Схема сопряжения датчика с ISA

Схемотехника

1. Базовые элементы ТТЛ 155-й серии. Схемы, принцип работы, назначение элементов ИЛИ К155ЛА3 и К155ЛР1.

ТТЛ

Обеспечивает требование быстродействия и потребляемой мощности. В интересах согласования с ЛЭ других типов используются преобразователи уровня в виде схемы с простым инвертором или со сложным инвертором. Для реализации можно использовать диодно-резисторную логику (Шотки) со сложным инвертором.

ЛЭ ТТЛ с простым инвертором

Достоинства

1. Простота технической реализации (на одном кристалле).

2. Малые паразитные емкости, следовательно большое быстродействие.

Недостатки

1. Более низкая помехоустойчивость по сравнению с ДТЛ (U⁺_{пом ТТЛ} < U⁺_{пом ДТЛ}, U^-_{пом ТТЛ} < U^-_{пом ДТЛ})

2. Малый K_раз(K_раз— число единичных нагрузок, одновременно подключенных к выходу ЛЭ)

Применяется в тех случаях, когда не требуется высокие устойчивость от статических помех и K_раз.

Схема с открытым коллектором.

Можно включать резистор, светодиод, реле, обмотку мощного трансформатора. Схема ТТЛ явл. дальнейшим развитием ДТЛ. Так ДРЛ (диодно-резисторная логика) заменена на МЭТ (многоэмиттерный транзистор) с резистором.

Рис.1

Для реализации операции y=x₁x₂

Рис.2

Рис.3

База–коллектор VT1 выполняют функцию смещающего диода VD3 с схеме ДТЛ. Эквивалент диода VD4 ДТЛ в схеме ТТЛ отсутствует.

Достоинства

1. Отсутствует сопротивление утечки (в ДТЛ R2).

2. МЭТ обеспечивает рассасывание неосновных носителей из области базы VT2

Условия

1. Положительная логика

1 случай

x₁=x₂=1, т.е. U_x1=U_x2=U¹ ® “1”

МЭТ выполняет следующие функции:

1. Операция “И”

2. Усиление сигнала.

3. VD1, VD2.

4. VD3 в схеме ЛЭ ДТЛ.

VD1 ® (база-эмиттер VT1)х₁,

VD2 ® (база-эмиттер VT1)х_2.

Диод смещения VD3 ® база-коллектор VT1

Переход база-эмиттер VT1 смещённый в обратном направлении; переход база-коллектор VT1 смещён в прямом направлении, Þ режим активный инверсный

U_{к-э МЭТ} » 0,1 В

Uа = U_б-к_{VT1 о} + U_б-э_{VT2 о} – U_к-э_VT1» 1,5 В

VT2, R2 реализуют “НЕ”. Принцип такой же, как в ДТЛ (VT2 открыт, насыщен. Rвых мало (» 5..40 Ом) Þ Uy= U⁰» 0,2В

2 случай

Ux₁ = 0,2В Ux₂ = 4В

(Up – Un)_{VT1 x1}= U_ИП – Ux₁=5 – 0,2 = 4,8В

Открыт, т.о. Ua = U_б-э_{VT1 x1 откр.}+ Ux₁ = 0,8 + 0,2 = 1В

Для того, чтобы открыть VT1_б-к и VT2_э-бтребуется

VT2 закрыт.

МЭТ находится в открытом и насыщенном состоянии. Режим активный и насыщенный.

ЛЭ ТТЛ-типа серии К155

1. К_раз мало в ТТЛ с простым инвертором

2. Rвых » Rк VT

Для устранения недостатка применяют ТТЛ со сложным инвертором.

Рис.4 ЛЭ ТТЛ-типа со сложным инвертором.

Состав схемы

1. На VT1 МЭТ и R1 собран коньюнктор .

2. Сложный инвертор (VT2-VT5, R2-R5).

3. Демпфирующий диод VD3.

