бикэн+ П 1 11 бэ ) ц + и + 1 (8)ИЭН 1 О ЭСь+ С 4+ С 71В состоянии логического "0" навыходе логической "1 " на входе токрезистора 4 равен Транзистор 16 находится в актив ном режиме. Коллекторный ток транзистора 16 равен Усс П Усс 2 П +2 Цбк . (9) Кз+ Огде .1,. - базовый ток транзистора 6. Ток резистора 7 равен Псс - (Ц., + Ц.)ю, К где 1, - коллекторный ток транзисто 15ра б;(Цэ+Пкэн) - потенпиал на коллектоРе.транзистора 6 в режименасьпценияК 7 - сопротивление резистора 7. 30Поскольку ток резистора 3 является базовым током транзистора б, то его должно хватить для насьпцения транзистора 7.Должно выполняться условие 35 Йэ - бикэн 1 Й к 14 К 7(19) 1 1 +1 -1 312 К 7 АЪ П-а +П+Пв 7 -. ЮН 8. э.с н (14)617 К э 16 55 где 1 в . ток эмиттера транзистора Э 16 где У определяется из (6), причемне должен превышать ток типового ТТЛ-элемента, чтобы не увеличилась потребляемая мощность,Ток резистора 3 равен где- коЭФФициент усиления транзистора б;:э - минимальная степень насьпцения транзистора 6.С учетом (10) и (1) условие (12) выглядит: При логической "1" на входе ток резистора 17 определяется из выраже- ния где р - коэФФициент усиления р-и-ртранзистора 17.В настоящее время технология изготовления интегральных схем позволяет получить р-и-р транзисторы с достаточно высокими коэФФициентами усиления базового тока в активном режиме. Поэтому при включении транзистора 16 основная часть тока эмиттера транзистора 1 б идет в коллектор транзистора 16, Транзистор 14 включен и должен находиться в режиме насьпцения, его базовый ток равен Ь 14 К 1 б Щ 5й.У(16)п 15 К, фгде 1 - ток резистора 15;- сопротивление резистора 15.15Базовый ток (161 должен быть достаточным для насьпцения транзистора 14. При этом коллекторный ток равенгде У - падение напряжения перехоэда база - эмиттер транзистора 12 в режиме насьпцения;11 - падение напряжения коллектор - эмиттер транзистора14.Между базовым и коллекторным током транзистора 14 должно выполняться соотношение 1 1 ь ) 5(18)Базовый ток выходного транзистора 12 в состоянии логического "0" на выходе 11 равен где, 1,определяются из (10),ЙЗ П 7 к 14 (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(21) 711 устанавливается состояние логи ческого "О", включается обратная связь, что приводит к уменьшению базового тока насыщения 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 "О" 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 50 8где О = Ц - ЦэВеличины К К должны выбирать"3 4ся с учетом выполнения (20) .Пока не работает обратная связь,ток в резистор 13 не ответвляется ивесь ток транзистора 6 идет на включение выходного транзистора 12, Такимобразом, обеспечивается быстроевключение схемы.После включения выходного транзистора включается обратная связь,начинает идти ток в цепь резистор13 - транзистор 14. Когда в состоянии логической "1" на входе 2 приходит отрицательный Фронт входногоимпульса, то на входе 2 устанавливается уровень напряжения логического"О". Транзисторы 6 и 2 некотороевремя сохраняют состояние насыщения.Обратная связь остается включенной и для базового тока транзистора12 сохраняется низкоомная цепь разряда базового тока,Аналогично (6) в общей точке подключения резисторов 3, 4 и 17 устанавливается (пока остается в насыщеении транзистор 12)где Ц = И + Ц,1 б 1 ЭНЧерез низкоомную це резистор13 - транзистор 14 происходит быст- З 5рый разряд базового тока насьпценного выходного транзистора, тем быстрее, чем меньше величина резистора13. Величину резистора 13 можноуменьшать неограничено при условии, 40чтобы сохранилось насыщение выходного транзистора 12 и транзистора 14,При этом уменьшение величины резистора 13 не влияет на задержку включения схемы. 45Когда выключается транзистор 12,то потенциал на базе транзистора 16повышается и обратная связь выключается.Таким образом, предложенная схемаТТЛ-элемента позволяет улучшитьпомехоустойсивость схемы и значительно увеличить быстродействие схемыпри сохранении прежней мощностипотребления типового ТТЛ-элемента.Возможны различные варианты организации обратной связи. Например,база транзистора 16 может подключаться 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 яТТЛ-элемент, содержащий рассасывающий транзистор типа п-р-п,входной элемент, выводы которого соединены соответственно с входом элемента через первый и второй последовательно соединенные резисторы с шиной питания и с базой Фазоразделительного транзистора типа п-р-п,коллектор которого соединен с базой первого выходного транзистора типа п-р-, и через третий резистор - с шиной питания, коллектор первого выходного транзистора через четвертыйЗаказ б 490/58 Тираж 81 б ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета .СССРпо делам изобретений н открытий113035, 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 и-р-и эмиттеркоторого соединен с общей шиной, абаза подключена к эмиттеру фазоразделительного транзистора и первому выводу пятого резистора, первый выводшестого резистора соединен с точкойсоединения выводов первого и вТорого 1 Орезисторов, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения быстро 150 10действия и повышения помехозащищенности, введены седьмой резистор идополнительный транзистор типа р-п-р,эмиттер которого соединен с вторымвыводом шестого резистора, база - сэмиттером первого выходного транзистора, а коллектор - с базой рассасывающего транзистора и через седьмойрезистор - с общей шиной, котораясоединена с эмиттером рассасывающеготранзистора, коллектор которого соединен с вторым выводом пятого резистора,