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 Kраз (Kраз — число единичных нагрузок, одновременно

подключенных к выходу ЛЭ)

Применяется в тех случаях, когда не требуется высокие устойчивость от

статических помех и Kраз.

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.

[pic]

Рис.1

Для реализации операции y=x1x2

[pic]

Рис.2

[pic]

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

2. [pic]

3. [pic]

[pic]

1 случай

x1=x2=1, т.е. Ux1=Ux2=U1 ( “1”

МЭТ выполняет следующие функции:

1. Операция “И” [pic]

2. Усиление сигнала.

3. VD1, VD2.

4. VD3 в схеме ЛЭ ДТЛ.

VD1 ( (база-эмиттер VT1)х1,

VD2 ( (база-эмиттер VT1)х2.

Диод смещения VD3 ( база-коллектор VT1

Переход база-эмиттер VT1 смещённый в обратном направлении; переход база-

коллектор VT1 смещён в прямом направлении, ( режим активный инверсный

Uк-э МЭТ ( 0,1 В

Uа = Uб-к VT1 о + Uб-эVT2 о – Uк-эVT1 ( 1,5 В

VT2, R2 реализуют “НЕ”. Принцип такой же, как в ДТЛ (VT2 открыт,

насыщен. Rвых мало (( 5..40 Ом) ( Uy = U0 ( 0,2В

2 случай

Ux1 = 0,2В Ux2 = 4В

(Up – Un)VT1 x1 = UИП – Ux1 =5 – 0,2 = 4,8В

Открыт, т.о. Ua = Uб-эVT1 x1 откр. + Ux1 = 0,8 + 0,2 = 1В

Для того, чтобы открыть VT1б-к и VT2э-б требуется [pic]

VT2 закрыт.

МЭТ находится в открытом и насыщенном состоянии. Режим активный и

насыщенный.

ЛЭ ТТЛ-типа серии К155

1. Краз мало в ТТЛ с простым инвертором

2. Rвых ( Rк VT

Для устранения недостатка применяют ТТЛ со сложным инвертором.

[pic]

Рис.4 ЛЭ ТТЛ-типа со сложным инвертором.

Состав схемы

1. На VT1 МЭТ и R1 собран коньюнктор [pic].

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).

c) Эмиттерный повторитель на VT3 (ЭП).

d) 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 сигналов[pic]и [pic] при UИП = +5В.

1. Входные цепи имеют паразитное С и паразитное L.

2. Наводки (наведённые статические помехи).

Первые создает колебательный контур (к/к) [pic]

[pic]

Рис. 5

В момент окончания сигнала (Ua – Uk)VD1,2 = 0 – (-0,8) = 0,8В > UVD3 = 0,6В

( VD1 открыт и ( RVD О = Rпр = 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 (p) осуществляется рассасывание

неосновных носителей ( VT1 заменяет Rутечки, 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 x1 и 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

IэVT2=Iк+Iб (IнVT2 < IнVT4). Если в точке k «–», то в точке с «–».

VT3(ЭП)

ЭП имеет Rвых малое при любой нагрузке в эмиттерной цепи. Rвых 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. ( 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.

[pic]

При открытом p-n переходе [pic]

[pic]

VT2 открыт и насыщен

Ток протекает по цепи: «+»ИП ( R2 ( (к-э)VT2о.н. ( R3 (VT5 ( корпус

( R4 (

VT4 открывается напряжением Uc. Оно создается после открытия VT2 и VT5

током эмиттера VT2.

Корректирующая цепочка предназначена для защиты от статических помех

(для увеличения [pic]) 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

Uколлектора 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 + UX1 = 0,8 + 0,2 = 1В

Uk = Ua – U(к-э)VT1 = 1 – 0,1 = 0,9В

VT2-VT4 – закрыты

При VT2 закрытом Uб ( UИП = 5В. VT3, VD3 открыты, ( Uy = UИП –

U(б-э)VT3 – UVD3о = = 5–1,6 = 3,4В

Параметры ТТЛ со сложным инвертором

Основным параметром в статическом режиме является [pic], [pic], Рпот.ср.

(средняя потребляемая мощность).

[pic] на VT3 мало ( Kраз высок!

[pic]

Рис. 6

[pic]

[pic]

при X2

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

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

При Uвых = U0 ([pic]

[pic]

[pic]

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).

[pic]

Рис.7

ЛЭ ТТЛ-типа с 3-мя состояниями выхода

Roff — высокое выходное сопротивление

[pic]

Рис.8

Фрагмент таблицы истинности:

|X1 |X2 |X3 |Y |

|1 |1 |1 |Rof|

| | | |f |

|0 |1 |0 |1 |

Состав схемы:

1. Коньюнктор (VT1, R1). В точке 1 [pic].

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 rвых

VT6 = rн =5..20 Ом). Из этого следует, что U(к-э)нVT6 ( 0,2В. ( Ua = 0,2В.

Определим, какое U в т.1 Uк = UбVT2. VT1 – активный инверсный режим. U1 >

Ua ( 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)оVT2 + U(к-э)насVT6 = 1В

В этом случае закрыт VT5. Дальше цитата Тимошенко В.С.: «А в каком же

состоянии VT4 и VD1? Да они же закрыты!!!». ( на выходе высокое

сопротивление Roff.

