На рис. 2.16 показано схему логічного елемента з індукованим каналом типу n (так звана n МДП - технологія). Основні транзистори VT 1 та VT 2 включені послідовно, транзистор VT 3 виконує роль навантаження. У випадку, коли на обох входах елемента діє висока напруга U 1 (х 1 =1, х 2 =1), обидва транзистори VT 1 і VT 2 виявляються відкритими і на виході встановлюється низька напруга U 0 . В інших випадках хоча б один з транзисторів VT 1 або VT 2 закритий і на виході встановлюється напруга U 1 . Таким чином, елемент виконує логічну функцію І-НЕ.
На рис. 2.17 наведена схема елемента АБО-НЕ. На його виході встановлюється низька напруга U 0 якщо хоча б на одному з входів діє висока напруга U 1 , що відкриває один з основних транзисторів VT 1 і VT 2 .
Наведена на рис. 2.18 схема являє собою схему елемента АБО-НЕ КМДП-технології. У ній транзистори VT 1 і VT 2 - основні транзистори VT 3 і VT 4 - навантажувальні. Нехай висока напруга U 1 . При цьому транзистор VT 2 відкритий, транзистор VT 4 закритий незалежно від рівня напруги на іншому вході і стану інших транзисторів на виході встановлюється низька напруга U 0 . Елемент реалізує логічну операцію АБО-НЕ.
КМПД-схема характеризується дуже малим споживаним струмом (а отже, і потужності) від джерел живлення.
На рис. 2.19 показано топологію логічного елемента інтегральної інжекційної логіки (І 2 Л). Для створення такої структури потрібні дві фази дифузії в кремнії з провідністю n-типу: у процесі першої фази утворюються області p 1 і p 2 другої фази - області n 2 .
Елемент має структуру p1-n1-p2-n1. Таку чотиришарову структуру зручно розглядати, представивши її з'єднанням двох звичайних тришарових транзисторних структур:
p 1 -n 1 -p 2 n 1 -p 2 -n 1
Відповідна такому уявленню схема показано на рис.2.20,а. Розглянемо роботу елемента за цією схемою.
Транзистор VT 2 зі структурою типу n 1 -p 2 -n 1 виконує функції інвертора, має кілька виходів (кожен колектор утворює окремий вихід елемента за схемою з відкритим колектором).
Транзистор VT 2 інжектороммає структуру типу p 1 -n 1 -p 2 . Так як область n 1 у цих транзисторів загальна, емітер транзистора VT 2 має бути з'єднаний з базою транзистора VT 1; наявність загальної області p 2 призводить до необхідності з'єднання бази транзистора VT 2 колектором транзистора VT 1 . Так утворюється з'єднання транзисторів VT 1 і VT 2 показане на рис.2.20,а.
Так як на емітері транзистора VT 1 діє позитивний потенціал, а база знаходиться під нульовим потенціалом, емітерний перехід виявляється усунутим у прямому напрямку і транзистор відкритий.
Колекторний струм цього транзистора може замкнутися через транзистор VT 3 (інвертор попереднього елемента), або через емітерний перехід транзистора VT 2 .
Якщо попередній логічний елемент знаходиться у відкритому стані (відкритий транзистор VT 3), то на вході даного елемента низький рівень напруги, який діючи на базі VT 2 утримує цей транзистор у закритому стані. Струм інжектора VT 1 замикається через транзистор VT 3. При закритому стані попереднього логічного елемента (закритий транзистор VT 3) колекторний струм інжектора VT 1 втікає в базу транзистора VT 2 і цей транзистор встановлюється у відкритий стан.
Таким чином, при закритому транзистор VT 3 VT 2 відкритий і, навпаки, при відкритому транзистор VT 3 транзистор VT 2 закритий. Відкритий стан елемента відповідає стану лог.0, закрите - сотсоянню лог.1.
Інжектор є джерелом постійного струму (який може бути загальним групи елементів). Часто користуються умовним графічним позначенням елемента, представленим на рис. 2.21,б.
