Устройство логических элементов (ДТЛ, ТТЛ)

1. Устройство логических элементов

• Логические элементы на биполярных
транзисторах
– Диодно-транзисторная логика (ДТЛ).
– Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ).

2.

Полупроводниковый диод
Полупроводниковые
диоды
используют
свойство
проводимости p-n перехода:
контакт между полупроводниками с разным типом
односторонней
примесной проводимости (p- или n-), либо
между полупроводником и металлом (Диод Шоттки).
Виды диодов
СВЧ-диоды
Стабилитроны
Стабисторы
Варикапы
Светодиоды
Фотодиоды
Pin диод
Лавинный диод
Лавинно-пролётный диод
Диод Ганна
Туннельные диоды
Обращённые диоды

3.

Полупроводниковый транзистор
Транзистор - полупроводниковый прибор изготавливаемый в основном из
кремния или германия.
Транзисторы бывают двух видов
- однополярные (полевые) и
- двухполярные (биполярные).
По проводимости тоже бывают двух видов:
- транзисторы прямой проводимости (p-n-p) и
- транзисторы обратной проводимости (n-p-n).

4.

Режимы работы биполярных транзисторов
Режим отсечки. Это режим, при котором и эмиттерный и коллекторный переходы
закрыты. Ток базы Iб в этом случае равен нулю. Ток коллектора Iк будет равен
обратному току. Уравнение динамического режима будет иметь вид:
Uкэ = Eк - Iкбо · Rк
Произведение Iкбо · Rк →0. Значит, Uкэ → Eк.
Режим насыщения. Это режим, когда и эмиттерный, и коллекторный переходы
открыты, в транзисторе происходит свободный переход носителей зарядов.
Следовательно, ток базы будет максимальный Iб = max, а ток коллектора будет равен
току коллектора насыщения Iк ≈ Iк.н.;
Uкэ = Eк - Iк.н · Rк
Произведение Iк.н ∙ Rк → Eк. Значит, Uкэ → 0.
Линейный режим. Это режим, при котором эмиттерный переход открыт, а
коллекторный закрыт.
Iб.max > Iб > 0; Iк.н. > Iк > Iкбо; Eк > Uкэ > Uкэ.нас

5.

Ключевой режим биполярных транзисторов.
Ключевым режимом работы транзистора называется такой режим, при котором рабочая
точка транзистора скачкообразно переходит из режима отсечки в режим насыщения и
наоборот, минуя линейный режим.
Резистор Rб ограничивает ток базы транзистора, чтобы он не превышал максимально
допустимого значения.
В промежуток времени от 0 до t1 входное напряжение и ток базы близки к нулю, и
транзистор находится в режиме отсечки. Напряжение Uкэ, является выходным и будет
близко к Eк.
В промежуток времени от t1 до t2 входное напряжение и ток базы транзистора становятся
максимальными, и транзистор перейдёт в режим насыщения.
После момента времени t2 транзистор переходит в режим отсечки.
Вывод: транзисторный ключ является инвертором, т. е. изменяет фазу сигнала на 180
градусов

6. Диодно-транзисторная логика (ДТЛ)

7.

Базовые элементы ДТЛ
ИЛИ (положительная логика)
И (положительная логика)
НЕ (положительная логика)

8.

Элемент ДТЛ (положительная логика)
активный элемент 3И

9.

Элемент ДТЛ с усовершенствованной входной цепью

10.

Сложный выходной инвертор
Принципиальная схема сложного выходного инвертора

11.

Принципиальная схема логического элемента 6И семейства ДТЛ К109ЛИ1

12.

Основные параметры семейства ДТЛ
Напряжение питания……………………………………………………………… 6 В
Потребление мощности на каждый логический элемент……………………9 мВт
Быстродействие ……………………………………………………………………30 нс
Статическая помехоустойчивость ……………………………………………….1,2 В
Температурный диапазон………………………………………………от 0 до +75 °С
Коэффициент нагрузки на входе…………………………………………………1
Коэффициент нагрузки на выходе………………………………………………..8
Входное напряжение ВЫСОКОГО (нижняя граница)…………………….......3,6 В
Входное напряжение НИЗКОГО уровня (верхняя граница)………………….1,4 В
Выходное напряжение ВЫСОКОГО уровня (нижняя граница)………………4,0 В
Выходное напряжение НИЗКОГО уровня (верхняя граница)………………..0,5 В

13.

Медленная, помехоустойчивая логика (МПЛ)
ДТЛ-схемы
семейства
медленной
помехоустойчивой
логики
применяются прежде всего для управления двигателями, так как в
помещениях с приводными двигателями, например, цехах, машинных
залах обычно наводятся сильные помехи по напряжению и
помехоустойчивость электронных логических схем управления
особенно важна.
МПЛ-схема со стабилитроном
(диод Зенера)
(элемент 3И-НЕ, положительная логика)
Диапазоны уровней схемы МПЛ

14.

Схема МПЛ элемента 5И-НЕ FZH125 Siemens
МПЛ-элементы производятся для напряжений питания 12 и 15 В.
Цоколёвка микросхемы

15.

Высокопороговая логика (ВПЛ)
Высокопороговая логика применяется в системах промышленной автоматики
и телеуправления
Принципиальная схема базового логического элемента микросхемы
серии К511 - (К511ЛА4 - 2 элемента 4И-НЕ)
Iвх”0” = – 1 мA
Iвх”1” = 1 мкA
Uпит = 15 В с разбросом от 1 до 20 В
Время задержки t1,0зд ≤ 150 нс, t0,1зд ≤ 300 нс
Нагрузочная способность Кн = 20
Мощность потребления U0вых ≤ 225 мВт, U1вых ≤ 75 мВт
При Uпит = 15 В – U0пор = 6 В, U1пор = 8 В, U0вых маx = 1,5 В, U1вых мin = 15,5 В

16.

Транзисторно-транзисторная логика
(ТТЛ)

17.

Многоэмиттерные транзисторы
Биполярный транзистор, который имеет несколько эмиттерных областей.
называют многоэмиттерным транзистором
Многоэмиттерные транзисторы, в которых каждая эмиттерная область имеет
отдельный внешний вывод, используются в транзисторно-транзисторной логике
в качестве логического элемента «И».

18.

Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ)

19.

Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ)
Принципиальная схема ТТЛ микросхемы "НЕ"
Принципиальная схема ТТЛ микросхемы "2И-ИЛИ-НЕ"