Передаточная характеристика

Передаточная характеристика представляет собой зависимость выходного напряжения от входного напряжения, т.е. U_вых = f (U_вх) .Для снятия передаточной характеристики используем схему , изображенную на рис. 2.1 (а) . На рис 2.1 (в) приведена передаточная характеристика (к_раз=3), методику построения которой рассмотрим по характерным точкам .

Характерная точка 1. Транзистор находится на границе режима отсечки :

U = U_отс . В этом случае (U_вх)₁ = U_вх2 = 2,17 В; (U_вых)₁ = U_вх6 = 6,38 В; (здесь и дальше в скобках обозначены параметры входной характеристики, а без скобок -параметры передаточной характеристики).

Характерная точка 2. Для транзистора Т ток I_к2 = 0,01 I_кнас. В этом случае транзисторы нагрузок насыщены и следовательно,

                           

                       U_ип/R_к+К_разU_БЭнас/R₁ - R_к2

     (U_вых)₂ = -----------------------------------         = 6,324 В ;

                             1/R_к+К_раз/R₁

              (I_БЭ)₂=0,01 I_кнас/b_min= 3,9 мкА ;

            I^*_Б

(U_БЭ)₂=U^*_БЭ - j_т ln --------- = 0,645 В

              (I_Б)₂

Напряжение на входе, обеспечивающее (U_БЭ)₂ , найдем из соотношения

                

            (U_вх)₂/R₁+U_исм/R₂ - I_Б2

            ---------------------------- = (U_БЭ)₂

                      1/R₁+1/R₂

откуда (U_вх)₂ = 3, 55 В

Характерная точка 3.Транзистор Т в активном режиме , тогда ток коллектора транзисторов нагрузок I_кн = 0,9 I_кнас . В этом случае

  (U_вых)₃ = U_вх4 = 4,92 В ;

(I_н)₃= 3I_вх4=4,608 мА ; (I_RK)₃=U_ип=(U_вых)₃/R_к=7,08 мА ;

(I_к)₃ = (I_RK)₃ - (I_H)₃ = 2, 47 мА ;

I^*_Б =I^*_Э/(1+b_min) =32,3 мкА ; (I_Б)₃ = (I_к)₃=(I_к)₃/b_min = 82, 4 мкА ;

                                                                     I^*_Б

(U_БЭ)₃ = U^*_БЭ - j_т ln ------- = 0,724 В

                                                                     (I_Б)₃

Из выражения

(U_вх)₃/R₁+U_исм/R₂ - (I_Б)₃

           ------------------------------- = (U_БЭ)₃

  1+/R₁+1/R₂

найдем (U_вх)₃ = 3,9 В

Характерная точка 4. Транзистор Т в активном режиме, ток коллектора транзисторов нагрузок I_кн = 0,1 I_кнас . Тогда (U_вых)₄ = U_вх3 =3,73 В ;

(I_н)₄ =3I_вх3 = 3,495 мА; (I_RK)₄ =(U_ип - (U_вых)₄/R_к =8,27 мА

                           (I_к)₄ = (I_RK)₄ -(I_Н)₄ = 4,78 мА ;

       (I_к)₄ = (I_RK)₄ /b_min = 1,593 мА ;

     (I_БЭ)₄ = U^*_БЭ - j_т ln[I^*_Б/(I_Б)₄] = 0,74

    Из выражения

 (U_вх)₄ = /R₁+U_исм/R₂

                  _{----------------------------------------------} = (U_БЭ)₄

   1/R₁+1/R₂

найдем (U_вх)₄ = 4,2 В

Характерная точка 5.Транзистор Т на границе насыщения . В этом случае (U_вх)₅ = U_вх5 = 5,06 В; (U_вых)₅ = U_КЭнас = 0,3 В .

Выходная характеристика

Выходная характеристика представляет собой зависимость выходного тока от выходного напряжения, т.е. I_вых = f(U_вых). Для снятия выходной характеристики используем схемы, показанную на рис.2.1 (а). Выходная характеристика строится при отсутствии нагрузки, так как ток нагрузки и является выходным током для двух состояний схемы - открытого и закрытого.

В процессе снятия выходной характеристики подаем напряжение U_вых на выход инвертора , измеряя ток I_вых прибором, включенным между точкой а и выходом. За положительное направление тока I_вых принимаем такое направление, когда ток I_вых втекает в схему элемента. Характеристика снимается для двух состояний элемента : когда на входе «1» (напряжение U¹_вх) , на выходе «0» (напряжение U⁰_вых) элемент открыт,«включен» и когда на входе «0» (напряжение U⁰_вх), на выходе «1» (напряжение U¹_вых) , т.е. элемент включен

На рис.2.1.(г) приведена выходная характеристика . Рассмотрим методику её построения .