2 позиция таблицы. VT6 закрыт, Rк-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-ой серии.

Достоинства: ЛЭ ЭСЛ-типа применяются в быстродействующих устройствах, т.к.

она (ЭСЛ) имеет малое tздр (время задержки). Это обусловлено:

[pic] (1), где Uл – логический перепад. (Примечание. Для ТТЛ с

простым инвертором [pic])

Если в (1) при Cн = const уменьшить Uл, то tздр уменьшается.

ЛЭ ЭСЛ имеет малый уровень логического перепада, дост. Большой ток зарада

Cпар, ( длительность положительного перепада схемы мала. Рассмотрим состав,

принцип работы и назначение элементов схемы. При положительной логике U1 =

– 0,9В, U0 = – 1,7В, опорное напряжение [pic].

«ИЛИ–ИЛИ–НЕ»

[pic]

Рис.9

1. Токовый переключатель.

2. Источник опорного напряжения.

3. Эмиттерные повторители.

1. VT1, VT2 – левое плечо дифференциального усилителя.

R1, R2, R5

R3, R4 – сопротивления утечки.

На б VT1 и VT2 подаются входные сигналы.

На б VT3 поступает опорное напряжение –1,3В.

Uл = U1 – U0 = 0,8В

2. Делитель R7R8, диоды VD1 и VD2, ЭП VT4R6, VT3.

3. VT5R9 (R9 и R10 в схему ЛЭ в интегральном исполнении не входят).

VT6R10

U(б-э)оVT5,6 = 0,8В

Работа

X1 = X2 = 0

U1 = – 0,9В

U0 = – 1,7В

Uоп = –1,3В

VT1 и VT2 закрыты. Iк1,2 = 0. VT3 открыт. При этом Uc=–(Uоп) + (–U(б-э)VT3)

= (–1,3) + (–0,75) = = –2,05В

Что с VT3? Проверим: (Uб – Uэ)VT3 = (–1,3) – (–2,05) = 0,75 — он открыт.

(Uб – Uэ)VT1,2 = (–U0) – (–Uc) = (–1,7) – (–2,05) = 0,35В < Uэз = 0,6В (

VT1,2 – закрыты.

Т.к. через R1 при закрытых VT1 и VT2 протекает ток IбVT5 (ЭП) по цепи:

«+»ИП ( R1 ( б-э VT5( R9 ( «–»ИП

[pic]

Режим работы VT5 подобран так, что он всегда открыт и через него течет ток:

«+»ИП ( R1 ( к-э VT5 ( R9 ( «–»ИП

Uб-эVT5o = –0,8В

Uy1 = (Ua + Uб-эVT5) = (–0,1) + (–0,8) = –0,9В ( U1 = – 0,9В

Uc = Uб-эVT3o + Uоп = (–0,75) + (–1,3) = –2,05В

через R2 протекает ток IкVT3, IбVT6. Т.о. создается напряжение Uб = (IкVT3

+ IбVT6) R2 = –0,9В

Uy2 = Uб + Uб-эVT6o = (–0,9) + (–0,8) = –1,7В

[pic] ИЛИ–НЕ В этом случае y2 = «0»

[pic] ИЛИ y1 = «1»

X1 = X2 = 1

В этом случае VT1,2 открыты, но ненасыщены ( отсутствует избыточность

зарядов в цепи базы ( tздр мало.

VT3 закрыт

Uc = UX1,2 + Uб-эVT1,2o = (–0,9) + (–0,75) = –1,65В. Через R2 протекает

только Iб.

y1 = «0»

y2 = «1»

Источник опорного напряжения предназначен для создания стабильного

напряжения (–1,3В). Включаются R7, R8.

Т.к. температура изменяется, то требуется температурная компенсация VD1,2,

VT4, R6

VD1,2 — для термокомпенсации (для обеспечения пропорционального изменения

тока делителя). В точке d в зависимости от toC меняется потенциал.

Работа источника опорного напряжения (ИОН).

Если соединить базу VT3 с точкой d и убрать VD1,2 (закоротить), т.е.

исключить VT4 (ЭП) и R6, чтобы мы имели [pic].

Когда VT3 открыт, то имеем недостаток: через R7 кроме Iдел протекает IбVT7

(

(Iдел + IбVT3) R7 = [pic], IбVT3 = I ( to )

[pic]

Как видно, постоянство опорного напряжения на базе VT3 не обеспечивается.

Для ликвидации этого недостатка вкл. VT4R6. Тогда через делитель R7R8

всегда протекает ток равный Iдел + IбVT4. Но и в этом случае не

обеспечивается стабильность напряжения, т.к. IбVT4 = I ( to ). Существует

необходимость ввести диоды VD1,2, в которых R меняется в зависимости от

изменения to ( изменяется ток Iдел. Этим компенсируется изменение токов

IбVT4 и IбVT3 от температуры и обеспечивается температурная стабилизация.

Определим потенциал т. d.

Т.к. UбVT3 = Ud + Uб-эVT4, то

Ud = –Uб-эVT4 + UбVT3 = –(Uоп) – (–Uб-эVT4) = –1,3 – (–0,75) = –0,55В

(Uоп