Эмиттерлі байланысқан логикалық сұлбалар.
1.ЭСЛ элементтерінің негізгі қасиеті.
2.Коллекторлы бірігуі бар ЭСЛ элементтердің сұлбалар.
ИС эмиттерлі-байланысқан логиканы элементтік база ретінде қолдану жоғары жылдамдықты сандық құрылғыны жасағанда дұрыс және жылдамдығы аз құрылғыларды жобалағанда тиімсіз. Соңғысы ЭСЛ ИС элементтерінің тұтыну қуатының жоғарлығымен түсіндіріледі, бұл олардың басты кемшілігі.
ЭСЛ элементтерінің негізгі қасиеті мыналар: өте жоғары жылдамдық, үлкен жүктемлік қабілет, жұмыс температурасы мен қоректену кернеуі өзгергендегі динамикалық параметрлерінің жоғары тұрақтылығы, төмен мәнді жүктемеге және аз омды келісілген байланыс линиясына жұмыс жасау қабілеті, салыстырмалы бөгеуілге жақсы тұрақтылығы.
Жасалған сандық ЭСЛ ИС-ң ішінде К500 және К1500 сериялы микросұлбалар кең таралады, бұлар МС 10000 мен Ғ100К микросұлбаларының функционалдық аналогы.
К500 сериялы микросұлба істік шығыста пластмассалық және керамикалық қорапта шығарылады, ал К1500 сериялы микросұлба негізінен керамикалық қорапта шығыстары планарлы болып дайындалады. Сурет1 көрсетілген К500 сериялы базалық ЭСЛ элементі үш бөліктен құралады: токтық ауыстырғыш (ТА), шығыс эмиттерлік қайталағыштар (ЭҚ) және тірек кернеуінің көзі тізбегі (ТКК).
Негізінде ЭСЛ элементтерінің екі не үш кірісі бар. Кіріс санын көбейту кіріс паразитттік сыймдылығын өсіреді, бұл жылдамдықты төмендетеді.
ТА - Т0, Т1 және Т2 транзисторларымен RЭ, RК1 және RК2 резисторларында тұрғызылған. ТА-ң негізінен кілттік режимде жұмыс істейтін дифференциалдық күшейткіш құрайды, бұл кезде Т0, Т1 және Т2 транзисторлары қанығу режимінде енеді. ТА кіріс сигналдарын күшейтеді, элементтің қажетті бөгеуіл тұрақтылығымен қамтамасыз етеді, парафаздық (тура және теріс) шығыс сигналдарын қалыптастырады және шығыстарда логикалық функцияны жүзеге асырады.
Сурет 1. К500 сериялы базалық ЭСЛ элменттің сұлбасы
Т4 және Т5 транзисторларында тұрғызылған шығыс эмиттерлік қайталағыштар шығыс сигнал- дарын қуат (ток) бойынша күшейтуге, ЭСЛ элементтерін кіріс және шығыс сигналдарының деңгейле-рін сәйкестендіру үшін және ТА сигнадарын кернеу бойынша ығыстыруға арналған. Бұдан басқа шығыс кедергісінің аздығының арқасында ЭҚ-тың толқынды кедергісі 50 Ом дық байланыс желісіне жұмыс жасаған кезде жоғарғы жүктемелік коэффицентін қамтамасыз етеді. ЭСЛ элементтері үшін жүктемелік коэффицентің типтік мәні жеткілікті үлкен n=10-20.
Т3 транзисторы мен R1–R3 резисторларында және термокомпенсирлеуші D1 и D2 диодтарында орындалған тұрақты қорек көз (ТКК) тізбегі Т0 транзисторының базасына берілетін Иоп тірек кернеуін қалыптастыру үшін арналған. Негізінде ТКК-ң бір тізбегі бір кристалдағы ЭСЛ-ң бірнеше (5-10 дейін) элементтерін қамтамасыз етеді.
Шамамен 50 кОм кедергісі бар ЭСЛ элментінің кірістері RБ1 және RБ2 резисторлары арқылы қоректену көзіне Е1 = –5,2 В ± 5 % кернеуімен қосылған. Мұндай қосылу ЭСЛ ИС-ң қолданылмаған кірістерін бос қоюға мүмкін етеді. Бұл кезде қолданылмаған кіріс транзисторының базасына берілген теріс потенциал оның сенімді жабылуын қамтамасыз етеді және осылайша басқа кірістерден ЭСЛ элементінің қалыпты жұмысына әсер етуін болдырмайды.
ЭСЛ ИС-ң коллекторлық тізбегі жерсінген себепті шығыс кернеуі деңгейінің қорек тізбегі аз тәуелді болуын қамтамасыз етеді, нәтижесінде бөгеуілге төзімділк жоғарлайды, бұл төменгі логикалық құламалы сұлбалар үшін өте маңызды. ЭСЛ элементінің шығысында монтаждық логиканы ұйымдастыру мүмкіндігін алу мақсатында ЭҚ-ң жүктемелік регистрлері. RН1 және RН2 (кедергісі 50, 75 және 100 Ом) микросұлба сыртына шығарылған. Қоректенетін қуат мөлшерін азайту үшін RН1 и RН2 резисторлары қосымша кернеу көзіне Е2 = –2 В қосылған.