На рис. 2.21,а показана схема, що реалізує операцію АБО-НЕ. З'єднання колекторів елементів відповідає виконанню операції так званого монтажного І. Дійсно, достатньо, щоб хоча б один з елементів знаходився у відкритому стані (стан лог.0), тоді струм інжектора наступного елемента замикатиметься через відкритий інвертор і на об'єднаному виході елементів встановиться низький рівень лог.0. Отже, цьому виході формується величина, відповідна логічного виразу х 1 ·х 2 . Застосування щодо нього перетворення де Моргана призводить до виразу х 1 ·х 2 = . Отже, це з'єднання елементів дійсно реалізує операцію АБО-НЕ.
Логічні елементи І 2 Л мають такі переваги:
забезпечують високий рівень інтеграції; при виготовленні схем І 2 Л використовуються ті ж технологічні процеси, що і при виробництві інтегральних схем на біполярних транзисторах, але менша кількість технологічних операцій і необхідних фотошаблонів;
використовується знижена напруга (близько 1В);
забезпечують можливість обміну в широких межах потужності на швидкодію (можна змінювати на кілька порядків потужність, що споживається, що відповідно призведе до зміни швидкодії);
добре узгоджуються з елементами ТТЛ.
На рис. 2.21 б показана схема переходу від елементів І 2 Л до елементу ТТЛ.
Рисунок 7.1 – Попередня схема підсилювача
Візьмемо Rк = 80 Ом.
Крім того при виборі транзистора слід врахувати: f =17,5 МГц.
Цим вимогам відповідає транзистор 2Т3129А9. Однак дані про його параметри при заданому струмі та напрузі недостатні, тому виберемо наступну робочу точку:
I до = 15мА,
Таблиця 7.1 – Параметри використовуваного транзистора
|
Найменування |
Позначення |
Значення |
|
|
Ємність колекторного переходу |
|||
|
Місткість емітерного переходу |
|||
|
Гранична частота транзистора |
|||
|
Статичний коефіцієнт передачі струму у схемі з ОЕ |
|||
|
Температура навколишнього середовища |
|||
|
Постійний струм колектора |
|||
|
Температура переходу |
|||
|
Постійна потужність, що розсіюється (без тепловідведення) |
Розрахуємо параметри еквівалентної схеми даного транзистора використовуючи формули 5.1 - 5.13.
rб = = 10 Ом; gб = = 0,1 Cм, де
rб-опір бази,
rе= ==2,5 Ом, де
rе-опір емітера.
gбе===3,96 мСм, де
gбе-провідність база-емітер,
Cе===2,86 пФ, де
Cе-ємність емітера,
Ri = = 400 Ом, де
7.1.1 Розрахунок емітерної корекції
де – глибина зворотного зв'язку;
f у каскаді дорівнює:
Приймемо тоді:
f у каскаді дорівнює:
7.1.2 Розрахунок схеми термостабілізації
Використовуємо емітерну стабілізацію оскільки був обраний малопотужний транзистор, крім того емітерна стабілізація вже застосовується в підсилювачі, що розраховується. Схема емітерної термостабілізації наведена малюнку 4.1.
Порядок розрахунку:
1. Виберемо напругу емітера, струм дільника та напругу живлення;
2. Потім розрахуємо.
Напруга емітера вибирається рівним порядку. Виберемо.
Струм дільника вибирається рівним, де - базовий струм транзистора і обчислюється за формулою:
Напруга живлення розраховується за формулою:
Розрахунок величин резисторів провадиться за такими формулами:
У діапазоні температур від 0 до 50 градусів для розрахованої подібним чином схеми, що результує догляд струму спокою транзистора, як правило, не перевищує (10-15)%, тобто схема має цілком прийнятну стабілізацію.
7.2 Транзистор VT1
Як транзистор VT1 використовуємо транзистор 2Т3129А9 з тією ж робочою точкою що і для транзистора VT2:
I до = 15мА,
Візьмемо Rк = 80 Ом.
Розрахуємо параметри еквівалентної схеми даного транзистора використовуючи формули 5.1 - 5.13 і 7.1 - 7.3.
Ск (треба) = Ск (пасп) * = 12 = 12 пФ, де
Ск(треб)-ємність колекторного переходу при заданому Uке0,
Ск(пасп)-довідкове значення ємності колектора при Uкэ(пасп).
rб = = 10 Ом; gб = = 0,1 Cм, де
rб-опір бази,
Довідкове значення постійного ланцюга зворотного зв'язку.
rе= ==2,5 Ом, де
rе-опір емітера.
gбе===3,96 мСм, де
gбе-провідність база-емітер,
Довідкове значення статичного коефіцієнта передачі струму у схемі із загальним емітером.
