типа п в металл. Их время жизни, а значит, и время восстановления в 10»- 10 раз меньше, чем при инжектировании эквивалентных электронов в полупроводник типа р. Как показано на рис. 7.13, диоды Шоттки подключаются параллельно переходу коллектор-база транзисторов Гг, Гз и принцип их действия подобен диодам, используемым для предотвращения насыщения транзисторов. Благодаря использованию этих диодов задержка сигнала в схеме ТТЛ может быть уменьшена до значений, ие превышающих 2 не. Эти схемы ТТЛ

/ ff

Рис. 7.12. Пример схемы с контролем насыщения

Рис. 7.13. Схема ТТЛ с диодами Шоттки

уже имеют такое же быстродействие, как переключатели тока ЭСЛ. Преимуществом является то, что для уменьшения времени восстановления транзисторов нет необходимости добавлять золото, что, с другой стороны, ведет к уменьшению значения Р, увеличению сопротивления коллектора и остаточных токов. Недостатком является увеличение напряжения 1/и.э.н примерно иа 100 мВ, однако величина этого напряжения не возрастает при более высоких температурах, как это имеет место у обычных ИС с добавлением золота.

Основные схемы ТТЛ

ОСНОВНАЯ СХЕМА ТТЛ С ДИОДОМ, ВКЛЮЧЕННЫМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО С ВЫХОДОМ

Эта схема была представлена на рис. 7.8а. В последующем разборе режима работы предполагается для простоты, что состояниям пропускания диодов и переходов эмиттер-база соответствует в прямом направлении напряжение 0,8 В (или 0,7 В) независимо от протекающего тока и что между коллектором и эмиттером в состоянии насьпцения обычно напряжение 0,2 Б.

Рабочие условия в открытом я закрытом состоянии. Рабочие условия в открытом состоянии показаны на рис. 7.14. Если на всех входах достаточно большое положительное напряжение, то транзисторы Гг и Гз насыщены. Напряжение иа выходе схемы равно напряжению на коллекторе насыщенного Гз, типичное значение которого 0,2 В. На базе Гз напряжение 0,7 В, а так как Гг тоже насыщен, то на его коллекторе напряжение 0,9 В. Обратим внимание, что н-а последовательном соединении перехода эмиттер- база Гй и диода Д1 имеется в направлении пропускания напряжение 0,7 В, которого недостаточно для отпирания транзистора Г», поэтому он заперт и через него протекает лишь незначительный ток-порядка микроампер. Напряжение на его коллекторе - 5 В. Коллекторный ток Гз зависит от подключен-, ной к выходу нагрузки. Если это режим холостого хода, то в коллектор Гз течет незначительный начальный ток через диод Д1 и транзистор Г». Если к 314

выходу подключены входы аиалогачных схем, в коллектор может течь максимальный ток-16 мА. При типичной величине коэффициента усиления тока Ts Р=40, току коллектора /«=16 мА соответствует ток базы /б=0,4 мА, таким образом, база поренасыщена избыточным током -2,26 мА, который обеспечит надежное насыщение транзистора и в наихудших рабочих условиях.

Рис. 7.14. Рабочие условия схемы ТТЛ iB открытом состоянии:

/g=P,0, 725=0,025-0,725=0.018 Л-ЗС/б.э S-2,1

мА. /,=

=0. 725 мА. /2=-1 О.э-г к.э

5-0,9 1.6

=3.285 мА, Р,

2,56 мА, = /,+ /j =

Н " Н =16.425 ыВт

Е1„ =5-3,285

Типячиое напряжение возбуждения на входах Ti, подаваемое с выходов предыдущих схем, равно 3,3 В. В базу Тг течет ток через резистцр Ri и через П€реход база-коллектор Ti. Из напряжений, соответствующих отдельным электродам, вытекает, что Ti работает в инверсной активной области, и поэтому через каждый эмиттер протекает ток 0,725Р/ мА. Величина этого обратного тока зависит, главным образом, от инверсного коэффициента усиления тока Рг, который обычно меньше 0,025. Потребляемая мощность схемы в рассматриваемом состоянии Рн= 16,425 мВт.

Рабочие условия при запертом состоянии схемы показаны на рис. 7.15, Если на каком-либо входе - уровень Н, соответствующий типичному напряжению 0,2 В, то схема заперта и на ее выходе - уровень В, которому соот-

S-II"/

Рис. 7.15. Рабочие условия схемы ТТЛ в закрытом состоянии: £-Сб.э-ЬС/вх.Н 5-0.9

.~г-=-=

= 1,025 мА, /g = /i-h/s=1.15 мА, Р = Л/ =5-115=5 ,7 5 мВ (холостой

ХОД)

ветствует большое положительное напряжение. Транзистор Г, насыщен,- Тг и Ts заперты, а Tt может быть открыт или заперт в зависимости от подключенной к выходу нагрузки.