Сложный инвертор включает в себя:

1. VT2 c R2, R3, R4, VT5. С одной стороны фазоразделительный каскад с корректирующей цепочкой VT5, R3, R4.

2. Выходной каскад (VT3, VT4, VD3, R5).

a) Эмиттерный повторитель на VT3 (ЭП).

b) Инвертор на VT4.

Назначение VD1, VD2.

Это так называемые демпфирующие диоды — для шунтирования (на корпус) сигнала отрицательной полярности с уровнем более 0,6В. При положительной логике уровни сигналови при U_ИП = +5В.

1. Входные цепи имеют паразитное С и паразитное L.

2. Наводки (наведённые статические помехи).

Первые создает колебательный контур (к/к)

Рис. 5

В момент окончания сигнала (Ua – Uk)_VD1,2 = 0 – (-0,8) = 0,8В > U_VD3 = 0,6В

Þ VD1 открыт и Þ R_VD_О= R_пр = 5..20 Ом и устраняется отрицательная полярность в помехе. Положительная помеха влияния не оказывает вследствие своей малости.

МЭТ

VT1, R1 предназначены для реализации операции “И”. Он представляет собой диодную сборку. Сравним с ДТЛ

1. (б–э)_х1 ® VD1 (ДТЛ).

(б–э)_х2 ® VD2 (ДТЛ).

(б–к)_VT1 ® VD3 (диод смещения ДТЛ)

2. Выполняет операцию усиления.

3. При закрывании VT2 c области базы () осуществляется рассасывание неосновных носителей Þ VT1 заменяет R_утечки, включенную в цепь базы транзистора VT1 ДТЛ (R3).

Режим работы транзистора VT1

1. Режим насыщения.

2. Активный инверсный.

1. Происходит в случае воздействия на вход сигнала низкого уровня. В этом случае б–э смещаются в прямом направлении, R мало, транзистор открыт и насыщен; б–к смещен в обратном направлении, но открыт.

2. Если на x₁и x₂ подана “1”, то б–э смещены в обратном направлении, R велико, а б–к смещен в прямом направлении (R мало).

Рассмотрим назначение VT2

Если замкнуть R3 на корпус и сделать два разрыва (как показано на рис.4). VT2 предназначен для управления VT3 и VT4. В насыщенном состоянии ток I_э_VT2=I_к+I_б(I_н_VT2< I_н_VT4). Если в точке k «–», то в точке с «–».

VT3(ЭП)

ЭП имеет R_вых малое при любой нагрузке в эмиттерной цепи. R_вых при выключенном ЛЭ также мало. В случае воздействия на вход «0» закрывается VT3. Этим исключается возможность протекания сквозного тока от источника питания через открытые VT3 и VT4. В случае открытого VT3 VD3 закрывается, т.е. отсутствует недостаток простого инвертора, т.е. мощность потребления меньше.

1 случай

U₁= U₂= U¹ ® “1”

(б-э)VT1 смещены в обратном направлении.

(б-к)VT1 смещён в прямом направлении. Þ VT1 работает в активном инверсном режиме. Потенциал т. а достаточен, чтобы открыть переход(б-к)VT1, (б-э)VT2, (б-э)VT5 и (б-э)VT4.

При открытом p-n переходе

VT2 открыт и насыщен

Ток протекает по цепи: «+»ИП ® R2 ® (к-э)VT2_о.н. ® R3 ®VT5 ® корпус

÷ R4 ö

VT4 открывается напряжением U_c. Оно создается после открытия VT2 и VT5 током эмиттера VT2.

