на диодах или резисторах, ключи и другие подобные схемы, работают всегда совместно с активными полупроводниковыми элементами, усиление по мощности которых обеспечивает восстановление формы сигнала, искаженной при прохождении его через пассивные элементы. В цифровых схемах могут быть использованы как биполярные, так и униполярные активные полупроводниковые элементы. Биполярные элементы - это транзисторы с плоскостными переходами типов п-р-п и р-п-р, находящие широкое применение в схемах на дискретных элементах и в интегральных схемах. Униполярные элементы управляются электрическим полем, они применяются, главным образом, в исполнении металл - окисел - полупроводник и обозначаются сокращенно МОП. Цифровые схемы на элементах типа МОП выполняются как интегральные схемы и имеют специфические особенности. Материал данной книги излагается в основном на примерах схем на биполярных транзисторах типа п-р-п.

Наибольшее распространение получили схемы с общим эмиттером (рис. 1.1а). Коэффициент усиления тока и напряжения такой схемы больше единицы, а уровень сигнала на выходе инверсен по отношению к уровню сигнала на входе.

а) н

Т1я h

Вход

ЛкшиВиыа выход

Рис. 1.1. а) Схема с общим эмиттером; б) эмиттерный повторитель е) схема с общей базой

Если иа входе уровень Н соответствует примерно нулевому потенциалу, то на выходе будет уровень В, соответствующий положительному напряжению, и наоборот.

Таким образом, схема с общим эмиттером работает как усилитель мощности с инвертированием выходного сигнала и с точки зрения входных и выходных уровней является инвертором. Если обозначить усилитель треугольником, а уровень Н маленьким кружком, то инвертор можно обозначить двояко, как показано на рис. 1..1а справа, в зависимости от того, считается активным уровень В или Н. Понятие активности связано с предполагаемым состоянием покоя цепи. Если это состояние определяется входным уровнем Н, то активный

входной уровень В вызовет появление на выходе активного уровня Н. Вход треугольника в этом случае обозначается без кружка, а выход -с кружком. И наоборот, если состояние покоя определяется входным уровнем В, то активный входной уровень Н вызовет переход выхода на активный уровень В. Вход треугольника обозначается в этом случае кружком, а выход -без кружка.

Понятие уровней Н и В относительно, под ним подразумевается лишь различение двух дискретных уровней сигнала без учета конкретных величин напряжений или токов; например, -t-0,5 В = Н, -1-5 В = В; или -Ь0,5 В = В, -5 В = = Н; или -5 В=В, -10 В=Н и т. п. Из этих примеров видно, что более положительное напряжение определяем как относительно высокое с уровнем В, а более отрицательное определяем как относительно низкое напряжение с уровнем Н.

В схеме с общим коллектором (рис. 1.16) транзистор работает как эмит-тернын повторитель без инвертирования выходного сигнала. Основной особенностью этой схемы являются большое входное сопротивление .и маленькое выходное, коэффициент усиления тока больше единицы, а напряжения меньше единицы. Реже всего используется схема с общей базой (рис. Ijle), она имеет очень маленькое входное сопротивление, большое выходное, коэффициент усиления тока меньше единицы, а напряжения больше единицы. Основные схемы на транзисторах р-п-р аналогичны перечисленным и отличаются только обратной полярностью сигналов.

В зависимости от режима работы в обоих граничных состояниях транзистора, соответствующих уровням сигнала Н и В, цифровые схемы разделяются на три группы.

В первую группу включены так называемые насыщенные схемы, характеризуемые тем, что в одном из крайних состояний транзистор работает в области насыщения. Этой области соответствует режим, в котором оба перехода - эмит-терный и коллекторный - имеют смещение в проводящем направлении. В простой схеме на рис. \.2а достаточное насыщение будет обеспечено в случае, если

Рис. J.2. а) Обеспечение насьш1ения транзистора в установившемся состоянии; б) временное увеличение глубины насьш1ения транзистора за счет .С-связи; в) классическая схема с нелинейной отрицательной обратной связью для ограничения насыщения транзистора; е) ограничение насыщения транзистора с помощью диода Шоттки

+£

Ток Возужде- ниявпвре- X ходтмрежи-

устмВидшшср 6) ток Возбуждения

коэффициент усиления тока транзистора Р будет значительно больше коэффициента усиления тока в схеме В, зависящего от величин сопротивлений резисторов /?в и /?„. Для кремниевых транзисторов типичны следующие напряжения в состоянии насыщения: •[/б.в.Е=0,7 В и [/н.в.н=0,2 В. Схема на рис. 1.26 обычно используется с дискретными элементами. При положительном изменении входного управляющего напряжения транзистор временно перейдет в область глубокого насыщения под влиянием большого тока, идущего л базу транзистора через конденсатор, включенный параллельно резистору Rt. Это сокращает

время перехода в насыщенное состояние. В установившемся режиме глубина насыщения транзистора зависит от величины тока, текущего в базу через Яб.

Схемы с управляемым насыщением отличаются тем, что глубина насыщения автоматически ограничивается до минимально допустимой величины. Так как время переключения из области насьш1ения в область отсечки увеличивается на время, необходимое для рассасывания избыточного заряда, накапливающегося при насыщении в базе и коллекторе, то схемы с управляемым насьш1,е-нием обеспечивают большие скорости переключения. Для управления насьпце-нием на входах схем используются диоды, ограничивающие накопление большого избыточного заряда в транзисторах. Принцип управляемого насыщения был разработан для схем на дискретных элементах, однако он может быть использован для увеличения скорости переключения и в интегральных насыщенных схемах.

На рис. 1.2е представлена классическая схема с нелинейной отрицательной обратной связью, используемая в схемах на дискретных элементах. Большая часть избыточного тока возбуждения проходит в цепь коллектора через германиевый диод, благодаря чему автоматически ограничивается величина избыточного заряда в транзисторе. Однако эта схема обеспечивает увеличение скорости переключения только при использовании достаточно быстродействующих диодов. В схеме на рис. 1.2г увеличение скорости переключения интегральных насыщенных схем достигается за счет применения диода с барьером Шоттки.

В ненасьпденных схемах транзисторы работают в линейной активной области. Стабильные перепады цифровых сигналов обеспечиваются переключением эмиттерного тока строго определенной величины. Такие схемы обычно называют схемами с эмиттерной Связью или переключателями тока. Так как транзисторы работают в ненасыщенном состоянии и перепады цифровых сигналов между уровнями Н и В составляют порядка десятых вольта, то такие схемы позволяют достигать самых высоких скоростей переключения.

В другом крайнем состоянии транзистор работает вблизи или в самой области отсечки. Основные способы запирания транзистора показаны на рис. 1.3а При определенном запирающем напряжении перехода эмиттер - база (около

+Е i

V 11И

luc. 1.3. а) Основные способы запирания транзистора; б) запирание транзистора с помощью источника запирающего напряжения; в) запирание транзистора в случае непосредственной связи; г) улучшение запирания транзистора с помощью кремниевого диода; д) с помощью перехода эмиттер -база транзистора Ti