Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Параметры логических ИС





Общими параметрами ИС, охватывающими всю серию, является на­пряжение источника питания, обычно +5 В +10 %, и температура окружаю­щей среды, которая для серии К155составляет -10...+70 °С, а для КМ155 -45...+85°С.

Электрические параметры логических ИС делят на статические и дина­мические. Паспортные данные статических параметров устанавливают на­пряжение логического нуля U 0 < 0,4 В, логической единицы U 1 > 2,4 В и по­требление мощности от источника питания. По энергопотреблению разли­чают мощные (высокого быстродействия), стандартные (среднего быстро­действия) и маломощные. Применение переходов Шоттки в электрических схемах ЛЭ позволило значительно снизить потребляемую мощность при сохранении, а иногда, и повышении быстродействия. Это касается микросхем серий К1531 и К1533.

Наиболее массовая серия ИС К155в настоящее время вытесняется се­рией К555 с переходами Шоттки, которая при сохранении быстродействия имеет в 5 раз меньшее потребление энергии.

Важными статическими параметрами являются входные и выходные токи. Их допустимые значения различны в состояниях логического нуля и едини­цы, поэтому обычно указывают отдельно токи I 0 вх, I 1 вх, I 0 вых, I 1 вых и условия, при которых проводятся измерения.

Нагрузочная способность микросхем характеризуется коэффициентами разветвления. Коэффициент разветвления по выходу показывает количество входных цепей различных логических элементов данной серии подклю­чаемых к выходу ЛЭ. Коэффициент объединения по входу показывает коли­чество входных


цепей подаваемых на вход ЛЭ. В элементах И-НЕэто означа­ет количество эмиттеров, содержащихся в МЭТ.

 

Рис. 1. Электрическая схема (а), передаточная характеристика (б)

временные диаграммы работы (в) и условное обозначение (г)

логического эле­мента 2И-НЕ

 

К динамическим параметрам относится время задержки распростране­ния сигнала в логическом элементе. Задержка обусловлена ограниченной скоростью переключения транзисторов и процессами заряда-разряда внутренних емкостей. Время задержки - это временной интервал от подачи входно­го импульса до появления выходного. При подаче на вход ЛЭ логического нуля или единицы, задержка несколько различается, поэтому в справочных данных приводят t 0,1 зад и t 1.0 зад, т.е. при переходе входного сигнала из нуля в единицу и наоборот. Иногда указывают максимальную частоту переключе­ния ЛЭ.

Для ЛЭ К155ЛА3 рассмотренные параметры имеют следующие значения:

U 1 вых – не менее 2,4 В при I 1 вых = - 0,4 мА,

U 0 вых – не более 0,4 В при I 0 вых = 16 мА,

I 0 вх – не менее 2,4 В при U 1 вх = < 0,4 мА,

I 1 вх – не менее 2,4 В при U 1 вх = > 2,4 В.

Время задержки t 1,0 зад = 15 нс и t 0,1 зад = 22 нс.

В таблице№ 1, называемой таблицей истинности, приведена логика работы элемента К155ЛАЗтипа 2И-НЕ,выполняющего операцию логического про­изведения с инверсией вида Y = X 1 X 2. На рис. 1, в приведены временные диа­граммы его работы, а на рис. 1, г - условное графическое обозначение, при­нятое при составлении принципиальных и функциональных схем.

Таблица № 1

 

Вход 1 Вход 2 Выход
     
     
     
     

 

Рассмотрим работу ЛЭпо принципиальной схеме (рис. 1, а). Условно ее можно разделить на две части. Первая включает МЭТ DT 1с резистором R 1 и реализует логическую операцию И, а вторая - транзисторы DT 2 - DT 4, диод DD 1и резисторы R 2R 4и реализует операцию НЕ, представляя собой слож­ный инвертор.

