Статические и динамические характеристики ТТЛ

К статическим характеристикам относятся передаточная, входная и выходная характеристики, коэффициент нагрузки и максимальное число входов.

Передаточная характеристика показывает зависимость между входным и выходным напряжением элемента при постоянной нагрузке. На рисунке приведены идеальная (рис. 9.4,а) и реальная (рис. 9.4,б) передаточные характеристики.

Рис. 9.4

Входная характеристика представляет собой зависимость между входным током и входным напряжением. На рис. 9.5 изображены схема базового логического элемента ТТЛ и эквивалентная схема данного каскада, на основании анализа которых можно построить входную характеристику ТТЛ.

VT1

VT2

VT3

VD

VTn

VT1

VT2

VT3

VD

Рис. 9.5

 

На рис. 9.6 приведены взаимосвязанные передаточная и входная характеристики. Из графиков видно, что до момента достижения входным напряжением порогового уровня в 1,5 В транзистор VTn насыщен, и входная характеристика является практически линейной. При подаче на вход каскада отрицательного напряжения происходит резкое возрастание абсолютного значения входного тока, приводящее в итоге к пробою. В реальных устройствах для защиты между эмиттером и землёй включают ограничивающие диоды.

Выходная характеристика – это зависимость между входным током входным напряжением. Рассмотрим эту схему для двух логических состояний по выходу. На рис. 9.7 приведены эквивалентная схема и типичная выходная характеристика открытого логического элемента, т.е. элемента при сигнале 0 на выходе. Ток 16 мА является максимально допустимым по техническим условиям.

VT2

VT3

VD

Рис. 9.7

 

На рис. 9.8 приведены эквивалентная схема и типичная выходная характеристика закрытого логического элемента.

Рис. 9.8

VD

вых

i

VT

 

Коэффициент нагрузки определяет число входов элементов, которые одновременно могут быть подключены к выходу одного элемента. Известно, что при разных состояниях логического элемента входной ток имеет различную величину: , а , поэтому:

Максимальное число входов для элементов ТТЛ равно 8.

Динамические характеристики отражают переходные процессы при смене состояний логических элементов. К ним относят быстродействие, длительности включения и выключения элементов, а также помехоустойчивость.

Длительности включения и выключения элементов определяются соответственно следующими выражениями:

.

Здесь и - соответственно длительности фронтов включения и выключения, а и - соответственно задержка сигнала при переключении элемента в состояние 0 и 1. Наличие длительности процессов переключения вызвано перезарядом паразитных емкостей и инерционностью транзисторов. Данные параметры изображены на рис.9.9,а.

Быстродействие характеризуется средним временем задержки:

.

 

Рис. 4.9

 

Помехоустойчивость характеризуется параметрами, изображёнными на рис. 4.9,б.

 

Варианты схем ТТЛ с дополнительными

Функциональными возможностями

В реальных устройствах часто применяют модернизированные схемы элементов ТТЛ с улучшенными характеристиками и дополнительными возможностями. На рис. 9.10,а приведён вариант схемы инвертора с улучшенными нагрузочными характеристиками.

Логические элементы по выходу могут находится в трёх состояниях: 0, 1 и z (импеданс или выключенное состояние). Введём в схему дополнительные элементы так, чтобы базовый логический элемент обладал состоянием z. Модернизированная схема приведена на рис. 4.14,б. Здесь штриховой линией обозначены новые элементы. Если на вход подать 1, то элемент выполняет функцию 2И-НЕ. Если вход заземлить, то коллекторный ток транзистора VTn равен нулю, все транзисторы закрыты, на выходе ноль.

VTnn

VT1

VT2

VT3

VD

Рис. 9.10

VT3

VD

VTnn

VT1

VT2

VT3

VT3

Широкое практическое применение получили некоторые вспомогательные схемы, например, расширитель по ИЛИ, приведённый на рис. 4.11,а. Подключение расширителя так, как это показано на рис. 4.11,б, позволяет преобразованной схеме выполнять следующую логическую функцию входных переменных:

 

Рис. 9.11