Исследование ТТЛ-элемента

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

(МТУСИ)

[pic 1]

 «Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра электроники

Лабораторная работа №10

Тема: «Исследование ТТЛ-элемента.»

Выполнил: студент группы УБСС1903  

Проверил: доц. кафедры электроники

Власов В.П.

Москва, 2020

Цель работы: Изучение принципов построения и особенностей применения логических элементов транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) на биполярных транзисторах (БТ). Исследование статических и динамических характеристик ТТЛ-элемента на примере ТТЛ-инвертора.

На рис. 1,а приведена схема простейшего двухвходового ТТЛ-элемента И-НЕ. Его основу образует многоэмиттерный транзистор (МЭТ), который отличается от обычного интегрального биполярного транзистора (БТ) наличием не одной, а нескольких эмиттерных областей (например, двух, как на рис. 1,б). Наличие нескольких эмиттеров позволяет реализовать самые разные логические функции, в том числе –основные –И, ИЛИ, НЕ и их комбинации.

[pic 2]

Рассмотрим, например, работу такого элемента в условиях нагрузки с небольшим сопротивлением Rн (рис. 2а).  При закрытом состоянии Т2 напряжение на выходе высокого уровня U1вых составляет только часть напряжения источника питания:

[pic 3]

По мере уменьшения сопротивления нагрузки Rн напряжение U1вых уменьшается и может оказаться недостаточно большим для надежной работы последующих элементов. Аналогичный недостаток проявляется и в динамическом режиме, когда необходимо высокое быстродействие и проявляет себя емкость нагрузки (рис. 2,б). При изменении состояния на выходе от 1 к 0 емкость нагрузки быстро разряжается через малое сопротивление открытого Т2.  При изменении состояния от 0 к 1 емкость нагрузки заряжается от источника питания  через  сопротивление  R2.  Это  сопротивление  нельзя  сделать небольшим, так как оно ограничивает максимальный ток Т2. Поэтому время перехода  из  состояния  0  в  состояние  1  рассматриваемого  элемента недопустимо большое.

Намного более высокой нагрузочной способностью обладает ТТЛ-элемент со сложным инвертором, рис. 3.

[pic 4]

На рис.4 представлена исследуемая схема.

[pic 5]

Входной сигнал через R3 подаётся здесь на один из эмиттеров МЭТ Q1, остальные эмиттеры которого не изображены. Таким образом, логический элемент используется в функции инвертора.  Нагрузкой является цепочка других таких же инверторов U1, U2, изображённых условно. Тем самым моделируется реальная комплексная и нелинейная нагрузка, характерная для цифровых ИС. Выходом исследуемого элемента считается коллектор Q4. Все транзисторы полагаются одинаковыми и описываются моделью QN.