Если на входы ЛЭ подать напряжение U 1 вх (более 2,4В), что соответ­ствует на диаграмме временному интервалу t 2t 3, то напряжение на эмитте­рах МЭТокажется выше, чем на коллекторе, т.е. коллектор становится эмит­тером, а эмиттеры - коллектором. Такой режим работы называют инверс­ным. Важным отличием этого режима является крайне низкий коэффициент передачи тока базы (b = 0,05). Это значит, что если ток базы, определяемый сопротивлением резистора R 1 и последовательной цепочкой трех р-п переходов DT 1, DT 2 и DT 4 составляет 0,76 мА, то сумма токов эмиттеров I 1 вх окажется равной 38 мкА (сравните с техническими данными).

Под действием тока базы МЭТ открывается транзистор DT 2, открывая и переводит в состояние насыщение транзистор DT 4. Напряжение коллектор-эмиттер насыщенных транзисторов не превышает 0,3 В, а напряжение база-эмиттер составляет 0,65 В. Потому напряжение на коллекторе DT 2 равно 0,95 В, а на коллекторе DT 4 (выходе ЛЭ) не более 0,3 В, что соответствует состоя­нию логического нуля. Транзистор 3, находится в закрытом состоянии, так как напряжение на его базе всего на 0,65 В выше выходного. В эмиттерной цепи 3 последовательно включен диод DD 1, поэтому для перевода его в открытое состояние необходимо подать напряжение порядка 1,3 В относи­тельно выходного.

Рассмотренное состояние соответствует правой части графика переда­точной характеристики (рис. 1, б). Ток коллектора DT 4 определяется сопро­тивлением нагрузки, током базы и коэффициентом передачи bmin. Полагая Iб =1 мА, a bmin = 30, получим максимальное значение I 0 вых мах = Iб bmin = 30 мА.

Если на один из входов МЭТ, или на оба, подать нулевой потенциал (не более 0,4 В), ток базы DT 1 будет протекать через цепи эмиттеров, а пере­ход коллектор-база смещается в прямом направлении, напряжение на базе DT 2 падает, закрывая этот транзистор и выходной DT 4. Напряжение на коллекторе DT 2 возрастает почти до 5 В. При этом, через резистор R 2 проте­кает ток базы транзистора DT 3, переводя его в открытое состояние. На вы­ходе ЛЭ устанавливается напряжение логической единицы, порядка 3,6 В. Описанное состояние будет соответствовать левому участку графика переда­точной характеристики (логическая единица).

В моменты перехода ЛЭ из состояния логической единицы в состояние логического нуля и обратно напряжение на выходе имеет промежуточное значение, соответствующее средней части передаточной характеристики.

При прохождении участка АВ, на котором транзистор DT 2 работает в линейном режиме, выходное напряжение уменьшается примерно с такой же скоростью, с какой нарастает входное, пока в точке В не начнет открываться транзистор DT 4. Поэтому любая помеха, воздействующая в этот момент вре­мени на входные цепи, проявляется в инвертированном виде и на выходе. Для устранения данного недостатка резистор R 3 заменяют цепью R 5, R 6, DT 5, которая задерживает открывание транзистора DT 2. Участок АВ передаточ­ной характеристики для этого случая показан пунктирной линией.

Другим недостатком ЛЭ ТТЛ является сравнительно низкое быстродей­ствие, обусловленное насыщенным режимом открытых транзисторов. Чтобы удержать транзистор в ненасыщенном состоянии цепь коллектор-база шун­тируют переходом Шоттки.

С освоением технологии создания перехода Шоттки на транзисторных структурах ТТЛ удалось разработать ряд новых серий интегральных микросхем ТТЛШ. Наиболее быстродействующими являются микросхемы серий К1531, К1533,в которых время задержки распространения снизилась до 3-4 нc, а потребляемая мощность в 8 раз по сравнению с обычными ТТЛанало­гами.

