5.4. Логические элементы с открытым коллекторным выходом

Физические параметры и функциональные возможности ЛЭ зависят от выполнения их выходного каскада (усилителя тока). Использование мощных или высоковольтных транзисторов в выходных каскадах ЛЭ предопределяет область их применения.

Классификация выходных каскадов ЛЭ.

В ТТЛ ИС наиболее часто используются пять типов выходных каскадов:

1. На рис. 5.43,а показан ЛЭ с каскадным, или стандартным, выходом (totem-pole output), выполняющий функцию напряжения всегда изменяются в противофазе (если низкий уровень, то высокий уровень, и наоборот; здесь означают величины напряжений, закрывающих и открывающих соответствующие транзисторы). Такой ЛЭ обеспечивает большой выходной втекающий ток (открыт нижний транзистор) и значительно меньший по величине выходной вытекающий ток (открыт верхний транзистор), что обусловлено, в частности, наличием диода и ограничивающего ток резистора (при коротком замыкании выхода ЛЭ на корпус он не выходит из строя).

Описанный выходной каскад в разных сериях может иметь различные модификации (другие значения или вместо верхнего транзистора и диода может использоваться составной транзистор). Логические элементы со стандартным выходом имеют нагрузочную способность (см. табл. 5.4). Такой же выходной каскад имеют ЛЭ с повышенной нагрузочной способностью.

2. На рис. изображен ЛЭ с открытым эмиттерным выходом, выполняющий функцию коллектор подсоединен к полюсу эмиттер выходного транзистора не подключен к нагрузке внутри ИС, а подсоединен к отдельному внешнему выводу внешняя нагрузка). В данном выходном каскаде Используются, как правило, мощные транзисторы, рассчитанные на большой ток нагрузки. Такие выходные каскады имеют некоторые интерфейсные ИС (например, передатчики для линий связи и др.). Нагрузка к этим ЛЭ

Рис. 5.43 (см. скан)

подключается между выводами эмиттера и корпуса, т. е. выходной каскад представляет собой эмиттерный повторитель, обеспечивающий в отличие от каскада со стандартным выходом большой выходной ток (Source current- вытекающий ток). При низком уровне выходного напряжения через транзистор отсутствует, и выходной каскад имеет большое выходное сопротивление, определяемое величиной

3. На рис. 5.43,в показан ЛЭ с открытым коллекторным выходом, выполняющий функцию эмиттер подсоединен к корпусу, коллектор выходного транзистора не подключен к нагрузке внутри ИС, а подключен к отдельному внешнему выводу внешняя нагрузка). Схема ЛЭ 2И-НЕ с открытым коллекторным выходом изображена на рис. 5.43,г

Выходные транзисторы изготовляются на разные токи

нагрузки и разные допустимые напряжения питания: и др. Выходы с открытым коллектором транзистора должны быть подключены с помощью внешнего резистора к соответствующему источнику питания или Если выходной транзистор открыт (на базу поступает высокий уровень напряжения то на выходе устанавливается низкий уровень напряжения Если же транзистор закрыт (на базу поступает низкий уровень напряжения то на выходе устанавливается высокий уровень напряжения значительно превышающий уровень логической 1 в ЛЭ со стандартным выходом.

Если используются мощные выходные транзисторы, то выходной каскад обеспечивает большой выходной ток втекающий ток). Чем больше ток при , тем меньше выходное сопротивление каскада при низком уровне выходного напряжения. При высоком уровне выходного напряжения ток через транзистор отсутствует, и выходной каскад имеет большое выходное сопротивление. В этом случае выходное сопротивление каскада определяется внешней нагрузкой На рис. показаны временные диаграммы, поясняющие работу ЛЭ 2И-НЕ с открытым коллекторным выходом — из-за различия выходных сопротивлений при низком и высоком уровнях выходных напряжений отрицательный и положительный фронты выходного сигнала имеют разную длительность. Длительность положительного фронта определяется постоянной времени нагрузки (см. рис. 5.43,в) и во много десятков раз больше длительности отрицательного фронта при больших емкостных нагрузках

4. Выходные каскады, представляющие собой изолированные транзисторы (коллектор, эмиттер и база мощных выходных транзисторов подключены только к внешним выводам используются в интерфейсных ЛЭ и позволяют более гибко выбирать схему их подключения как к ЛЭ, так и к нагрузке, в зависимости от решаемой задачи. Логические элементы с изолированными транзисторами используются, например, в передатчиках данных по линиям связи (выходные транзисторы обеспечивают ток

5. На рис. 5.43,е показан ЛЭ с тремя состояниями выхода, выполняющий функцию имеет управляющий вход ОЕ (Output Enable - разрешение выхода), одно из значений сигнала на котором переводит оба выходных транзистора в закрытое состояние (табл. 5.15). При значении с тремя состояниями выхода работает так же, как и ЛЭ со стандартным выходом. В табл. 5.15 обозначено: L (Low) - низкий уровень

(см. скан)

(см. скан)

сигнала, высокий уровень сигнала, высок -импедансное состояние выхода (от единиц до сотен При значении напряжения на базах транзисторов принимают низкий (закрывающий) уровень, что делает невозможным протекание выходных токов через транзисторы. Для реальных -состояние выхода характеризуется током утечки порядка