Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Схемы на токовых переключателях. В логических элементах на токовых переключателях транзисторы также работают в ненасыщенном режиме. В сочетании с эмиттерно-связанными каскадами токовый переключатель позволяет получить лучшее быстродействие, чем у ключевых схем с нелинейной обратной связью. Улучшение разрешения, к сожалению, достигается при большей потребляемой мощности.
Токовый переключатель представляет собой дифференциальный каскад (рис. 3.16,а), в общую эмиттерную цепь которого задан постоянный ток I0. Постоянство тока достигается большим сопротивлением 'в цепи эмиттеров или включением в эту цепь транзисторного источника постоянного тока. На базу одного из транзисторов T2 задается* опорное напряжение Uou. Если на входе Ti потенциал достаточно низкий, то T1 полностью заперт, а через T2 течет ток I0. При поступлении на вход схемы напряжения, превышающего порог открывания Tu ток I0 переходит в его эмиттерную цепь и ток через T2 прекращается. В результате в коллекторных цепях
Рис. 3.15. Интегральный TTJI-элемент И — HE с диодами Шоттки
5* 131
на Вых. 1 напряжение понижается, а на Вых. 2 — повышается.
Работа переключателя характеризуется передаточной характеристикой (рис. 3.16,6), показывающей зависимость напряжений на выходах от напряжения па входе. Пороговое напряжение Unovx соответствует началу открывания T1 и закрывания T2 при повышении входного напряжения Uux. Пороговое напряжение Uuov2 соответствует начальной стадии обратного процесса, когда при уменьшении входного напряжения Unx начинает проводить T2 и закрывается Tx. Значения Unovl и Uuov2 зависят от опорного напряжения Uой и падений напряжений на промежутках эмиттер — база транзисторов. Максимальный уровень на выходах UbuxI и Ubbix2 у закрытых транзисторов равен С/внх.Макс = ^к. Минимальный уровень f/выхЬ Uвых2 определяется падением коллекторного тока ан/& на коллекторной нагрузке
^ВЫХ.МИН = Ek
При значительном увеличении входного напряжения до Ujmс начинает насыщаться транзистор Ti. Базовый ток этого транзистора ответвляется в коллекторную цепь, уменьшая падение напряжения на Rk, и t/вых начинает расти; нормальная работа переключателя нарушается. Поэтому схему и входной сигнал рассчитывают так„ чтобы насыщение не наступало.
Токовые переключатели обладают очень высоким быстродействием, время нарастания достигает единиц наносекунд. Хотя управляющий сигнал поступает в базовую цепь, задержки в этой цепи нет, так как схема работает без насыщения и по входу производится только подготовка процесса переключения большого тока I9 в коллекторных цепях. Характеристики токового переключателя такие же, как у схемы с заземленной базой, обладающей, как известно, хорошими высокочастотными свойствами. Заметим, что коллекторные цепи у токового переключателя не вносят существенной задержки, так как обычно сопротивление в цепи коллектора Rk мало; оно значительно меньше сопротивления в цепи эмиттера* и связь с нагрузкой выполняется через эмиттерпый повторитель.
В качестве примера логического элсмсчп’а на токовых переключателях на рис. 3.17 приведена схема ИЛИ — ІІЕ/ИЛИ серии ЭСТЛ. Одно плечо токовот переключателя представляет собой схсму ИЛИ (T1—Г4), второе выполнено на
132
Одьций 1
Рис. 3.17. Схема ИЛИ — НЕ/ИЛИ серии ЭСТЛ с токовым переключателем
транзисторе Ts, на базу которого через T6 задается опорное напряжение, снимаемое с Дь Дъ Если на всех входах Xi—X4 низкий уровень, соответствующий логическому 0, то течет ток через Rz и /Ki = O. При повышении напряжения на любом из входов Х\—Ar4 до уровня 1 через R\ течет ток Ikі и 1К2 = 0. На выход схемы перепады напряжении с /^i и R2 подаются через эмиттерные повторители T7f T8, чем обеспечивается быстрая перезарядка паразитных емкостей и согласование уровней. С выхода ИЛИ — HE снимается сигнал Уі=Хі+Х2+ -4-X з-J-X 4, с выхода ИЛИ—У2=Х\-\-Х2ЛтХ^~\~Х^.
В рассмотренной схеме заземляются общие шины коллекторных цепей, что способствует улучшению помехоустойчивости. Схемы с токовыми переключателями потребляют большую мощность, чем схемы с нелинейной обратной связью, но в отличие от последних сами не создают помех, так как в моменты переключения повышение тока в одной половине ключа компенсируется понижением тока в другой половине.
3.2.5. СХЕМЫ С МАЛЫМ ПОТРЕБЛЕНИЕМ ЭНЕРГИИ
Ко многим приборам ядерной электроники, особенно переносным, применяемым в дозиметрии, геологоразведке и рассчитанным на питание от батарей и аккумуляторов, предъявляются жесткие требования малого потребления энергии. Основной потребитель энергии в цифровых устройствах — активные элементы — транзисторы, которые ставятся в определенные режимы, и через них протекает ток. Поэтому проблема снижения потребляемой энергии в современной аппаратуре решается созданием активных элементов и схем, через которые токи протекают только в моменты переклю* чений, срабатывания, 'все же остальное время потребляется незна* чительная энергия. Цифровые устройства, в которых рассеиваемая мощность лежит в пределах 0,1—10 мкВт на один вентиль, часто называют микромощными.