Cе===2,86 пФ, де
Cе-ємність емітера,
fт-довідкове значення граничної частоти транзистора, при якій =1
Ri-вихідний опір транзистора,
Uкэ0(доп), Iк0(доп)-відповідно паспортні значення допустимої напруги на колекторі та постійної складової струму колектора.
Вхідний опір і вхідна ємність каскаду, що навантажує.
Верхня гранична частота за умови, що на кожен каскад припадає по 0,75 дБ спотворень. Бажано запровадити корекцію.
7.2.1 Розрахунок емітерної корекції
Схема емітерної корекції представлена малюнку 7.2.
Малюнок 7.2 - Схема емітерної корекції проміжного каскаду
Емітерна корекція вводиться для корекції спотворень АЧХ, що вносяться транзистором, збільшуючи амплітуду сигналу на переході база-емітер зі зростанням частоти сигналу, що посилюється.
Коефіцієнт посилення каскаду описується виразом:
де – глибина зворотного зв'язку;
і параметри розраховані за формулами 5.7, 5.8, 5.9.
При заданому значенні F значення визначається виразом:
f у каскаді дорівнює:
Приймемо тоді:
f у каскаді дорівнює:
Імпульсний підсилювач
Як зазначалося, до роботи у попередніх каскадах обрано транзистор ГТ320А. Значення параметрів, що наводяться в довідниках, виміряні при певних значеннях ЕКО та IKO.
Розрахунок підсилювального пристрою
Фіксація робочої точки здійснюється опорами R12 та R22. За вихідними характеристиками транзистора знаходиться IБа2 = 53,33 мкА. За вхідними характеристиками транзистора знаходиться UБЕа2 = 698 мВ.
Підсилювач імпульсний
Розрахуємо робочу точку двома способами: 1. При використанні активного опору Rк ланцюга колектора. 2. При використанні дроселя в колі колектора. 1...
Підсилювач імпульсний
Вихідні дані курсового проектування перебувають у технічному завданні. Середньо статистичний транзистор дає посилення в 20 дБ, за завданням у нас 40 дБ, звідси отримаємо, що наш підсилювач матиме як мінімум 2 каскади.
Підсилювач коректор
Розрахуємо робочу точку транзистора для резистивного та дросельного каскаду використовуючи формули: , (4.1) де амплітуда напруги на виході підсилювача, опір навантаження...
Як зазначалося вище як вихідний каскад будемо використовувати каскад з паралельним негативним зворотним зв'язком по напрузі, що володіє найбільшою широкосмуговістю, при роботі на ємнісне навантаження.
Підсилювач модулятора лазерного випромінювання
При розрахунку необхідного режиму транзистора проміжних та вхідного каскадів по постійному струму слід орієнтуватися на співвідношення, наведені у пункті 3.3.1 з урахуванням того, що замінюється на опір вхідного наступного каскаду. Але...Підсилювач потужності для 1-12 каналів TV
При розрахунку режиму передконечного каскаду умовимося, що живлення всіх каскадів здійснюється від джерела напруги з номінальним значенням Eп. Так як Eп = Uк0, то відповідно Uк0 у всіх каскадах береться однакове...
Візьмемо Uвих у 2 рази більше, ніж задане, тому що частина вихідної потужності втрачається на ООС. Uвих=2Uвих(заданого)=2 (В) Розрахуємо вихідний струм: Iвих===0,04 (А) Розрахуємо каскади з резистором та індуктивністю в колі колектора: Рисунок 2.2.1...
Підсилювач приймального блоку широкосмугового локатора
При розрахунку необхідного режиму транзистора проміжних та вхідного каскадів по постійному струму слід орієнтуватися на співвідношення, наведені у пункті 2.2.1 з урахуванням того, що замінюється на опір вхідного наступного каскаду. Але...
Підсилювач із зворотним зв'язком
Робочу точку вибираємо за формулами: ма. UкА=Umн+Umin= У PкА=UкАIкА=100 мВт Вибираємо транзистор із параметрами: Iкmax=22 мА, Uкmax=18 В, Pmax=400 мВт. Таким транзистором може бути КТ339А. Цій робочій точці відповідає струм бази 275 мкА, і напруга Uеб = 0...
