емкости коллектора Гг, что ухудшает быстродействие системы. Влияние этой емкости комненснруется меньшим сопротивлением резистора Яг-

В схеме на рис. 7.8 емкость диода не влияет на скорость переключения схемы. Размещение диода Д имеет также значение для быстрого запирания выхода. Если диод Д включен последовательно с базой Г4, то он должен иметь достаточно большое время восстановления, чтобы успел рассасаться заряд базы транзистора Г4, т. е. диод должен иметь сравнительно низкое быстродействие. Однако это ограничение снимается, если диод включен последовательно с эмиттером Г4. Такое включение уменьшает также внутренние помехи в схеме ТТЛ. Это очень важно, так как этот тип схем имеет тенденцию генерировать во внешние соединения сравнительно большие помехи. При запирании Г* и открывании Гз имеется короткий отрезок времени, в течение которого оба транзистора одновременно открыты.

В результате этого источник питания нагружается очень маленьким сопротивлением, которое собственно составляет только сопротивление ограничительного резистора Ri, и в подводящем напряжение питания проводе возникает импульс тока. Его длительность зависит от времени, в течение которого оба транзистора одновременно открыты, и может быть сокращена за счет более быстрого запирания Г4. И с этой точки зрения опять более выгодно включение диода Д последовательно с эмиттером Г4.

В схемах ТТЛ с большим быстродействием вместо диода Д используется транзистор. Это увеличивает усиление тока оконечного каскада и ускоряет заряд конденсаторов, подключенных к выходу. Примеры таких схем приведены на рис. 7.9.

•SUBHM Е

Рис. 7.9. Основные схемы ТТЛ:

а) серия SN54H/SN74H; б) серия SUHLI; в) серия 9000

В схеме на рис. 7.9а транзисторы Г4 и Тъ работают как составной транзистор. Если Гг и Гз насыщены, то Ti и Г5 заперты. При залиранин Тг и Г» транзисторы Г4 и Тъ открываются и общее усиление тока приблизительно равно произведению их коэффициентов усиления тока р. Однако это справедливо до определенной величины тока базы Гв. Если этот ток так велик, что насыщается транзистор Г4, то коллектор Гв будет отрицательным по отношению к своей базе, Гв ие будет работать как эмиттерный повторитель и общее усиление обоих транзисторов - Ti и Гв - уменьшится. С этой точки зрения такая схема является критической. При открывании Тг и Гз заряд базы транзистора Г» отводится в коллектор Тг, а заряд базы Г4 через сопротивление !/?в=4 кОм - На землю. Через это же сопротивление течет начальный ток коллектора транзистора Г4, если он заперт.

В схеме на рис. 7.96 коллектор Гв подключен к напряжению питания череэ специальный резистор Ri. Достоинством этой схемы является то, что работа Га в качестве эмиттерного повторителя не зависит от его тока базы. Коллектор транзистора Гв можно было бы подключить к источнику напряжения Е непосредственно, но при этом возрастет мощность потерь перехода эмиттер-база, . В схеме на рис. 7.9е резистор в подключен не на землю, а к выходу. Благо-

.даря этому уменьшается общ.ая мощность потерь схемы, если транзисторы в Гз заперты.

Практически некоторые типичные характаристики описанных схем ТТЛ .трудно получить, прежде всего-большое быстродействие. С учетом больших -скоростей переключения пристальное внимание должно быть уделено разработке соединений и, главное, их длине.

При длинных линиях, не нагруженных характеристическим сопротивлением, .на входах схем ТТЛ возникают отражения волн напряжения и токов, которые .могут неправильно повлиять на работу подключенных схем. Проблемы, связан-

серая see

Ограничительные

lUOlbl

ные с отражением, в некоторых сериях схем ТТЛ решаются пспользованием диодов на входах-рис. 7.10. Диод на соответствующем входе ограничивает первую отрицательную амплитуду отраженной волны на такую величину, при которой следующая положительная а.мплитуда отраженной волны будет в пределах допустимых помех и не может поэтому неправильно повлиять на работу схемы.

По сравнению с другими типами интегральных цифровых схем (например, ДТЛ или РТЛ) передаточная характеристика схемы ТТЛ менее выгодна. Вместо двух имеют место три точки излома - А, В, С, показанные на типичной характеристике 1 на рис. 7.Па. Рис. 7.10. Схема ТТЛ серии Прежде всего, отличается точка А, определяе-9000 с входными ограничитель- «я примерно напряжением (Уе.э. Крутизна ными диодами характеристики между точками А к В раз-

лична в зависимости от схемы и используемой технологии, но типична для ;всех рассмотренных ранее схем ТТЛ. Более подходящий вид характер.истики 2 •на рис. 7. И а может быть получен за счет использования вспомогательного транзистора Гв в схеме на рис. 7.П6, благодаря которому напряжение на кол--лекторе Гг не меняется примерно в диапазоне входных напряжении от Uc.s.a .До 2(Уб.э.Е. При входном напряжении 2(7б.э.Е крутизна характеристики 2 на рис. 7.11а внезапно изменяется, а Гг, Гз и Ге насыщаются. Следующим достоинством является более быстрое запирание Гз в диапазоне высоких температур, что ограничивает величину переходного тока, нагружающего источник питания Е, в диапазоне низких темпатур время переключения в насыщенное состояние «ороче. *

Серии 300

Ограшчитет-иые диоды

Коррекция переВа-тачнай характерис-

S) ~

тини

Рис. 7.11. Схема ТТЛ серии 3000 с коррекцией передаточной характеристики и с ограничительными входными диодами:

о) типичные передаточные характеристики с коррекцией и без нее; б) схема

Производя общее функциональное сравнение основных схем, можно сказать что их электрические характеристики не слишком отличаются. Схема серии 74 на рис. 7.8а отличается от схемы серии SUHLI на рис. 7.86 при.мерно 20%-нои разницей величины произведения задерхжи и мощности потерь. Величина этого произведения для схемы сери.и 74 составляет около 118 нс-мВт, а для схемы серии SUHLI-132 нс-мВт. Диод, включенный последовательно с эмиттером-траизистора Г4, позволяет достичь большей скорости переключения и более выгодных характеристик схемы, но ценой большего выходного сопротивления. Важно также и большое сопротивление резистора R2 в схеме на рис. 7.8а.

Большее сопротивление резистора R2 уменьшает быстродействие, но преобладающее значение имеет экономия мощности потерь на резисторе 2, поэтому произведение задержкаХ.мощность потерь меньше. Схема серии 9000 на рис. 7.9е-имеет большую скорость переключения, чем схе.ма серии 74, и меньшую мощ-, ность потерь, чем схема серия SUHLI. Ограничительные диоды в схеме на рис. 7.10 улучшают защиту входов и обеспечивают конструктивное упрощение соединений. Схема серии 3000 на рис. 7.11 имеет лучшую передаточную харак-гористику и лучше работает в граничных областях температурного диапазона.

Наибольшее быстродействие схем ТТЛ лежит в пределах 5-10 не. Большую скорость переключения обеспечивают только схемы с контролем насыщения транзисторов. В обычных ключевых схемах избыточный ток базы по нескольким причинам не может быть произвольно мал. Определенный минимальный-избыточный ток базы необходим для ускорения переключения транзистора в открытое состояние. При этом нужно учитывать производственный разброс значения коэффициента усиления тока р и его из.менение с температурой и временем. Транзисторы с большим коэффициенто.м р могут поэтому иметь коэффициент перевозбуждения 10-100. Увеличение быстродействия может быть, осуществлено двумя способами.

1. Схема составляется так, чтобы была полностью исключена возможность насыщения транзисгоров; избыточного тока базы не будет. В такой схеме исключается время восстановления, связанное с избыточным зарядом, однако могут пояшиться проблемы нестабильности схемы и большего времени переключения при открывании транзистора, которое связано с недостаточным перевозбуждением.

2. Схе.ма составляется таким образом, чтобы насыщение транзисторов можно было контролировать. В такой схеме избыточный ток базы ограничен определенной, заданной и управляемой вешчиной. Схема использует преимущества насыщения ио время восстановления короче и его легко определить.

Пример включения транзистора с управляемым насыщением приведен на рис. 7.12. Ток базы транзистора Т управляется вспомогательным транзистором Т, режим работы которого определен резистора.ми Ra и Re- Все элементы схемы должны быть интелрираваны, так как ра.бота схемы требует возможно более близких начальных значений и температурных зависимостей параметров всех элементов, т. е. сопротивлений резисторов, вида характеристик переходов эмит-гер-аза и коэффициентов усиления тока обоих транзисторов. Входной ток / частично .проходит в коллектор транзистора Г. Чем больше коэффициент уси- ления р транзистора Т, тем больше коэффициент усиления Р транзистора Т, и его ток /к растет. Предполагая, что величина тока / определена внешней цепью, получим, что величина тока /в падает, а значит, уменьшается и насыщение транзистора Т. Наоборот, при малых значениях Р мал и ток /» и большая часть тока / течет в базу транзистора Т. Казалось бы, что результатом будет замедление переключения транзистора Т в насыщенное состояние. Но-из-за сравнительно большого сопротивления резистора Rs транзистор Т переключается медленнее и в начальной фазе насыщения /=/б, благодаря чему переход транзистора Т в -насыщенное состояние ускоряется.

Дальнейшее увеличение быстродействия обеспечивают диоды Шоттки с так называемыми «горячими» электронами в переходе металл-полупроводник, который можно реализовать с помощью алюминия, используемого для взаимного соединения элементов монолитной ИС. Так как одну сторону диода представляет металл, то не возникает задержка, связанная с неосновными носителям» заряда. Если через диод протекает ток в прямом направлении, то он состоит почти исключительно из «горячих» электронов, поступающих из полупроводника