Проведем анализ динамических параметров ЛЭ. В динамическом ре­жиме работы ЛЭ рассматривается время задержки распространения сигнала t 1,0 зад при переходе выходного сигнала из логической единицы в логический нуль и t 0,1 зад при обратном переходе. Время задержки ЛЭ в значительной сте­пени определяется временем накопления и рассасывания носителей в базе на­сыщенного выходного транзистора и влиянием емкости нагрузки внешних цепей, подключенных к выходу ЛЭ.

Явление насыщения транзистора приводит к тому, что изменение вы­ходного напряжения по отношению к входному происходит через промежут­ки времени и t 1,0 зад и t 0,1 зад (рис. 2, а). Далее при прямоугольной форме входного сигнала, выходной изменяется с определенной скоростью, обусловленной по­стоянной

времени Т = RвыхСн.


Точные исследования этих процессов производятся методами матетического моделирования по сложному алгоритму на основе алгоритма Эберса-Молла.

Рассмотрим упрощенную процедуру оценки времени задерж­ки переключения с учетом емкости нагрузки. При включении ЛЭ транзисто­ры DT 2, DT 4, первоначально закрыты, a DT 3открыт. На входы ЛЭ поступает напряжения U 1 вх тран-

зистор DT 2открывается, открывая через время t 1,0 зад. транзистор DT 4.Полагаем, что нагрузкой ЛЭ является резистор Rн = 1 кОм и Сн = 300 пФ.

 

Рис. 2. Временные диаграммы напряжений на входе и выходе ЛЭ

 

Изменение выходного напряжения

(1)

При изменении Uвых от 3,7 В до 1,3 В состояние ЛЭ меняется c U 1 вых на U 0 вых. Полагая b = 30, Iб 4 = 2 мА и D U = 2,4 В, из выражения

(2)

получим t 1,0 = 12 нс.

При включении ЛЭ через промежуток времени t 0,1 зад, обусловленный временем рассасывания носителей в базе DT 2, DT 4 эти транзисторы закры­ваются, а 3 открывается и входит в режим насыщения.

Изменение выходного напряжения происходит по экспоненте с посто­янной времени

T 2 = ChRэк = CнR 2 R 4 /(R 2 + R 4).

При Сн = 300 пФ: Т 2 = 40 нc.

(3)
Интервал времени t 0,1 = t 3 - t 2 определяется выражением

t 3 - t 2 = T 2 ln [(Еэк - U 0 вых)/(Еэк - Uгр нас)],

где Еэк = 4 В, напряжение, к которому стремится экспонента, a Urp нac - напря­жение на выходе, при котором 3 выходит из насыщения (Uгр нас = 3,3 В).

(4)
Приведенные данные носят оценочный характер и определяются ем­костью нагрузки ЛЭ. Важно отметить, что если спад напряжения на участке t 1- t 0 протекает почти по линейному закону, то подъем по экспонециальному, что и наблюдается при эксперименте. В справочной литературе приводится среднее время задержки распространения выходного сигнала

t зад ср = (t 1,0 зад ср + t 0,1 зад ср)/2.

На рис. 2, б показано, что эти уровни отсчитываются относительно средних уровней импульсов. В ЛЭ ТТЛ эти уровни равны 1,3 В, а в ТТЛШ - 1,5 В.

Мощность потребления ЛЭ зависит от состояния "0" или "1". При ну­левом состоянии потребляемый ток равен сумме токов, протекающих через резисторы R 1 и R 2

(5)
I 0 пот = (Uип - 3 × 0,65)/ R 1 + (Uип - Uкэт 1 - 0,65)/ R 2,

I 0 пот = 3,3 мА.

В состоянии логической единицы

I 1 пот = (Uип - 0,65 - 0,3)/ R 1 = 1 мА.

Во время переключения ЛЭ происходят дополнительные затраты энергии, обусловленные процессом заряда-разряда емкостей нагрузки. Обычно при оценке потребляемой мощности в справочной литературе дают значения, применительно к предельно допустимой рабочей частоте.

Date: 2015-05-04; view: 873; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.008 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию