Предельные значения и параметры схем

Предельными называются величины, которые ни в коем случае не должны быть превышены. Если это произойдет, то элемент будет выведен из строя. Для стандартных TTЛ-схем действуют следующие общие предельные значения:

К основным параметрам относятся статические характеристики, быстродействие и логические данные. Одним из главных параметров является напряжение питания. Оно может варьироваться между 4,75 В и 5,25 В. Типичным значением является 5 В.
Для всех элементов указывается нижняя граница входного напряжения Я-уровня. Она составляет обычно 2 В.
При самом малом напряжении уровня Н UIIP равном 2 В, выходное напряжение UQL не может превышать 0,4 В, даже когда выходной ток достигает максимального значения 16 мА.
Для проверки соблюдения этого условия существует тестовая схема 1 на рис. 6.57. Условия испытаний приведены в таблице на рис. 6.58.     

 

Рис. 6.57. Тестовая схема 1

Рис. 6.58. Выдержка из протокола испытаний

Рис. 6.59. Тестовая схема 2

При самом высоком напряжении уровня L Ua, равном 0,8 В, выходное напряжение UQH не может быть ниже 2,4 В. Значения для верхней границы UIL и нижней границы UQH определяются с помощью тестовой схемы 2 на рис. 6.59. Все остальные нетестируемые входы включаются на if-уровень, так как это соответствует самому неблагоприятному варианту работы схемы.
Входные токи различаются в зависимости от уровня на входе, //-входной ток 1Ш является током входа, который протекает при //-уровне 2,4 В. Он может быть равен максимально 40 мкА. Он измеряется при условиях таблицы на рис. 6.60 по тестовой схеме 3 (рис. 6.61). При максимально допустимом напряжении входа Up равном 5,5 В, входной ток может быть равен максимально 1 мА.
Для определения ^-входного тока применяют тестовую схему 4. При UIL равном 0,4 В входной ток может быть равен максимально 1,6 мА (рис. 6.62).

Рис. 6.60. Выдержка из протокола испытаний

Следующим важным параметром является ток короткого замыкания. Он определяется с помощью тестовой схемы 5. Его нижний предел равен 18 мА, верхний равен 55 мА (рис. 6.63). Все входы должны иметь L-уровень. По возможности следует избегать короткозамкнутых выходов. Для некоторых элементов короткое замыкание выходов приводит к поломке.
Потребляемый логическим элементом ток определяется при помощи схемы 6 (рис. 6.64). Он имеет различное значение в зависимости от уровня на входе. Максимально допустимое напряжение питания элемента — 5,25 В. В данных на микросхемы всегда указывается общее напряжение питания микросхемы, а не каждого элемента в отдельности.
Следующей характеристикой является статическая помехоустойчивость. Помехоустойчивость уже была подробнее рассмотрена в разд. 6.4.5. Для стандартных TTJI-элементов статическая помехоустойчивость составляет обычно 1 В, при неблагоприятных условиях — минимум 0,4 В.
Быстродействие уже обсуждалось в разд. 6.4.3. Оно указано в полной таблице данных на рис. 6.65.
К логическим параметрам относятся коэффициент разветвления по выходу Fq и коэффициент объединения по входу Fr Они подробнее разобраны в разделе 6.4.4. Также к логическим параметрам относится логическая функция. Под логической функцией понимают уравнение логической операции, которую выполняет элемент при положительной логике.
На рис. 6.66 приведена полная таблица данных интегральной микросхемы FLH 201-7401. Эта схема содержит четыре элемента И-НЕ с открытым коллектором. В таблице приведены уравнения для вычисления сопротивления коллектора и таблица сопротивлений.

