9.4.3. ТРАНЗИСТОРНО-ТРАНЗИСТОРНАЯ ЛОГИКА (ТТЛ)

Схема изображенная на рис. 9.9, во многом напоминает схему ДТЛ (рис. 9.8). Лишь только диоды входной схемы И в ней заменены одним транзистором с несколькими эмиттерами. Если все входные напряжения имеют высокий уровень, ток, проходящий через резистор по открытому в прямом направлении переходу база - коллектор входного транзистора, течет в базу транзистора и приводит его в открытое состояние.

Рис. 9.9. Принцип построения элемента И-НЕ типа ТТЛ.

При этом напряжение на коллекторе входного транзистора составляет около 0,6 В. Если только на один из входов подано низкое напряжение, то соответствующий переход база-эмиттер открывается и отбирает базовый ток транзистора При этом транзистор запирается и выходное напряжение принимает значение, соответствующее высокому уровню.

Известно, что в каждом транзисторе коллектор с эмиттером можно поменять местами. При этом переход база-коллектор оказывается включенным в прямом направлении, а переход база-эмиттер - в обратном. Этот способ включения транзистора называется инверсным. Инверсное включение отличается от прямого лишь незначительной величиной коэффициента усиления по току, который в данном случае будем называть коэффициентом усиления по току для инверсного включения. Итак, ток эмиттера равен

Коэффициент усиления по току обычного транзистора, включенного инверсно, составляет около 10. Следовательно, в данном случае это приводит к недопустимо большой величине входного тока. Однако в многоэмиттерном транзисторе применяется особая геометрия р-n-перехода, с помощью которой коэффициент усиления по току для инверсного включения снижается почти до 0,1. Многоэмиттерные транзисторы отдельно не выпускаются, а используются только в интегральных схемах.

В интегральных схемах ТТЛ транзистор заменяется, как правило,

выходным каскадом, который имеет больший выходной ток, или, иначе говоря, обеспечивает более высокий запас помехоустойчивости для логического нуля. Такая схема показана на рис. 9.10.

Рис. 9.10. Элемент И-НЕ типа ТТЛ.

Если транзистор закрыт, то потенциал его эмиттера равен нулю и транзистор также закрыт. Через эмиттерный повторитель на выход схемы подается высокий уровень напряжения. Благодаря эмиттерному повторителю выход схемы в единичном состоянии также является низкоомным и обладает высокой нагрузочной способностью.

Если транзистор открыт, падение напряжения на нем мало. При этом базовый ток транзистора достигает такой величины, что он остается в состоянии насыщения даже при больших значениях выходного тока. Выходное напряжение составляет в зтом случае около 0,1 В. Потенциалы баз транзисторов лежат в интервале Чтобы предотвратить открытие транзистора при нулевом сигнале на выходе, включается диод Однако в момент переключения схемы на короткое время открываются оба транзистора. В этом случае потребление тока ограничивается только защитным резистором Такой импульс тока вызывает высокочастотные помехи на шине питания и общей шине. Для устранения этого эффекта используются низкоомные шины питания и конденсаторы для сглаживания питающего напряжения.

Схемы ТТЛ с диодами Шоттки

Как было показано в гл. 8, скорость переключения транзистора ограничивается в основном временем рассасывания накопленных зарядов. Для повышения максимальной частоты переключений необходимо предотвратить насыщение транзистора. Благодаря этому накопление заряда исключается.

Один из способов устранения насыщения состоит в том, что параллельно переходу коллектор-база транзистора включается диод Шоттки (рис. 9.11).

Рис. 9.11. Транзистор с диодом Шоттки, устраняющим его насыщение, и соответствующее схемное обозначение.

В случае открытого транзистора он из-за действия отрицательной обратной связи по напряжению препятствует снижению напряжения между коллектором и эмиттером ниже уровня, равного приблизительно 0,3 В. Эта структура используется в схемах ТТЛ с диодами Шоттки. Благодаря ей время задержки распространения сигнала уменьшается почти в три раза.