Главная Обратная связь

Дисциплины:






Передаточные входные и выходные характеристики ТТЛ ключей инвертирующего типа.



При построении современных систем логических элементов видное место занимают ТТЛ (Транзисторно-Транзисторная Логика) и ЭСЛ (Эмиттерно-Связанная Логика) ключи. Для правильного применения ключей и изучения их свойств необходимо познакомиться с совокупностью их электрических параметров и характеристик. Обычно ключи типа ТТЛ и ЭСЛ имеют несколько входов, что позволяет реализовать за счет этого различные логические функции. В частности, для положительной логики (когда логической единице соответствует высокий уровень напряжения, а логическому нулю — низкий), которую будем рассматривать в дальнейшем, на ТТЛ-ключах можно реализовать логическую функцию m И-НЕ, а на ЭСЛ-ключах с парафазным выходом — логические функции m ИЛИ-HE/m ИЛИ, m — количество входов ключа.

К числу основных характеристик ключей относятся:

передаточная – зависимость напряжения на выходе схемы от напряжения на входе ;

входная – зависимость входного тока ключа от входного напряжения ;

выходная – зависимость выходного напряжения от нагрузочного тока (обычно снимают две выходные характеристики, соответствующие единичному и нулевому состояниям ключа);

переходная (амплитудно-временная) — зависимость выходного напряжения ключа от времени при подаче на вход(ы) заданных сигналов .

Определенная обработка перечисленных характеристик позволяет найти ряд основных параметров ключей.

В зависимости от типа ключа его передаточная характеристика может иметь вид, изображенный на рис. 3 (инвертирующий ключ) и на рис. 4 (неинвертирующий ключ). Последовательность обработки передаточных характеристик обоих типов одинакова и сводится к следующим действиям.

На передаточной характеристике намечаются точки A и B, в которых касательные к графику идут под углом 45°, т.е. где

и эти точки проектируются с использованием нанесённой на график линии равного усиления на оси абсцисс и ординат ( рис. 3 и 4).

В результате выполнения операций будут определены:

и — соответственно уровни логической единицы и логического нуля, т.е. значения низкого и высокого напряжения. Эти напряжения могут быть отнесены ко входной или выходной цепям ключа и поэтому получают соответствующие дополнительные индексы в обозначении ( U, U, U, U);

и — пороговые напряжения логической единицы и логического нуля, т.е. наименьшее (наибольшее) значение высокого (низкого) напряжения на входе ключа, при котором он начинает изменять свое состояние. На рис. 3 и 4 смена состояния ключа происходит на участке между точками А и В.

 

Найденные уровни напряжения позволяют оценить логический перепад , положительную и отрицательную статические помехи, а также статическую помехоустойчивость ключа как меньшую из двух получаемых величин и . Здесь определяется на входе схемы как максимально допустимое отклонение напряжения, при котором еще не происходит изменения уровней выходного напряжения ключа.



Легко показать, что ключи, у которых нет петли гистерезиса на передаточной характеристике, могут иметь статическую помехоустойчивость не более половины логического перепада. Поэтому по степени отклонения от единицы отношения статической помехоустойчивости к половине логического перепада можно судить о качестве спроектированной схемы.

При снятии входной характеристики на один из входов подают изменяющееся напряжение в пределах и наблюдают в его цепи ток. При этом все остальные входы объединяют и присоединяют к источнику с уровнем напряжения, соответствующий логической единице (нулю). Выходная цепь исследуемого элемента при этом остается ненагруженной (рис. 5 и 6). Пользуясь входной характеристикой схемы, можно отыскать такие параметры ключа, как и — входные токи логической единицы и нуля, т.е. токи во входной цепи ключа при подаче на его вход напряжения логической единицы и нуля . Примерный вид входных характеристик ТТЛ- и ЭСЛ-ключей и способ оценки параметров и приводятся на рис. 7 и 8.

При снятии выходной характеристики ключа (рис. 9-12) в его входной цепи создают комбинацию входных сигналов, переводящую исследуемый ключ в состояние логического нуля или логической единицы. Выходную цепь ключа присоединяют к источнику тока и, изменяя нагрузочный ток, регистрируют изменения выходного напряжения. Схемы получения выходных характеристик ключей показаны на рис. 9 и 10 для ТТЛ-ключей.

 

 

 

 

Полученные характеристики используется для опенки и – выходных токов логической единицы и логического нуля. Это токи в выходной цепи ключа, которым соответствует на выходе ключа напряжение логической единицы и логического нуля.

Примерный вид выходных характеристик ТТЛ- ключей показан на рис. 13.

 

 

Найденные параметры ключа используется затем для оценки коэффициента разветвления по выходу . Этот параметр определяет число единичных нагрузок — аналогичных ключей, которое можно одновременно подключить к выходу ключа; есть меньший из двух коэффициентов разветвления .

Важно знать, какую мощность потребляет исследуемая схема. Различаются — соответственно потребляемые схемой мощности в состоянии логической единицы и логического нуля. Они оцениваются через измеряемые в цепях источников питания токи (рис. 15) в соответствующих состояния ключа напряжения источников питания :

, .

Здесь k — количество источников питания в схема ключа.

 

В качестве параметра ключа используется также и средняя потребляемая мощность от источников питания

.

Динамические свойства ключа (его быстродействие) оцениваются обычно по переходной (амплитудно-временной) характеристике. Для этого (рис. 16) на один вход схемы подают импульсный сигнал (при получении переходной характеристики — это идеальный прямоугольный импульс), все другие входы объединяют и подают на них уровень напряжения, который отключает эти входы (для ТТЛ-ключа высокий уровень напряжения, в для ЭСЛ-ключа — низкий). На выход схемы присоединяется нагрузка в соответствии с найденным . На экране осциллографа, работающего в режиме внешней синхронизации, наблюдают входной и выходной сигналы ключа. Используемые для оценки быстродействия ключа параметры и методика их получения отображены на рис. 17.

 

 

Однако подчас затруднительно поставить этот эксперимент (особенно при высоком быстродействии элемента). Тогда прибегают к упрощенной опенке быстродействия исследуемого ключа, используя для этого параметр — среднее время задержки распространения сигнала; как интервал времени оно равно полусумме задержки распространения сигнала при выключении и включении ключа.

Для оценки собирают цепочку из нечетного числа исследуемых инвертирующих схем и закольцовывают ее (рис. 18). В цепи начинают циркулировать перепады напряжения, период следования которых определяется общей задержкой цепи для положительного и отрицательного перепадов напряжения. Присоединяя осциллограф к выходу любого из закольцованных ключей и оценивая период колебаний в цепи , вычисляют среднюю задержку распространения сигнала для одного элемента

,

где n — число элементов (ключей) в кольце.

 

 





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...