Элемент включен . При напряжениях U_вых> 0,5 В транзистор переходит из режима насыщения в активный режим работы которого справедливо выражение I_к = bI_вх . В этом случае для выходной характеристики на участке 1.

I_вых =bI_вх - (U_ип - U_вых)/R_к.

 

Так как I_вх зависит от К_раз управляющего элемента, выходную характеристику следует строить для различных значений К_раз. Надо помнить, что одна нагрузка для управляющего элемента - рассматриваемый элемент . На участке 2 рис.2.2(г) выходной характеристики I_вых » I_вх .

        

   

 

Исследование основного элемента транзисторно-транзисторной логики

Логика работы ТТЛ.

 

    На рис.2.6. (а) показано условное обозначение элемента Шеффера на функциональных схемах , где х₁ , х₂, х₃...х_n- входы ; у- выход .

Минимальное число входов равно двум. Логика работы элемента Шеффера на три входа представлена таблицей истинности или состояний (табл.2.6) .

Логическое уравнение работы элемента, составленное по табл.1, записывается в виде           _____

                                          у=-х₁ х₂ х₃ ;

На рис.2.6 (б) приведена временная диаграмма работы элемента на три входа (здесь U_н ,U_в - нижний и верхний уровни напряжений, соответствующие состояниям «0» и «1» ).

           

2.7. Расчет нагрузочной способности элемента ТТЛ

        

Нагрузочная способность элемента определяется коэффициентом разветвления К_раз, характеризующим количество аналогичных элементов, подключаемых к выходу данного элемента. На рис.2.6 (а) приведена схема для определения К_раз . Принимаем , что у транзистора U_БЭнас = 0,7 В ; U _Кэнас = 0,3 В ; для ПМЭТ U_БКМ =0,7 В ;

Cчитая все транзисторы идентичными, пренебрегаем объемным сопротивлением базы и коллектора. При включенном элементе на всех входах - напряжение U¹_вх , на выходе - напряжение U⁰_вых .

        

Для тока базы МЭТ

           I_БМ=(U_ип - U_бкм - U_{БЭнаст1} - U_{БЭнаст3}) /R₁;                                (1)

 

       I¹_КМ= I_{бнас т1} =I¹_БМ(1+К_обb_i)                                                      (2)

 где b_i - инверсный коэффициент усиления по току для МЭТ

 

                  I_к1 = (U_ип - U_БКМ - U_{БЭнаст1}-U_{БЭнаст3})/R₂ ;                   (3)

    

                            I_Э1=I_к1+I_б1=(U_МП -U_{кэнаст1}-U_{бэнасТ3})/R₂+(U_ип-

                            - U_БКМ-U_{БЭнаст1}-U_{БЭнаст3})/R₁(1+К_обb_i);                        (4)

 

                I_R3=U_{БЭнаст3}/R₃ ;                                                        (5)

I_БнасТ3 =I_Э1-I_R3=(U_ип-U_{КЭнасТ1}-U_{БЭнасТ3})/R₂+(U_ип - U_БКМ-U_{БЭнасТ3})/ R₁ (1+К_обb_i)-

 

(U_{БЭнасТ3})/R₃ (6)

 

Ток коллектора насыщенного транзистора

 

                    I_кнасТ3=I_н=К_раз I⁰_вх=К_раз[1+(К_обN-1)b_i]=

                    К_раз[(U_ип-U_БЭМ-U_{КЭнасТ3})]/R₁[1+(К_обN-1)b_i] , (7)

 

где  I_Н1=I_Н2=...=I⁰_вх=[1+(К_обN-1)b_i] (8)

 

Коэффициент разветвления по выходу определим из условия

 

I_БнасТ3=К_насТ3 I_кнасТ3/b_min .                    (9)

 

Подставив (6) и (7) в (9) получим

 

(10)

Оценим числовое значение К_раз в нормальных условиях при следующих исходных данных:

U_uп = 1 к Ом, R₄ = 150 Ом;        (для МЭТ);

К_нас = 1,5;       ;               (для транзисторов Т1-Т3).  После подстановки этих значений в (10) получим К_раз = 38.

Существует другой упрощенный вариант определения К_раз исходя из максимального допустимого тока коллектора транзистора Т3. 

В этом случае можно записать

К_раз = I_{k max} / I⁰_вх                                                            (11)

    Приняв I_{k max} = 30мА, из (8) находим входной ток I⁰_вх = 1,35 мА. Тогда из (11) К_раз, вычисленное по (10) и (11), значительно больше типовой величины К_раз = 10, указываемой в ТУ на элементы ТТЛ, что обусловлено влиянием параметров быстродействия на величину К_раз. Следует отметить что для выключенного элемента, поэтому рассматривать соответствующие аналитические выражения целесообразно.