 

Характеристики

Для TTL-элементов существуют несколько характеристик, которые дают представление о работе логического элемента. Особенно важна передаточная характеристика. Типичные передаточные характеристики для стандартных ТТЛ-элементов представлены на рис. 6.67.
Передаточная характеристика отражает зависимость выходного напряжения от входного.
Из передаточной характеристики могут быть определены зона входных напряжений высокого уровня, зона входных напряжений низкого уровня, зона выходных напряжений высокого уровня и зона выходных напряжений

Рис. 6.65. Полная таблица данных интегральной микросхемы FLH 101-7400 (по данным Siemens)

FLH 201 S, FLH 205 S: как FLH 201/205 только выход 15 В/250 мкА FLH 201 Т, FLH 205 Т: как FLH 201/205 только выход 5,5 В/50 мкА
Расчет сопротивления коллектора RL
Расчет проводится по следующим формулам:

где: Us — напряжение питания; п — количество FLH 201 в логическом сложении И (Численные значения; см. таблицу); N — количество присоединенных входов.
При Us = 5 В и различных п и N получаются нижеследующие предельные значения RL. Номинал применяемого в схеме сопротивления должен находиться между этими предельными значениями низкого уровня.

Рис. 6.66. Полная таблица данных интегральной микросхемы FLH 201-7401 (по данным Siemens)

Рис. 6.67. Передаточные характеристики (при Us= 5 В, FQ= 10, Siemens)

Для различных рабочих температур получаются различные передаточные характеристики.
Следующей важной характеристикой является входная характеристика (рис. 6.68).
Входная характеристика отражает связь между входным током и входным напряжением.

 

Рис. 6.68. Входная характеристика (при Us = 5 В, Siemens) при 25 °С

Если напряжение входа Uj примерно 1,5 В, то оно может бьггь рассмотрено как напряжение высокого //-уровня. Входной ток равен примерно 40 мкА, Общепринято, что входное напряжение можно рассматривать как напряжение высокого //-уровня только начиная с 2 В.
Если напряжение менее 1,4 В, ток вытекает из входа. Его значение в области входных напряжений ^-уровня (0—0,8 В) достигает примерно 1 мА. Максимально допустимое значение тока 1,6 мА. Входное напряжение также может быть немного отрицательным, до —1,5 В. Значение —1,5 В является нижним пределом для Ur Входная характеристика на рис. 6.68 приведена для температуры окружающей среды 25 °С. При других температурах характеристика немного сдвигается.

 

Рис. 6.69. Выходная характеристика для Я-уровня при Us = 5 В и Uj = 0,4 В (Siemens)

Рис. 6.70. Выходная характеристика для i-уровня при Us = 5 В, Ur= 2,4 В

Зависимость между выходным током и выходным напряжением представляется двумя видами характеристик. Один вид — для состояния Н на выходе, другой — для состояния L на выходе. Рис. 6.69 показывает выходные характеристики для //-уровня при различных температурах. Напряжение UQH не должно превышать границы высокого уровня (2,4 В). При температуре окружающей среды 25 °С с выхода можно потреблять максимально 8 мА.
На рис. 6.70 изображены выходные характеристики для низкого уровня L. Ток IQL течет внутрь входа. При температуре окружающей среды 25 °С максимально допустимый втекающий ток равен 34 мА. Если ток превысит это значение, то UQL выйдет за пределы области выходного напряжения Z,-уровня (верхняя граница 0,4 В).

Энергопотребление

Стандартные интегральные TTJI-микросхемы отличаются сравнительно высоким энергопотреблением. Например, схема FLH 101-7400 потребляет при напряжении питания 5,25 В ток порядка 8 мА, что соответствует потребляемой мощности 42 мВт. Схема содержит четыре элемента И-НЕ. Значит, каждый вентиль И-НЕ потребляет примерно 10 мВт. В общем, это не очень большая величина. Однако микросхема с 10000 логическими элементами будет потреблять уже 100 Вт. Для питания такой микросхемы уже не получится использовать батарейки.
Поэтому стандартные интегральные ТТЛ-микросхемы работают преимущественно от стационарных стабилизированных источников питания.

Похожие статьи