потребления. При пониженной температуре (-60°С) сопротивление vn превышает сопротивление резистора R3 (см. рис, 2.4, а), что увеличивает ток включения транзистора VT5 и приводит к уменьшению времени включения схемы.

С увеличением температуры происходит уменьшение помехоустойчивости схемы (см. рис. 2.9,6). В момент переключения схемы

j НЕ увеличивается ток потребления, что приводит к увеличению

потребляемой мощности в динамическом режиме При увеличении частоты до 5 МГц потребляемая мощность увеличивается до 43 мВт (мощность в статическом режиме равна 20 мВт). Выбросы тока в цепи питания, имеющей индуктивный характер, могут вызвать наводки и ухудшить помехоустойчивость аппаратуры. При работе микросхемы важно не превышать входное напряжение Ubx = 5,5B, которое является предельно допустимым. Для большинства микросхем ТТЛ предельно допустимое отрицательное напряжение на входе составляет 0,4 В.

Реальные цифровые сигналы на входе .микросхемы не имеют строгой прямоугольной или трапецеидальной формы. В момент окончания сигнала в .монтажных цепях могут возникать затухающие колебания, следствием чего может быть ложное срабатывание схемы, на вход которой они попадают. Для исключения этого явления схемы ТТЛ подвергались доработке, в результате к каждому входу МЭТ были подключены так называемые демпфирующие диоды VD1 - VD4 (см. рис. 2.5, а).

Если на входе нет выбросов напряжения, диод закрыт, при этом он дополнительно вносит емкость на входе схе.чы менее 1 пФ, что практически не ухудшает ее динамических характеристик. Первы.м отрицательным импульсом, амплитуда которого превышает 0,8 В, демпфирующий диод открывается, шунтирует паразитный колебательный контур, uбpa.oвaнный монтажными цепями. Из-за этого последующий положительный выброс напряжения не может иметь существенную амплитуду.

Рассмотрим работу ЛЭ И-НЕ в динамическом режиме. Как уже отмечалось, быстродействие схемы характеризуется несколькими параметрами и, в частности, временем задержки распространения при включении (здр и выключении tp. При включении элемента И-НЕ (рис. 2.10) долей времени задержки распространения за счет транзистора VT1 можно пренебречь, считая, что ключ размыкается мгновенно. Тогда суммарная задержка распространения сигнала в схеме определяется задержкой за счет транзисторов VT2 и VT4: *1др здутг +*зд\Т4 В свою очередь, задержка, обусловленная транзистором VT2, определяется в основном временем заряда паразитной емкости Cj,), представляющей собой сумму паразитных емкостей резистора R1, коллектора транзистора VT1 и перехода база-эмиттер транзистора VT1. Задержка из-за транзистора VT4 определяется временем заряда паразитной емкости С.., представляющей собой сумму емкостей структуры резистора R4 и перехода база-эмиттер резистора VT4.

При выключении задержка распространения сигнала для ЛЭ И-НЕ (ддр определяется главным образом временем рассасывания Неосновных носителей в базах транзисторов VT2 и VT4. Для стандартных микросхем ТТЛ при температуре 25 С, Краз = 10 и Сп =

Рис. 2.10. Эквивалентная схема формирования динамических параметров

= 15пФ типовые значения времени задержки распространения при включении и выключении соответственно составляют =7 не,

1здр = 13нс. С ростом температуры время задержки распространения при включении несколько уменьшается, а время задержки распространения при выключении, напротив, увеличивается, особенно в диапазоне температур 20...120°С. С ростом нагрузки задержки распространения несколько увеличиваются. Увеличение емкости нагрузки оказывает на быстродействие более значительное влияние, чем увеличение числа входов микросхем, подключаемых к выходу ТТ,Л-ключа.

Как уже отмечалось, наряду с простыми ЛЭ в состав серий цифровых микросхем вводятся триггеры различных типов и схемы, построенные на их основе: регистры, счетчики, матрицы памяти.

Быстродействующие микросхемы ТТЛ, представленные серией 130, позволяют получить типовое значение задержки распространения 7 нс при мощности потребления, приходящейся на ЛЭ 44 мВт. Логический элемент этой серии (см. рис. 2.6) отличается от ЛЭ стандартной, самой массовой серии К155 (см. рис. 2.5, о) сниженными номиналами резисторов и уменьшенными паразитными емкостями элементов. В выходном каскаде (рис. 2.6, а, б) применена схема Дарлингтона (транзисторы VT3 и VT5) [4], позволяющая повысить коэффициент усиления выходного транзистора по току и поэтому обеспечить примерно равные значения выходных сопротивлений схемы при ее включении (определяется верхним эмиттерным повторителем VT5) и выключении (определяется насыщенным транзисторо.м VT6). Это дает почти одинаковые задержки распространения сигнала при включении и выключении схемы.

