Дослідження логічних елементів емітерно-зв’язаної логіки

рис . 13. Перемикальні характеристики мікросхеми ЕЗЛ.

При вхідних напругах, менших потенціалу відмикання, вхідні транзистори залишаються замкненими і на інвертуючому встановлюється високий потенціал

(2)

відповідний логічній 1 (lэс.—.число вхідних транзисторів). При цьому струм I0 цілком відбирається транзистором Т з фіксованим зсувом і на неінвертуючому виході установлюється низький потенціал

(3) відповідний логічному 0. Розмах логічного сигналу

(4)

Коли напруга UВХ досягає потенціалу відмикання, вхідні транзистори починають проводити, і струм I0 частково відгалужується в емітери провідних транзисторів. Якщо одночасно проводять lпр вхідних транзисторів (із загального числа lэс), то потенціал колектора цих транзисторів зменшується і відповідно знижується напруга на інвертуючому виході до рівня

(5)

Через перерозподіл струму I0 змінюється і напруга на неінвертуючому виході

(6)

Струми емітерів Іэ1 і Іэ відповідно для вхідних транзисторів і транзистора Т визначаються співвідношеннями

(7)

де U0 = IoR — потенціал об’єднаних емітерів відносно загальної шини живлення.

При відмиканні вхідних транзисторів трохи змінюється струм I0 і відповідно потенціал об’єднаних емітерів U0. Зміна струму I0 настільки незначна, що їм можна не враховувати. Не так істотно змінюється і потенціал U0 (у порівнянні зі своїм середнім значенням). Однак ця незначна зміна U0 порівнянна з напругою на емітерних переходах транзисторів. Саме вона призводить до зміни струму емітера Іэ транзистора з фіксованим зсувом, тому .для правильного розрахунку перемикальної характеристики необхідно враховувати зміну U0 зі зміною вхідної напруги Uвх. Залежність U0 про від Uвх можна визначити із рівняння І0 = ІпрІэ1+ Іэ, представивши його в наступному виді:

Визначивши із цього рівняння

можна виразити залежність вихідних напруг від вхідної напруги наступними співвідношеннями:

(8)

При зміні вхідної напруги трохи міняється і різниця потенціалів Uбэ.сд на емітерному переході транзисторів у схемах повторювачів. Тому що в робочому діапазоні відхилення Uбэ.сд від свого середнього значення незначні, то при практичних розрахунках ними можна зневажати, прийнявши

(9)

Це значення Uбэ.сд відповідає середньому значенню струму емітера транзистора в схемі повторювача, який визначається зі співвідношення

(10)

де

Тому що та визначаються через Uбэ.сд , то при первісних розрахунках зручно замість формули (9) скористатися співвідношенням ,

(11)

заснованим на рівності Uоп =0,5(+ ), до виконання якого звичайно прагнуть, щоб забезпечити симетрію елемента по граничних напругах.

Коли транзистор Т перестає проводити, струм І0 цілком відбирається провідними вхідними транзисторами. Після цього зі збільшенням вхідної напруги спостерігається зменшення напруги на інвертуючому виході Uвых1 Тому що після повного переключення струму І0 провідні вхідні транзистори працюють із глибоким негативним зворотним зв'язком по струму, що протікає через резистор R, то зменшення Uвых1 незначне. При напрузі Uвх.нас транзистори насичуються, їхній базовий струм відгалужується в колекторний ланцюг, зменшуючи перепад напруги на RK1, тому Uвых1 зростає (рис. 13). Насичення вхідних транзисторів порушує нормальний режим роботи ІМС, тому шляхом відповідного підбора параметрів схеми і напруг джерел живлення такий режим роботи вимикається.

Як видно з графіків на рис. 13, перемикальні характеристики Uвых1 і Uвых2 перетинаються в точці 3, координати якої можна визначити з рівняння Uвых1= Uвых2 На підставі цього рівняння можна показати, що перемикальні характеристики перетинаються при вхідній напрузі:

При цьому

тобто в точці перетину

(12)

Якщо опорна напруга обрана рівним середньому значенню , тобто

(13)

те робочі точки 1 і 2 розташовуються симетрично щодо середньої точки 3 для lпр = 1 (рис. 13).

Тому що в мікросхемі ЕЗЛ транзистори працюють в активній області у всьому робочому діапазоні зміни вхідної напруги, те перешкодостійкість обмежується напругою, при якій коефіцієнт підсилення логічного елемента по відповідним виходах зростає до 1. На підставі (8) можна показати, що коефіцієнт підсилення по інвертуючому виходу стає рівним мінус одиниці при вхідній напрузі

(14)

а по неинвертирующему виході-одиниці 1), коли вхідна напруга досягає

(15)

Коефіцієент К визначається виразом

(16)

Перешкодостійкість ІМС, яка визначається як різниця вхідних напруг у робочих струмах і при одиничному коефіцієнті підсилення, розраховується за формулами

які виходять на підставі формул, виведених вище. Помітимо, що при lпр=1 перешкодостійкість для логічної 1 і логічного 0 по входу виявляється однаковою. Зі збільшенням числа провідних транзисторів lпр симетрія ІМС по перешкодостійкості порушується; перешкодостійкість для логічної 1 стає більше перешкодостійкою для логічного 0.

При визначенні навантажувальної здатності і коефіцієнта об'єднання по входу в ИМС на перемикачах струму припустимі значення перешкодостійкості не є визначальними, як це має місце для інших типів логічних елементів. Для розглянутої групи ИМС зазначені параметри визначаються припустимим збільшенням тривалості перехідних процесів, тому що ІМС на перемикачах струму є швидкодіючими і саме цей параметр для них є визначальним.