Підсилювач із зворотним зв'язком
"Один в полі не воїн". Так символічно охарактеризувати однотранзисторні ключі. Природно, у парі з подібними собі вирішувати поставлені завдання набагато легше. Введення другого транзистора дозволяє знизити вимоги до розкиду та величини коефіцієнта передачі А 2 1е- Двохтранзисторні ключі широко застосовуються для комутації підвищених напруг, а також для пропускання великого струму через навантаження.
Рис. 2.68, a…y наведено схеми підключення двотранзисторних ключів на біполярних транзисторах до MK.
Мал. 2.68. Схеми підключення двотранзисторних ключів на біполярних транзисторах (початок):
а) транзистор VT1 служить емітерним повторювачем. Він посилює струм і через обмежувальний резистор R2 подає його до бази транзистора VT2, який безпосередньо керує навантаженням R H ;
б) транзистори K77, VT2 включені за схемою Дарлінгтона (інша назва "складовий транзистор"). Загальне посилення дорівнює добутку коефіцієнтів передачі Л 21Е обох транзисторів. Транзистор VT1 зазвичай ставлять малопотужний і високочастотний, ніж VT2. Резистор R1 визначає ступінь насичення пари. Опір резистора R2 вибирається назад пропорційно струму в навантаженні: від декількох сотень до десятків кілоом;
в) схема Д.Бокстеля. Діод Шоттки VD1 прискорює замикання потужного транзистора VT2, підвищуючи у 2…3 рази крутість фронтів сигналу на частоті 100 кГц. Тим самим нівелюється основний недолік схем із транзисторами Дарлінгтона - низька швидкодія;
г) аналогічно Мал. 2.68 а, але транзистор VT1 відкривається при перекладі лінії MK в режим входу з Z-станом або входу з внутрішнім pull-up резистором. У зв'язку з цим зменшується струмове навантаження на лінію порту, але знижується економічність рахунок розсіювання додаткової потужності на резисторі R1 при НИЗЬКОМ рівні на виході MK;
д) «само захищений ключ» на силовому транзисторі VT2 і обмежуючому транзисторі VT1 Як тільки струм у навантаженні Л н перевищить певний поріг, наприклад, через аварію або замикання, на резисторі R3 виділяється напруга, достатня для відкриття транзистор транзистора VT2, викликаючи обмеження вихідного струму;
е) двотактний підсилювач імпульсів на транзисторах різної структури; Про
ж) транзистор І72відкривається з відносно малою затримкою за часом (R2, VD1, C7), а закривається - з відносно великою затримкою за часом (C7, R3, VT1)\
з) високовольтний ключ, що забезпечує фронти імпульсів 0.1 МК при частоті повторення до 1 МГц. У вихідному стані транзистор VT1 відкритий, а ГТ2 закритий. На час імпульсу транзистор VT1 відкривається і через нього швидко розряджається ємність 7 навантаження? н. Діод VD1 виключає протікання наскрізних струмів через транзистори VT1, VT2\
і) складовий емітерний повторювач на транзисторах VT1, ГТ2 має надвеликий коефіцієнт посилення по струму. Резистор 7?2гарантовано закриває транзистори при НИЗЬКОМ рівні на виході MK;
к)транзистор VT1 у відкритому стані блокує транзистор VT2. Резистор R1 служить колекторним навантаженням транзистора VT1 і обмежувачем базового струму для транзистора VT2 л) потужний двотактний каскад з буферною логічною мікросхемою 7)7)7, яка має виходи з відкритим колектором. Сигнали з двох ліній MK мають бути протифазними. Резистори R5, 7?6 обмежують струми в навантаженні, що підключається до ланцюга 6 вих; Про
м) ключ для навантаження Л н, яке підключається до джерела негативної напруги. Транзистор VT1 служить емітерним повторювачем, а транзистор VT2 - підсилювачем із загальною базою. Максимальний струм навантаження визначається за формулою /н[мА] = 3.7/Л,[кОм]. Діод VDJ захищає транзистор VT2 від переполюсування живлення.