Большой ток течет только через резистор Ri в эмиттер, на входе которого имеется напряжение 0,2 В. В эмиттеры, запертые большим напряжением, текут токи /ib, величина которых зависит от тока базы Ti и от величины его инверсного коэффициента усиления тока. Эти токи текут в эмиттер, на входе которого-напряжение 0,2 В, а результирующим током этого эмиттера нагружен Выход предыдущей схемы. Напряжение на коллекторе насыщенного транзистора Ti на несколько десятков милливольт выше, чем на эмиттере с наименьшим

жапряжением; в рассматриваемом случае -это около 0,2 В. Но для того что--бы открыть транзисторы Гг и Гз, на базе Гг необходимо иметь напряжение 1,4 В, поэтому эти транзисторы будут закрыты. При типичном выходном на--пряжеиии 3,3 В на базе Г* - напряжение 4,3 В, и если этот транзистор работает иа границе насыщения, т. е. теоретически при напряжении коллектора 4,8 В, то через резистор Ri течет ток около 1,54 мА. Если выход не нагружен, то Гй почти запирается и через него течет лишь незначительный ток - порядка микроампер. Потребляемая мощность в закрытом состоянии в режиме холосто-

<то хода Рв=5,75 мВт. Средняя мощность Рср=-g-мВт.

Динамический режим. Предположим, что схема заперта и что уровень Н только на одном входе. Как только напряжение на этом входе начнет расти и достигнет примерно 0,7 В, на базе транзистора Ti будет напряжение 1,4 В, а на базе Гг - напряжение 0,7 В. В этот момент начнет протекать ток через переход коллектор-база Tt, через переход база-эмиттер Гг и через ре--зистор Rs на землю. С ростом напряжения на входе Г» увеличивается напряжение иа эмиттере Гг и уменьшается на коллекторе Tz, усиление напряжения которого примерно постоянно и определяется соотношением ?г/?з=1.6. Этому режиму работы соответствует область J на рис. 7.16.

В идеальном случае все напряжения Гг изменялись бы с той же скоростью, что и входное .управляющее напряжение, так что при входном напряжении 1,4 В на эмиттере Га было бы напряжение 0,7 В, которое бы открыло Гз. ХЭднако в действительности напряжение на коллекторе Т± растет медленнее, чем входное управляющее напряжение, так как заряжается паразитная емкость коллектора Г» по отношению к основной пластинке (подложке) ИС. Поэтому Тз начинает открываться только в момент максимального входного напряжения. Как только Гз откроется, его маленькое входное сопротивление, включенное параллельно резистору Ra, повлияет на эмиттерную обратную связь Гг, в результате чего увеличивается его усиление напряжения и напряжение на его коллекторе быстро падает. Этому режиму работы соответствует область Я на рис. 7.16.

Так как база Гз пе1ренасыщена значительно большим током, чем база Гг, то напряжение на коллекторе Гз падает быстрее, чем напряжение на коллекторе Гг. Если разница иапряжений на этих коллекторах достигнет 1,4 В, то .откроется Гй и в коллектор Гз начнет течь ток через резистор Ri, транзистор Tt и диод Д. Однако из-за этого уменьшится напряжение насыщения Гз, что проявится более медленным уменьшением напряжения на его коллекторе. Поэтому уменьшается также ток возбуждения базы транзистора Tz и замедляется .снижение напряжения яа его коллекторе. Режим работы характеризуют обла--сти III и IV на рис. 7.16. Как только напряжение на коллекторе упадет до установившегося, наименьшего значения, прекратится и снижение напряжения :на коллекторе Ti. Теперь уменьшается напряжение на коллекторе Гг, растет .напряжение на коллекторе Ti и уменьшается коллекторный ток Гэ. Рабочие условия стабилизируются, как только напряжение на коллекторе Гг упадет до -конечного значения.

Допустим теперь, что начнет уменьшаться напряжение на одном из входов Ti. Как только оно упадет до значения 1,4 В, начнет снижаться напряжение на базе Ti, который будет запираться, и уменьшится ток возбуждения базы Гг. Так как он насыщен, то сначала должен рассосаться избыточный заряд и только потом начнет изменяться напряжение на коллекторе. При уменьшении вход-.иого напряжения ниже 1,4 В этот избыточный заряд очень быстро отводится .на землю через малое сопротивление Г1, который насыщен. Сопротивление насыщенного транзистора Г1 составляет десятки ом, а так как ббльшая часть -избыточного заряда размещена в области коллектора Гг, то на скорость рассасывания всего избыточного заряда в большей мере влияет величина сопротив-.ления резистора iRz- Важно получить более быстрое запирание транзистора Гг, так как от него зависит и быстрое рассасывание из1быточного заряда Гз. Дело -В том, что с ростом напряжения на коллекторе Гг увеличивается разность напряжений иа этом коллекторе и коллекторе Гз, который пока насыщен. Как только зта разность увеличится до 1,4 В, откроется транзистор Г4, который