Резисторно-транзисторные логические схемы (РТЛ)

Резисторно-транзисторные схемы могут быть двух видов — с непосредственными связями по входам и с резисторными. В первом случае провод связи считается элементарным резистором, обладающим минимальным активным сопротивлением. Каждая из схем является инвертором, выполняющим булеву функцию НЕ у = х. Функции инвертора выполняет транзисторный ключ с транзистором, включенным по схеме с ОЭ (рис. 14.9).

В схеме смещение на транзисторе VT создается фиксированным напряжением делителя, состоящего из резисторов R1 и R3 и элементов схемы управления (сопротивление предыдущего каскада или источника сигнала — входное сопротивление Я_нх показано штриховой линией).

Рис. 14.9. Схема логического элемента НЕ в резисторнотранзисторной логике (РТЛ)

При подаче на вход схемы сигнала низкого уровня (для положительной логики это отрицательный потенциал — лог.О) транзисторный ключ закрыт, так как отсутствует необходимое напряжение прямого смещения эмиттерного перехода, равное (7_Эз < 0,6 В. При этом на выходе схемы действует положительный потенциал (лог.1). При подаче на вход сигнала лог.1 (сигнал высокого уровня (положительный потенциал)) на резисторах делителя создается падение напряжения, которое действует на эмиттерный переход как прямое смещение (f/_R3) и как обратное смещение на коллекторный переход (?/_r3 _Rbx). Транзистор открывается и на выходе транзисторного ключа появляется отрицательный потенциал (лог.О), т.е. выполняется логическая операция НЕ. Это происходит, когда напряжение на входе х (U_BX) достигает порогового напряжения (t/^_op). Транзистор открывается

при и_Эз > 0,6 В. Поэтому для создания этого условия необходимо подобрать резисторы делителя R1 и R3 так, чтобы выполнялось равенство

Таким образом, транзисторный ключ является схемотехническим решением логического элемента НЕ.

Недостатком схемы является уменьшение входного сигнала (?/_вх) за счет падения напряжения на резисторе R1, что потребует увеличения амплитуды входного сигнала. Если не увеличивать амплитуду входного сигнала, т.е. не компенсировать потери на R1, то снизится быстродействие схемы из-за уменьшения амплитуды сигнала, действующего на транзистор. Для повышения амплитуды этого сигнала резистор связи R1 шунтируют ускоряющим (форсирующим) конденсатором С1.

Инверторы в схемотехническом решении РТЛ могут выполняться с открытым коллектором, т.е. без конструктивного нагрузочного резистора в коллекторной цепи (R2), когда коллектор не подключен в схеме и является свободным выходом (например, в схеме на рис. 14.9 не включать резистор R2). Открытый коллектор позволяет включать в качестве конструктивной нагрузки между коллектором и источником питания ?/_к лампочку накаливания, реле и другие нагрузки (например, в схеме на рис. 14.9 реле Р показано штрихами). В таком схемном решении можно использовать более высоковольтный источник U_K для коллекторной цепи (при высоковольтном транзисторе), получая схемы с более высоким выходным током (/_ВЬ1Х) и объединять выходы отдельных схем, работающих на общую нагрузку.

Для реализации схемотехнических решений базисных функций И-НЕ и ИЛ И-НЕ применяют соответственно последовательное и параллельное соединение транзисторных ключей (инверторов) между собой, работающих на общую нагрузку (рис. 14.10).

На рис. 14.10, а, показана схема параллельно соединенных инверторов. В этой схеме на выходе формируется высокий уровень (лог. 1), если одновременно на все входы подается сигнал низкого уровня (лог.О), закрывающий транзисторы. В результате на выходе формируется функция у = х_]лх₂ — И-НЕ на сигналах низкого уровня. На сигналах высокого уровня выполняется логическая функция у = Xj vx₂ — ИЛИ-HE. Действительно, если на один из входов (например, х,) подать сигнал высокого уровня, то откроется транзистор VT1 и за счет протекающего выходного тока через R5 на выходе получим низкий уровень сигнала (лог.О). Данное схемотехническое решение в ДРЛ применяется в логическом элементе ИЛ И-НЕ.

Рис. 14.10. Схемы логического элемента ИЛИ-HE (а) и логического элемента И-НЕ в резисторно-транзисторной логике (б) схемотехнических решений

(РТЛ)

Аналогично можно исследовать схему на рис. 14.10, б, с последовательным включением инверторов, выполняющую функцию И-НЕ на сигналах высокого уровня по входам (лог.1) и логическую функцию ИЛИ-HE на сигналах низкого уровня по входам (лог.О). Это позволяет применять схему в ДРЛ для построения логического элемента И-НЕ.

При реализации многовходовых логических схем ИЛИ-HE и И- НЕ на кремниевых транзисторах режим отсечки транзистора может быть реализован и без цепи базового резистора, создающего смещение на эмиттерном переходе (R2 и R4 на рис. 14.10, а). В таком схемном решении смещение создается косвенным методом (рис. 14.11) и сигнал на входе схемы непосредственно подается на эмиттерный переход. Для ускорения процесса передачи логической единицы входной резистор шунтируют ускоряющим конденсатором. Такое схемное решение имеет низкую помехоустойчивость и слабые внешние «возмущения» могут открыть транзистор (как сигнал лог.1), однако уменьшение сопротивлений активных резисторов снижает вероятность нагрева ИМС.

Аналогично можно преобразовать и схему на рис. 14.10, б, в схему без базового резистора.

Для построения в логике ДРЛ логических элементов И и ИЛИ используются также схемные решения эмиттерных повторителей (ЭП). Для этого их соединяют последовательно для логического

Рис. 14.11. Схема логического элемента ИЛИ-HE в резисторно-транзисторной логике схемотехнических решений (РТЛ) с косвенным методом подачи

смещения на транзисторы

элемента И (рис. 14.12, а) и параллельно для логического элемента ИЛИ (рис. 14.12, б).

При подаче на один из входов в схеме на рис. 14.12, а, сигнала высокого уровня (лог.1) положительной полярности транзистор открывается, и протекающий ток создает падение напряжения на эмиттерном резисторе общей конструктивной нагрузки (R5) и на выходе высокий положительный потенциал (лог.1). Схема на сигналах лог.1 выполняет логическую операцию ИЛИ, а на сигналах лог.О — операцию И, т.е. является схемным решением логического элемента ИЛИ.

Рис. 14.12. Схемы логических элементов ИЛИ-HE (а) и И-НЕ (б) в схемотехнических решениях РТЛ на основе эмиттерных повторителей

Аналогично в схеме на рис. 14.12, б, на лог.1 выполняется операция ИЛИ, т.е. эта схема является схемным решением в ДРЛ логического элемента И.