Низкие выходные и входные сопротивления микросхем ТТЛ обусловливают малые постоянные времени заряда и разряда нагрузочных паразитных емкостей проводников печатных плат, что позволяет увеличить тактовую частоту до 30 МГц. Как было указано выше, микросхемы серин 130 являются неперспективными и не рекомендуются для применения в новых разработках. Они приведены как определенный этап развития микросхемы ТТЛ. Их заменили микросхемы с диодами Шотки серий 530, КР531, рассмотренные ниже.

Микросхемы ТТЛ маломощных серий 134, КР134 при температуре 25 °С имеют для ЛЭ среднее значение мощности потребления

о мВт. Схемы ЛЭ этой серии (см. рис. 2.7) отличаются от схем стандартной серии отсутствием демпфирующих диодов и корректи-оуюшей цепи, а также значительно увеличенными номиналами резисторов, чем определяются малые уровни токов и мощности потребления при одновременном уменьшении быстродействия микросхем. Время задержки включения и выключения составляет 100 нс. Широкое применение получили микросхемы, в которых используются диоды и транзисторы с эффектом Шотки (см. рис. 2.8). Микросхемы серии 530 позволяют при температуре 25±10°С, сопротивлении нагрузки Rn = 280OM и емкости нагрузки С =15пФ получить типовое значение времени задержки распространения 5 не на ЛЭ при средней мощности потребления 19 мВт (ср. с параметрами микросхем серии 130, приведенными в табл. 2.4).

Повышение быстродействия здесь получено снижением степени насыщения транзисторов за счет применения диодов Шотки, шунтирующих переход коллектор-база насыщенного транзистора. Диоды Шотки имеют существенно меньшее пороговое напряжение открывания, чем переход коллектор-база, поэтому во время действия входного импульса диоды Шотки открываются раньше, чем переход коллектор-база, таким образом предотвращается накопление избыточных зарядов в базовой области транзисторов. Накопления заряда в самих диодах Шотки не происходит, так как протекающий в них ток вызван переносом основных носителей.

Работа транзисторов Шотки в ненасыщенной области приводит к увеличению падения напряжения на их переходах база-эмиттер, что уменьшает в статическом режиме ток потребления и соответственно потребляемую мощность. В выходном каскаде применена схема Дарлингтона (VT3 и VT5), позволяющая обеспечить при выключении схемы повышенный ток заряда емкостной нагрузки, что уменьшает время задержки фронта выходного сигнала. Благодаря малому падению напряжения на переходе база-эмиттер транзистора \ТЗ, а также низкому выходному сопротивлению схемы в обоих логических состояниях схема Дарлингтона позволяет получить в микросхемах этих серий более высокий уровень выходного напряжения Ug.

Были разработаны также маломощные микросхемы с диодами Шотки серий 533, К555 (функциональные аналоги SN54LS, SN74LS). В последнее десятилетие широкое применение получили различные модификации микросхем ТТЛ с диодами Шотки. Это, как уже было указано выше, микросхемы серий 533, К555, 1530, 1533, КР1533. Рассмотрим этапы их развития. Усилия технологов и разработчиков микросхем этих серий постоянно направлены на расширение их функционального состава, усложнение выполняемых функций (т. е. повышение степени интеграции) и улучшение рабочих характеристик за счет увеличения быстродействия и уменьшения потребляемой мощности. Усовершенствование технологии позволило в последние годы освоить два новых вида микросхем ТТЛ с диодами Шотки. Это серии 1530 (аналог SN54AS); 533, К555 (аналоги SN54LS/74LS); 1533, КР1533 (аналоги SN54ALS/SN74ALS). Микросхемы серии 1533 имеют более высокое быстродействие, чем микросхемы серии 533, значительно меньшее потребление мощности и, что очень важно, совместимы со стандартными сериями ТТЛ.

Напомним, что микросхемы стандартных серий 133, К155 позволяют получить быстродействие 10 нс при мощности рассеивания 22 мВт на ЛЭ, а микросхемы серии 1533, КР1533 - быстродействие