Кернеудің жоғарғы теріс деңгейіне логикалық 1 (-1,7В), ал төменгі теріс деңгейіне логикалық 0 (-1,9В) сәйкес келетін теріс логиканы қолданатын жағдайдағы базалық ЭСЛ элментінің (Сурет 1) жұмыс істеу принципін қарастырайық.
Сигналдың логикалық төмендеу амплитудасы 0,8В құрайды. ЭСЛ ИС-тің логикалық 0 мен логикалық 1 кернеуі бойынша бөгуілге тұрақтылығы 125 және 155 мВ шамаларына тең, ал тірек кернеуі Uоп = 0,5 (U1 + U0) = –1,3 В , мұнда U 
- сәйкесінше логикалық 0 мен логикалық 1 кернеуі. Келтірілген цифрлық мәндер шамаланған болып саналады. Іс жүзінде олар техникалық құжатта көрсетілген нормалардан аспауы керек.
ЭСЛ сұлбасының (Сурет 1) барлық кірітеріне логикалық 1 сигналдары берілсін (А=1 және В=1), яғни сигналдар тірек кернеуіне қарағанда айтарлықтай теріс мәнге ие. Сонда 
мен 
транзисторлары жабылады, ал 
транзисторы ашылады. Ашық транзисторының эмиттерлік ауысуындағы 0,75В шамасына тең кернеу төмендеуің ескерсек, “1” түйінінің потенциалы -2,05В болады. транзистордың эмиттерлік тізбегінде тоқ ағады, ол тоқ мәні Rэ резисторының кедергісімен анықталады. Бұл транзисторының базалық тогы шамасына тең шамаға азайған тоқ транзисторының коллекторлық жүктемесіндегі кернеудің 0,9В шамасына төмендеуіне себеп болады. Нәтижесінде “2” түйінінің потенциалы 
=-0,9В шамасына тең болады. RК2 резисторындағы кернеу төмендеуінің, 
транзисторының базалық тогының және де жабық мен транзисторының коллекторлық жылулық тогының әсерінен “3” түйіннің потенциалы шамамен -0,1В( 
=-0,1В) құрайды. ЭҚ-ң шығыс 
пен транзисторлары үнемі белсенді режимде жұмыс істейтіндіктен олардың эмиттерлік ауысуларындағы кернеу төмендеуі шамамен 0,8В болады.
Осылайша базалық ЭСЛ элементтің сұлбасының F 
тура шығысында логикалық 1 кернеуі орнатылады, яғни Uшығ1 = –1,7 В Uшығ2 = –0,9 В болады. ЭСЛ сұлбасының кем дегенде бір кірісіне логикалық 0 (-0,9В) берілсе, яғни тірек кернеуіне (Uоп) қарағанда (мысалы А=0 және В=1),онда транзисторы ашылады ал транзисторы жабылады, себебі оның базасына логикалық 1 сигналы беріледі. “1” түйін потенциалы -1,65В тең болады, бұл транзисторының жабылуына әкеледі. Нәтижесінде ТА-да токтың ауысуы болады, ол енді келесі тізбек бойынша ағады: “жер” шинасы - RК2 – Т1 транзисторы – RЭ резисторы - ЕЭ қорек көзі. Бұл кезде “2” мен “3” түйіндердің потенциалы сәйкесінше -0,1В және -0,9В шамаларын құрайды. Нәтижесінде сұлбаның күйі өзгереді, оның тура шығысында логика 0-ге сәйкес Uшығ1 = –0,9 В кернеуі, ал теріс шығысында логикалық 1, яғни Uшығ2 = –1,7 В қалыптасады. Осылайша базалық ЭСЛ элементі (Сурет 1) теріс логика кезінде тура шығыста “ЖӘНЕ” функциясын (F1 = 
), терісінде – “ЖӘНЕ - ЕМЕС” функциясын ( 
) орындайды. -1,7В кернеу деңгейіне логикалық 0, ал -0,9В кернеу деңгейіне логикалық 1 сйкес келетін оң логика қолданылған кезде, 1-суреттегі ЭСЛ сұлбасы тура шығыста “НЕМЕСЕ”, терісінде “НЕМЕСЕ-ЕМЕС” функциясын орындайды.
