Название: Вычислительная техника (Захаров Н. Г.)

Жанр: Энергетический

Просмотров: 1545


2.14. логические элементы с тремя состояниями

 

Схема ЛЭ с тремя стабильными состояниями и ее функциональное изображе-

 

ние представлены на рис. 2.20.

 

 

 

VT1

 

Х

 

2

C

 

 

R1

 

VD1

 

 

R2        R3

 

VT3

 

VD2

 

VT4

 

R4

o +Eп

 

Х         &

Х         o          Y

2

 

C         o

 

 

а          б

 

Рис. 2.20. Принципиальная схема (а)

 

и функциональное изображение ТТЛ-элемента с тремя состояниями (б)

 

Схемы с тремя состояниями имеют состояния по выходу: состояние логической единицы; состояние логического нуля; «обрыв». Они могут работать на общую шину, поэтому используются в качестве шинных формирователей. Схема работает следую- щим образом. Для управления транзисторами VT3 и VT4 введена дополнительная управляющая цепь, которая называется управлением (вход С). Этот вход через диод VD1 подключен к базе транзистора VT3, а также к эмиттеру транзистора VT1. Когда на вход С поступает напряжение, соответствующее уровню логического нуля, транзи- сторы VT3 и VT4 закрыты. Это соответствует третьему состоянию – «обрыв», т. е. логический элемент как бы отключается от выходной шины. Если на вход С подается высокий потенциал, то диод VD1 закрывается и транзистор VT3 будет работать как в обычной ТТЛ-схеме.

2.15. ТТЛ логические элементы с открытым коллектором

 

Схема ЛЭ с открытым коллектором приведена на рис. 2.21.

 

 

 

R1        R2

o +E

1

 

VT1

 

Х

1

Х

 

VT2

 

o  Y VT3

o +E

2

2          R3

C

 

Рис. 2.21. Схема ТТЛ логического элемента с открытым коллектором

 

Эти элементы применяются в тех случаях, когда необходимо питать энергоем- кую нагрузку. Выход с открытым коллектором позволяет иметь много параллельных выходов, что обеспечивает логическое сложение выходных функций схем при подаче напряжения питания Е на группу соединенных вместе выходов через резистор соот- ветствующей величины сопротивления, которая зависит от числа соединенных выхо- дов и числа подключенных к ним входов последующих элементов. Кроме того, выход с открытым коллектором дает возможность в качестве нагрузки использовать лампы накаливания, светодиоды, обмотки реле, индикаторы и т. д.

 

2.16. ЭСЛ логические элементы

 

Логические элементы эммитерно-связанной логики (ЭСЛ) обладают наиболее высоким быстродействием из всех существующих ЛЭ, что обусловлено следующими факторами: открытые транзисторы работают в активном режиме, благодаря чему от- сутствует задержка, связанная с рассасыванием избыточного заряда в транзисторах; внутренняя симметрия ЛЭ обеспечивает практическое отсутствие изменения потреб- ляемого тока при переключении и связанных с ним всплесков напряжения в цепях питания.

Логические   элементы   ЭСЛ   выполняются   на   базе   переключателей   тока (рис. 2.22). На базу транзистора VT0 подано напряжение Е0.   Пусть   Uвх1 = E0, при этом оба транзистора работают в активном режиме. Ток через резистор Rэ  равен:

Iэ = |E0  Uбэо| Rэ. Транзисторы выбирают идентичными, поэтому i э1 = iэ0= Iэ/2.

 

 

 

I k1      R

+Eп

o

I           R

k1        k0        k0

 

o          o

 

o

 
Uвх1 o

 

U бэ1

 

VT1

 

I э1

Uk1

o

U

k0

o          VT0

 

I

э0

 

Uбэ0

 

o +

o  E0

 

 

I э

R э

 

Рис. 2.22. Схема переключателя тока

 

Uk1 = Uk0 = Eп  IэRk1/2 . Если входное управляющее напряжение Uвх1 > E0, то iэl, iк1 увеличиваются, напряжение Uk1 падает, а напряжение Uэ растет, что приводит к уменьшению Uбэ0  и, следовательно, к уменьшению ik0  и к увеличению Uk0. Дальней- шее увеличение Uвx  приводит к полному запиранию транзистора VT0. При этом на- пряжение  Uk0  =  Eп   (без  учета  неуправляемых  тепловых  токов),  Uk1  =  Eп    IэRk. Ток Iэ  I к1 течет только через транзистор VT1.

При уменьшении напряжения Uвх относительно Е0   уменьшается ток  ik1, растет

 

напряжение Uk1, растет ток ik0, уменьшается напряжение Uk0 . При некотором Uвx < U0 транзистор VT1 закрывается и ток Iэ течет только через транзистор VT0. В этом слу- чае Uk0 = Eп - IэRk0: Uk1 = Еп. Таким образом, при изменении Uвх на некоторое значе- ние 2U симметрично относительно Е0, транзисторы переключаются (рис. 2.23).

Выходной перепад напряжения Umвых  = IэRk. Отметим, что высокий входной

вх

 
уровень U1

соответствует уровню логической единицы Е1, а низкий входной уровень

 

U0       0          1          0

вх – уровню логического нуля Е . Обычно выбирают E0 = 0,5 (Е

+ Е ).

Схема ЭСЛ логического элемента представлена на рис. 2.24, в которой для реа- лизации многовходовой переключательной функции входной транзистор заменяют группой  параллельно  соединенных  транзисторов,  а  для  согласования  входных и выходных уровней логической единицы и нуля в схему включены эмиттерные повторители.   При   этом   на   выходе   у   формируется   функция   ИЛИ-НЕ,   на

выходе у2 – функция ИЛИ.

 

Uвх

 

U

1          1

E = U вх

U

Е 0       0          0

 

 

Uвых

(Uk1)

 

Umвых

E = U вх

 

t

вых

 
Eп = U1

= Uk1

 

 

U0

 
вых = Eп  IэRk           t

 

Рис. 2.23. Временная диаграмма состояния переключателя тока

 

 

 

R          R

k          k0

+

о +E о

п

 

 

VT1

Х  о     VT2     Х  о

VT3     Х  о

VT4  VT0

о+        VT5

1          2          3

E 0

о          о          о

Y         R          R          R          Y

1          1          э          2          2

о          о

 

Рис. 2.24. Принципиальная схема ЭСЛ логического элемента

Имея высокое быстродействие, схемы ЭСЛ имеют и недостатки: низкая поме- хоустойчивость и большая потребляемая мощность, т. к. для достижения быстрого перезаряда паразитных емкостей в схеме используются резисторы с малым сопротив- лением, через которые текут большие токи.