ТТЛ-элемент Советский патент 1992 года по МПК H03K19/88 

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и предназначено для построения буферных ТТЛ БИС с высоким быстродействием и повышенной нагрузочной способностью.

Известент ТТЛ-элемент, содержащий последовательно соединенные входной элемент И, парафазный усилитель и сложный инвертор.

Недостатками данного устройства являются низкие надежность и быстродействие. Низкое быстродействие связано с ограничением выходного тока сложного инвертора резистором, а низкая надежность обусловлена большой мощностью, потребляемой при коротком замыкании выхода на общий провод.

Известен также ТТЛ-элемент, содержащий последовательно соединенные входной элемент И, инвертор, парафазный усилитель, первый и второй выходы которого соединены с входами первого и второго плеча сложного инвертора, между которыми включен резистор защиты и переход база-эмиттер п-р-п транзистора, коллектор которого соединен с первым выходом парафазного усилителя.

Недостатком данного устройства являются большие масса и габариты, обусловленные наличием в cxeMie мощного (0,5 Вт) резистора защиты, большая потребляемая мощность (более 0,5 Вт) при коротком замыкании выхода на общую шину, и низкое быстродействие, связанное с ограничением выходного тока, формирующего фронт нарастания выходного напряжения (не более 60 мА при -60°С).

Наиболее близким по технической сущности является ТТЛ-элемент, содержащий схему И, парафазный усилитель, сложный инвертор, два п-р-п транзистора и три резистора, причем входами устройства являются входы схемы И, выход которой соединен с входом парафазного усилителя, через первый резистор связан с базой первого п-р-п транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор соединен с базой второго п-р-п транзистора и через второй и третий резисторы связан соответственно с шиной питания и общей шиной, коллектор второго п-р-п транзистора соединен с первым выходом парафазного усилителя и первым входом сложного инвертора, а эмиттер соединен с выходом сложного инвертора, второй вход которого соединен с вторым выходом парафазного усилителя.

Недостатком данного устройства является низкая надежность из-за большой потребляемой мощности при сопротивлении нагрузки меньше допустимой величины. Поскольку возможно формирование выходного напряжения сложного инвертора (2,42,5 В для серий 106,130,133,530,533,1530, 1533, 1531 и др.), то порог защиты (Unop).

определяемый в основном делителем на втором и третьем резисторе, должен быть еще меньше и с учетом погрешности делителя Unop .1-2,3 В, чтобы защита не срабатывала в нормальном режик е. В то же

0 время при больших коэффициентах усиления h2i транзисторов сложного инвертора возможно формирование выходного напряжения ивых, незначительно превышающего Unop при очень большом выходног токе. В

5 таком режиме ТТЛ-элемент рассеивает большую мощность, а защита не срабатывает. Причина этого недостатка заключается в том, что факт короткого замыкания или перегрузки на выходе устанавливается не

0 по выходному току, а по вторичному признаку - выходному напряжению.

Недостатком данного устройства также является низкое быстродействие, что связано с ограничением выходного тока, формирующего фронт нарастания выходного напряжения. Причем чем больше быстродействие и допустимый выходной ток, тем больше возможная при перегрузках мощность.

0 Цель изобретения-повышение быстродействия и надежности устройства за счет снижения ограничений на выходной ток формирования фронта и уменьшения допустимого выходного тока при перегрузках.

5 Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные входной элемент И, парафазный усилитель, сложный инвертор, дополнительно введены источниктока и конденсатор,

0 причем вход питания источника тока соединен с шиной питания входного элемента И, вход управления источника тока соединен с входом питания парафазного усилителя, выход источника тока соединен с входом сложного инвертора и через конденсатор связан с шиной нулевого потенциала.

Сопоставительный анализ предлагаемого устройства и прототипа позволяет выявить новые существенные признаки

0 объекта,:а именно дополнительно введены источник тока, конденсатор и организованы новые электрические связи.