Корректирующая цепочка предназначена для защиты от статических помех (для увеличения ) по сравнению с ЛЭ без корректирующей цепочки за счет изменения формы. В интересах повышения помехоустойчивости используется VT2 (это VD4 в схеме ДТЛ)

(б-э)_VT1 ® VD4 ДТЛ

(б-э)_VT2 ® VD3 ДТЛ

U_{коллектора насыщения}_VT4=0,1В

2 случай

Если на один из входов подать уровень напряжения, соответствующим логическому «0», то через переход (б-э)_VT1 ток протечет по цепи: «+»ИП ® R1 ® (б-э)_VT2 ® X₁ ® корпус

Ua = U_{(б-э)откр.VT1} + U_X1 = 0,8 + 0,2 = 1В

U_k = Ua – U_(к-э)VT1= 1 – 0,1 = 0,9В

VT2-VT4 – закрыты

При VT2 закрытом U_б » U_ИП = 5В. VT3, VD3 открыты, Þ U_y = U_ИП – U₍_б-э₎_VT3– U_VD3_о = = 5–1,6 = 3,4В

Параметры ТТЛ со сложным инвертором

Основным параметром в статическом режиме является , , Р_пот.ср. (средняя потребляемая мощность).

на VT3 мало Þ K_раз высок!

Рис. 6

при X₂

ЛЭ включен, т.е. VT2 и VT4 открыты и насыщены. VT3 и VD3 закрыты.

При U_вых = U⁰ Þ

ЛЭ ТТЛ-типа с открытым коллектором

Применение: в случае включения в выходной каскад таких компонентов, как реле, светодиод, трансформатор и т.д. и в случае включения резистора в коллекторную цепь с подачей более высокого напряжения питания (до 30В).

Рис.7

ЛЭ ТТЛ-типа с 3-мя состояниями выхода

R_off — высокое выходное сопротивление

Рис.8

Фрагмент таблицы истинности:

X1	X2	X3	Y
1	1	1	R_off
0	1	0	1

Состав схемы:

1. Коньюнктор (VT1, R1). В точке 1 .

2. Сложный инвертор с корректирующей цепочкой: фазоразделительный каскад, корректирующая цепочка, ЭП.

Кроме этих компонентов в схему включены VT6, R6, R7. Коллекторная цепь VT6 включена в коллекторную цепь VT2 в точке а. Это необходимо для реализации третьего состояния схемы. Рассмотрим принцип работы с использованием таблицы истинности. Пусть на входах высокий уровень (1 поз. таблицы). В этом случае VT6 открыт и насыщен. Сопротивление VT6 мало (составляет r_вых_VT6= r_н=5..20 Ом). Из этого следует, что U₍_к-э)н_VT6 @ 0,2В. Þ U_a = 0,2В. Определим, какое U в т.1 U_к = U_б_VT2.VT1 – активный инверсный режим. U₁> U_aÞ VT2 – активный инверсный режим. Ток течет по цепи:

«+»ИП ® R1 ® б-к VT1® б-к VT2 ® к-э VT6 ® корпус ® «–»ИП.

U₁ = U_(б-к)о_VT2 + U₍_к-э_)нас_VT6 = 1В

В этом случае закрыт VT5. Дальше цитата Тимошенко В.С.: «А в каком же состоянии VT4 и VD1? Да они же закрыты!!!». Þ на выходе высокое сопротивление R_off.

2 позиция таблицы. VT6 закрыт, R_к-э высокое.

Вывод: в случае подачи на вход X3 U⁰ при положительной логике VT6 закрыт и схема ЛЭ может иметь 2 состояния – включенное и выключенное.

Базовые ЛЭ ЭСЛ-типа 500^-ойсерии.

Достоинства: ЛЭ ЭСЛ-типа применяются в быстродействующих устройствах, т.к. она (ЭСЛ) имеет малое t_здр (время задержки). Это обусловлено:

(1), где U_л – логический перепад. (Примечание. Для ТТЛ с простым инвертором )

Если в (1) при C_н= const уменьшить U_л, то t_здр уменьшается.

ЛЭ ЭСЛ имеет малый уровень логического перепада, дост. Большой ток зарада C_пар, Þ длительность положительного перепада схемы мала. Рассмотрим состав, принцип работы и назначение элементов схемы. При положительной логике U¹ = – 0,9В, U⁰ = – 1,7В, опорное напряжение .