ЭСЛ элементтерінің логикалық мүмкіндіктерін кеңейту үшін түрлі сұлбатехникалық әдістер қолданылады. Мысалы, ЭСЛ элементтерінің микросұлбаларының екі немесе одан да көп біраттас шығыстарын бір жүктемелік Rн резисторына біріктіреді. Теріс логика кезінде мұндай монтаждық бірігу, эмиттерлік бірігу деп аталатын “ЖӘНЕ” функциясын жүзеге асырады. ЭСЛ элементтері сұлбаларының тура шығыстарын біріктіргенде екі сатыда орындалатын “ЖӘНЕ” функциясының кеңейтілуі пайда болады, яғни “ЖӘНЕ” элементінің кіріс саны өседі, ал терістеу шығыстарын біріктірсе “ЖӘНЕ – НЕМЕСЕ - ЕМЕС” (сурет2) функциясы алынады. Шығыстары бойынша эмиттерлік біріктірулер саны өскен сайын шығыс кернеу деңгейі өзгереді, бұл ЭСЛ элементтерінің бөгеуілге тұрақтылығының төмендеуіне әкеледі, әсіресе жоғарғы теріс деңгейде. Практикада ыңғайлы бөгеуілге тұрақтылықпен қамтамасыз ету үшін эмиттерлік бірігулер саны шектеледі: 
Ом жүктемесі кезінде 4 дейін және 
Ом кезінде 8 дейін. Ауысу фронтындағы эмиттерлік біріктірулер түйіндерінде пайда болатын динамикалық бөгеуілдерді азайту мақсатында ЭСЛ біріктірілген элементтерін бір платада және мүмкіндігінше жақын орналастыруға кеңес беріледі. Сонымен қатар, эммиттерлі шығыстары біріктірілген ЭСЛ элементтерден платан сыртына сигналдардың шығуына тиым салынған.
Сурет 2. ЭСЛ элементтерінің шығыстарын монтаждық эмиттерлік біріктіру.
ЭСЛ ИС негізіндегі ЖӘНЕ - НЕМЕСЕ логикалық функциясын іске асыру үшін коллекторлық бірігулер қолданылады (Сурет 3). Бұл жағдайда екі ЭСЛ элментінің ТА-ң тура қанаттары R 
бір коллекторлық жүктемеге қосылады (бірігеді). Бұл кезде R резисторы арқылы өтетін токтың екі еселенуі себебінен және кернеудің екі есе төмендеуі себебінен ТА-ң тура қанатының пен 
транзисторларының қанығу режимінде болмауы үшін, сондай-ақ артық токты алып тастау үшін және пен транзисторларының ортақ коллекторлы жүктемесіндегі кернеу амплитудаларын шектеу үшін R резисторына параллельді түрде 
транзисторы қосылады..
Сурет 3. Коллекторлық бірігулі ЭСЛ элементтерінің сұлбасы (а) және шартты белгі (б)
ЭСЛ сұлбасының функционалдық мүмкіндіктерін айтарлықтай кеңейту үшін ТА-да екі немесе үш деңгейлі ток ауысуы қолданылады. ТА-дағы екі не үш деңгейлі ток ауысуының мәні келесіде: ТА генераторының сол бір тогы екі немесе үш рет түрлі кернеулерде ауысады. 3-суретте екілік модул бойынша қосу фукциясын жүзеге асыратын екі деңгейлі ЭСЛ элементтің электрлік сұлбасы келтірілген. ТА-ң төмен деңгейлі транзисторларының ( мен ) қайта қосылуларын басқару үшін оның кірсіне кіріс сигналын (в) кернеу бойынша ығыстарын эмиттерлік қайталағыш қосылады.. транзисторда, 
резисторында және 
элементтерінен орындалған ток генераторы ТА-ң тогының тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Бұл сұлбада а мен в сигналдарының кез-келген мәндерінде 
және 
транзисторлары бір уақытта ашық бола алмайды. Сондықтан бұл транзисторлардың коллекторлары бір ортақ R жүктемесіне қосымша ток кетіргіш тізбексіз біріктірілген.
Екі не үш деңгейлі ТА негізінде сұлбатехникалық әдістермен 500 сериялы жылдам ЭСЛ элементі тұрғызылған. Ол ақпаратты жадыда сақтау, екілік модуль бойынша қосу, синхронды триггерлердің шығысында мультиплексирлеу және тағы басқа функцияларды атқарады. Мұндай күрделі функциялар сигналды ұстап тұру уақыты аз жылдам жұмыс істейтін ЭСЛ ИС негізіде іске асырылады.
| |
а) б)
Коллекторлы бірігуі бар ЭСЛ элементтердің сұлбасы (а) және олардың шартты белгіленуі (б).
Негізгі әдебиеттер: 1[605:610].
Қосымша әдебиеттер: 3[401:408], 5[138:141].
Бақылау сұрақтары:
1. Қандай цифрлық құрылғыларда ЭБЛ интегралдық сұлбаларды қолданған жөн?
2. К500 сериялы базалық ЭБЛ сұлбасы шары түрде қандай бөліктерден тұрады?
3. ЭБЛ-сұлбалардың шығысында эмиттерлі қайталағыштар не үшін қолданылады?
4. ЭБЛ базалық сұлба кірісінің максимальді саны нешеге тең?
5. Кері логика кезінде логикалық 1 және 0 сигналдарына қандай кернеу деңгейі тең?
Лекция 20.