Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
логического элемента способен отдавать ток величиной не менее 400 мкА и
принимать ток величиной не менее 16 мА. Поэтому логический элемент имеет
нагрузочную способность по выходу равную 10, и сигнал с него можно подать
на входы десяти "стандартных" логических элементов. Имеются также
специальные логические схемы - буферы - с большой выходной мощностью.
Например, в ИС 7437 (аналог 155ЛА12 - Прим. перев.) как и в ИС 7400,
имеется четыре 2-входовых элемента И-НЕ, но нагрузочная способность равна
30.
Когда говорят, что входной ток "стандартной" ТТЛ-схемы равен 40мкА/(-
1,6мА), обычно имеют в виду нагрузку единичного входа. Хотя эти значения
справедливы для большинства входов ТТЛ-схем, некоторые триггеры и
счетчики могут представлять собой со стороны входа нагрузку,
соответствующую, например, четырем входам. В таких случаях следует быть
внимательным и проверить по справочным данным, не превышена ли
нагрузочная способность предыдущей схемы.
Так называемые "стандартные" ТТЛ-схемы в наше время устарели, их
Интегральные логические схемы 379
заменили маломощные TTJI-схемы с диодами Шотки (ТТЛШ) серии 74LS (аналог:
серия 555 - Прим. перев.), которые потребляют только четверть тока,
требуемого "стандартными" ТТЛ-схемами. Обычно меньшие токи влекут за
собой уменьшение скорости срабатывания, поскольку внутренние емкости при
этом заряжаются и разряжаются медленнее, но производители схем уменьшают
влияние этих внутренних емкостей путем введения диодов Шотки с малой
разностью потенциалов при смещении в прямом направлении для
предотвращения насыщения транзисторов и сохранения времени переключения
логических схем порядка 10 не. Этот метод, примененный в схемах со
"стандартным" током - серия 74S (аналог: серия 531 - Прим. перев.), -
дает дополнительное уменьшение времени переключения с типичным значением
3 не на элемент. Усовершенствованный способ производства ИС с оксидной
изоляцией позволяет получить наилучшие значения обоих параметров: равное
3 не время переключения сочетается с малой потребляемой мощностью в
перспективных экономичных схемах с диодами Шотки. К последнему типу схем
относятся ИС серий 74ALS и 74F (аналоги: серии 1533 и 1531 соответственно
- Прим. перев.).
Сегодня в большинстве промышленных применений микросхемы типа ТТЛ и ТТЛШ
заменяются КМОП-схемами, описанными ниже. Однако ТТЛ-схемы продолжают
оставаться наиболее удобными для экспериментов, о которых здесь идет
речь. Выходной ток ТТЛ-схем достаточен для работы светодиодов а в
некоторых случаях и для непосредственного подключения реле. Как в ТТЛ-,
так и в ТТЛШ-схемах имеется множество удобных и разнообразных счетчиков и
регистров средней степени интеграции (СИС), которые идеальны для
экспериментирования.
Информация о цоколевке ряда наиболее популярных интегральных схем
семейства ТТЛ помещена в Приложении 4.
13.9.3 КМОП-схемы
При изучении транзисторов мы узнали о пользе большого входного
сопротивления полевых транзисторов. Они применяются для повышения
быстродействия в семействе логических схем на комплементарных МОП-
транзис-торах (КМОП-логика) серии 74НС (аналог: серия 1554 - Прим.
перев.). Ток, потребляемый КМОП-схемой в состоянии покоя, обычно меньше 1
мкА (сравните с 400 мкА у ТТЛШ), а большое входное сопротивление
фактически исключает проблемы нагрузки, приводя к бесконечной нагрузочной
способности на низких частотах. Однако, при переключениях с высокой
частотой, которая обычно больше 10 МГц, необходимо учесть входную
емкость; кроме того, из-за более частого заряда и разряда емкостей
увеличивается ток, потребляемый от источника питания, и его величина
становится сравнимой с величиной тока, потребляемого ТТЛШ-схемой при
работе на ее максимальной частоте порядка 40 МГц.
На рис. 13.15 показана базовая схема КМОП-инвертора с простым
комплементарным двухтранзисторным выходным каскадом (также называемым
"тотемным столбом"; см. 13.9.2 - Прим. перев.). В условиях покоя, когда
на
380 Цифровые логические схемы
Рис.13.15. Основная схема КМОП-инвертора.
входе поддерживается высокий или низкий уровень, один из МОП-транзисторов
заперт, так что ток покоя крайне мал.
На рис. 13.16 показано как наращивается конструкция КМОП-схем с целью
создания 2-входовой Схемы И-НЕ (например, 74С00) и 2-входовой схемы ИЛИ-
HE (74С02).
Родоначальником цифровых логических КМОП-схем была серия 4000, которая
обладала большим временем задержки на логический элемент - порядка 100 не
против 10 не у схем ТТЛ и ТТЛШ. Хотя низкое быстродействие может
показаться недостатком, эти схемы достаточно быстры для многих прикладных
логических задач и их достоинством является высокая помехоустойчивость,
поскольку они слабо реагируют на высокочастотные помехи. По этой причине
многие логические схемы из КМОП-серии 4000 до сих пор применяются в
устройствах управления.
Однако сегодня промышленным стандартом является КМОП-серия 74НС, в
которой используются кремниевые логические элементы, выполненные по (2 -