Положительный эффект достигается за счет ограничения среднего значения выходного выfeкaющeгo тока и обеспечения большого значения выходного тока при формировании фронта нарастания выходного напряжения.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема устройства. Устройство содержит входную схему И 1, парафазный усилитель 2, сложный инвертор 3, источник 4 тока и конденсатор 5. При этом входная схема И выполнена на п-р-п транзисторе 6 и резисторе 7, парафазный усилитель 2 выполнен на п-р-п транзисторе 8 и резисторах 9 и 10, сложный инвертор 3 выполнен на п-р-п транзисторах 11-13 и резисторе 14, источник тока 4 выполнен на р-п-р транзисторах 15 и 16, причем входами устройства являются эмиттеры п-р-п транзистора б, база которого через резистор 7 связана с шиной питания и эмиттерами р-пр транзисторов 15 и 16, а коллектор соединен с базой п-р-п транзистора 8, коллектор которого соединен с базой п-р-п транзистора 11 и через резистор 9 связан с базой и коллектором р-п-р транзистора 15 и базой р-п-р транзистора 16, коллектор которого соединен с коллекторами п-р-п транзисторов 11 и 12 и через конденсатор 5 связан с шиной нулевого потенциала и эмиттером п-р-п транзистора 13, база которого соединена с эмиттером п-р-п транзистора 8 и через резистор 10 связана с-шиной нулевого потенциала, а коллектор является выходом устройства и соединен с эмиттером п-р-п транзистора 12, база которого соединена с эмиттером п-р-п транзистора 11 и через резистор 14 связана с шиной нулевого потенциала. Устройство работает следующим образом. При высоком уровне напряжения на всех входах ток через резистор 7 и переход база-коллектор транзистора 6 открывает транзистор 8. Отпирание и насыщение транзистора 8 приводит к отпиранию выходного транзистора 13 и запиранию транзисторов -11 и 12. В результате на выходе устройства формируется низкий уровень напряжения. Управляющий ток Ig через парафазный усилитель 2 (резистор 9) задает ток через транзисторы 15 и 16. При этом коллекторный ток транзистора 16li60npeделяется по соотношению площадей Sis и Si6, эмиттерных переходов транзисторов 15 и 16 Sis Током lie заряжается конденсатор 5 до уровня напряжения (Un - Мост), где Un напряжение питания, UOCT остаточное напряжение коллектор-эмиттер транзистора 16. Если на одном из входов устройства напряжение упало до уровня О, то протекает ток через база-амиттерный переход транзистора 6 и запирается транзистор 8. После этого запирается транзистор 13 и открываются транзисторы 11 и 12. Выходной ток формирования фронта нарастания 1ф.н. выходного напряжения формируется в основном за счет разряда конденсатора 5 и ограничен только базовым током транзисто-, ра 11 1б11 и коэффициентами усиления hais транзисторов 11 и 12. Значение 1ф.н. может достигать величины 1ф.н. 1б1Г(Ь21э). В случае нормального режима работы, когда емкость и сопротивление нагрузки в пределах допустимого, заряда, накопленного конденсатором 5, достаточно для формирования фронта выходного напряжения. Формирование вершины не требует большого выходного тока и осуществляется коллекторным током транзистора 16. Величина Ii6 определяется средним выходным током, который в десятки и даже сотни раз меньше тока формирования фронта. Если произошло короткое замыкание выхода схемы на шину нулевого потенциала или недопустимо снизилось сопротивление нагрузки, то средний выходной ток остается неизменным и не происходит существенное возрастание рассеиваемой мощности. В то же время при нормальной работе ток формирования фронта может быть очень большим (но кратковременным), так как в цепи выходного тока (конденсатор 5 транзистор 12 - нагрузка) нет токоограничивающих резисторов. Для реальных значений haia 50-100 выходной ток 1ф.н. может быть на три порядка больше выходного тока парафазного усилителя 2 (через резистор 9). В схемах-аналогах такое значение тока, а значит и такое быctpoдeйcтвиe при значительной емкостной нагрузке, в принципе недостижимо, так как выходной ток ограничен резистором номиналом десятки и сотни Ом. В данной схеме может использоваться несколько парафазных усилителей и сложных инверторов. В этом случае схема может выполнять функцию защиты от перегрузок всех буферных схем ТТЛ БИС. Принципиальные схемы элемента И, парафазного усилителя, сложного-инвертора, источника тока могут изменяться в зависимости от технологии и назначения схемы, например, ТТЛ с диодами Шоттки, схемы средней степени интеграции или БИС. Однако принцип действия защиты от этого не изменяется, поскольку сохраняется набор требований к выходу ТТЛ-элемента, а именно большой ток формирования фронта 1Ф.Н., малый ток формирования вершины, защита от перегрузки на выходе.

Формула изобретения ТТЛ-элемент, содержащий входной элемент И, вход питания которого соединен с шиной питания, а выход соединен с входом парафаэного усилителя, первый и «торой выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами сложного инвертора, выход которого подключен к выходу устройства, отлич1ающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности устройства путем снижения ограничений на выходной ток формирования фронта и уменьшения допустимого выходного тока при перегрузках, в него введены источник тока и конденсатор,

вход питания источника тока соединен с шиной питания, вход управления - с входом питания парафазного усилит.еля, выход - с входом питания сложного инвертора ис первым выводом конденсатора, второй ВЫВ9Д которого подключен к общей шине.

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике. Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности устройства. ТТЛ-элемент содержит входной элемент И 1, парафазный усилитель 2, сложный инвертор 3. Для достижения цели введены источник 4, конденсатор 5 и новые функциональные связи. 1 ил.