next up previous
Következő: Bistabil multivibrátorok | Tartalomjegyzék | Előző : Logikai áramkörrendszerek összehasonlítása

Inverterek, alapáramkörök

A különböző logikai áramkörrendszerek meghatározó tulajdonságú elemei az inverterek, illetve az ezekhez gyakran társuló logikai lehetőségek, általában ÉS áramkörök. A 6.8.1. ábrán láthatjuk a TTL, LS, CMOS és ECL áramkörök alapkapcsolásait. Ezeket nagyon gyakran felhasználják összetett elemek komponenseként is.


6.8.1. ábra

Kicsit részletesebben csak a TTL áramkört vizsgáljuk, és meghatározzuk ún.transzfer karakterisztikáját. Az áramköri elemek szerepe eléggé világos. Az ÉS kapcsolatért felelős diódák itt egy multi-emitteres tranzisztor emmiter-bázis diódáiként jelennek meg. (Ilyet könnyebb gyártani, mint diszkrét diódákat.) A T2 tranzisztor fázishasító áramkör: a T3 és T4-bol álló, ellenütemű végfokozatot vezérli. Az ellenütemű végfok előnyei nyilvánvalóak, ha meggondoljuk, hogy T2 lezárt állapotában a kimeneti ellenállást a T3 -ból álló emitterkövető határozza meg, T2 vezető állapotában pedig a kimenet egy telítésbe vezérelt tranzisztor (T4) kollektorán, tehát szintén igen kis értékű ellenálláson keresztül kap földpotenciált. Logikai áramkörrendszerek jellemzésére gyakran használják a kapuáramkörök transzfer karakterisztikáját, vagyis a bemeneti és kimeneti feszültségek közötti kapcsolatot ábrázoló grafikont.


6.8.2. ábra


A transzfer karakterisztika a 6.8.2. ábrán látható. Ha a bemeneti feszültség 0 V közelében van (legalább egy bemeneten), akkor a kollektor feszültség T1-en nem elegendő T2 nyitására. Így T2 emitterén nincsen feszültség, kollektorán pedig telepfeszültség lesz. Ezért aztán a kimeneti feszültség T3 vezető, T4 zárt volta miatt körülbelül $(U_T -2U_D) \simeq 3.5 V$. T3 most emitterkövetőként működik, így a terhelés a kimeneti szintet alig befolyásolja. Ha a bemeneti feszültség megközelíti az UD = 0.65V értéket, T2 kinyit, T4 azonban még egy ideig zárva marad. A fokozat ekkor kb. 1.5-szeres erősítéssel (ez az emitter és kollektor ellenállás aránya) dolgozik. Ha a bemenő feszültség eléri a két nyitott diódányi értéket, akkor T3 is kezd nyitni, ami a kimenőfeszültség tetemes csökkenésével jár, mert az erősítés rohamosan megnövekszik. T3 -T4 áramát ekkor a 130 ohmos ellenállás korlátozza. A bemeneti feszültség további növelésével T3 lezár, T4 teljesen kinyit, így a logikai nulla kimenőszinthez ismét kicsiny kimeneti ellenállás tartozik. A kimeneti feszültség - a telítésbe vezérelt tranzisztorok tipikus értéke - kb. 0.2 V lesz. A transzfer karakterisztika nevezetes pontjai a logikai értékekhez tartozó munkapontok. Ezeket úgy kapjuk meg, hogy feltételezzük, hogy hasonló kapuk csatlakoznak egymáshoz. Az ábrán külön feltüntettük ezeket az összetartozó értékeket. (Vegyük észre, hogyha ennek a logikai kapunak nevezett áramkörnek a kimenetét saját bemenetéhez kötjük, akkor - a 6.8.2. ábra egyenesének metszéspontjából adódóan - a közös feszültség nem felel meg egyik logikai feszültségszintnek sem. Ennek oka az, hogy ez az áramkör, mint általában a digitális kapuáramkörök, nem igazán bináris, sokkal inkább analógnak nevezhető. Ezért lehet pl. NAND kapuk felhasználásával egy kvarckristályt rezgésre bírni.) Értékes tulajdonsága az áramkörnek, hogy a transzfer karakterisztika legmeredekebb szakasza - a logikai szintek közötti bizonytalansági tartomány - a logikai szintek között kb. fél értéknél található. A kapcsolás előnyös tulajdonságai mellett meg kell említeni egy hátrányát is: amikor T3 és T4 egyidejűleg vezetnek az átkapcsolás folyamán, áramukat csak T3 kollektorellenállása korlátozza. Így minden logikai szintváltásnál egy jelentős értékű áramimpulzus terheli a tápegységet és kelt zajfeszültséget a környezetében futó vezetékekben. A fenti áramkörnek - általában pedig a kapuáramköröknek a kimeneteit - nem illik párhuzamosan kapcsolni. Két kivételt azonban meg kell említenünk. Az ún. open-collector áramköröknek nincsen "igazi" munkaellenállásuk. Kimenetük lényegében egy tranzisztor kollektora, amely vezető állapotban a földpotenciált állítja be, nem vezető állapotban pedig a kollektor akármekkora feszültséget felvehet. Az ilyen áramkörök kimenetei összeköthetők, egy "felhúzó ellenállásra" dolgoznak, amelyik ellenállás másik vége a tápfeszütséghez kapcsolódik. Így tehát akármelyik kimenet "lehúzhatja" az ellenállás közös pontját. Ez természetesen az áramkörök meghatározott logikai kapcsolását is jelenti. Érdekes módon készülnek olyan áramkörök is, amelyek kimenete nem csak a két logikai feszültségszintet tudja felvenni. Az ún. tri-state (három állapotú) elemeknek van egy olyan vezérlő bemenetük, amelyre adott jel hatására a kimeneti jel mintegy végtelen nagy belső ellenálláson keresztül jelenik csak meg. Ebben az esetben a kimenet logikai értékét más áramkörök határozhatják meg. Erre igen nagy szükség van a számítógépekben, ahol az ún. buszokat számos berendezés használja valamilyen megszabott rendben. Ilyenkor ezek a berendezések végeredményben párhuzamosan köthetők, ha ügyelünk arra, hogy csak mindig egyetlen egy legyen olyan állapotban, hogy az a közös kimenetet meghatározza.)


next up previous
Következő: Bistabil multivibrátorok | Tartalomjegyzék | Előző : Logikai áramkörrendszerek összehasonlítása


1999-09-23