н) ключ на транзисторах різної структури. Резистор R1 визначає струм у навантаженні R H але підбирати його треба обережно, щоб не перевищити струм бази транзистора VT2 при повністю відкритому транзисторі VT1 Схема критична до коефіцієнтів передачі обох транзисторів;
о) аналогічно Мал. 2.68, н, але транзистор VT1 використовується як ключ, а не як змінний опір. Струм у навантаженні задається резистором R4. Резистор R5 обмежує початковий пусковий струм транзистора VT2 за великої ємнісної складової навантаження R H . Схема не критична коефіцієнтам передачі транзисторів. Якщо як К72використовується «суперба» транзистор KT825, то опір R4 слід збільшити до 5.1 …10 кОм;
д) практичний приклад комутації високовольтної напруги 170 В при низькому струмі навантаження при опорі R H не менше 27 кОм;
p) аналогічно Мал. 2.68, н, але з активним низьким рівнем на виході MK; Про
Про Мал. 2.68. Схеми підключення двотранзисторних ключів на біполярних транзисторах (закінчення):
с) транзистори VT1 і кТ2 працюють у протифазі. Напруга в навантаження Л н подається через транзистор VT2 і діод VD1, при цьому транзистор VT1 повинен бути закритий ВИСОКИМ рівнем верхнього виходу MK. Щоб зняти напругу з навантаження, транзистор Г72закривається ВИСОКИМ рівнем нижнього виходу MK, після чого транзистор VT1 відкривається і через діод VD2 прискорено розряджає ємність навантаження. Гідність - висока швидкодія, можливість швидкої повторної подачі напруги у навантаження;
т) на MK подається «зважене» і відфільтроване харчування в діапазоні 4 ... 4.5 В. Забезпечують це гасить стабілітрон VD1 і конденсатор C1. При ВИСОКОМ рівні на виході МК транзистори K77, Г72 закриті, при НИЗЬКОМ - відкриті. Максимально допустимий струм стабілітрона VD1 повинен бути таким, щоб він був більший за суму струму споживання MK, струму через резистор R1 при низькому рівні на виході MK і струму зовнішніх ланцюгів, якщо вони підключені до MK по інших лініях портів;
у) відеопідсилювач натранзисторів VT1 і VT2, які включені за схемою Шиклаї (Sziklai). Це різновид схеми Дарлінгтона, але на транзисторах різної провідності. Ця «парочка» еквівалентна одному транзистору структури п-р-п з надвисоким коефіцієнтом посилення Л21Е. Діоди VD1, КД2захищають транзистори від викидів напруги, що проникають ззовні по ланцюгу ВИХ- Резистор R1 обмежує струм при випадковому короткому замиканні в кабелі, підстикованому до зовнішнього віддаленого навантаження 75 Ом.
При проектуванні схем радіоелектронних пристроїв часто бажано мати транзистори з параметрами краще за ті моделі, які пропонують фірми виробники радіоелектронних компонентів (або краще, ніж дозволяє реалізувати доступна технологія виготовлення транзисторів). Ця ситуація найчастіше зустрічається під час проектування інтегральних мікросхем. Нам зазвичай потрібні більший коефіцієнт посилення струму h 21 , більше значення вхідного опору h 11 або менше значення вихідної провідності h 22 .
Поліпшити параметри транзисторів дозволяють різні схеми складених транзисторів. Існує багато можливостей реалізувати складовий транзистор з польових або біполярних транзисторів різної провідності, покращуючи його параметри. Найбільшого поширення набула схема Дарлінгтона. У найпростішому випадку це поєднання двох транзисторів однакової полярності. Приклад схеми Дарлінгтона на npn транзисторах наведено малюнку 1.
Наведена схема еквівалентна одиночному npn транзистору. У цій схемі струм емітера транзистора VT1 є струмом бази транзистора VT2. Струм колектора складеного транзистора визначається в основному струмом транзистора VT2. Основною перевагою схеми Дарлінгтона є високе значення коефіцієнта посилення струму h 21 , яке можна визначити як твір h 21 транзисторів, що входять у схему:
(1)Однак слід мати на увазі, що коефіцієнт h 21 досить сильно залежить від струму колектора. Тому за малих значень струму колектора транзистора VT1 його значення може значно зменшитися. Приклад залежності h 21 від струму колектора для різних транзисторів наведено малюнку 2
Як видно з цих графіків, коефіцієнт h 21е практично не змінюється лише у двох транзисторів: вітчизняний КТ361В та іноземний BC846A. В інших транзисторів коефіцієнт посилення струму значно залежить від струму колектора.
У разі коли базовий струм транзистора VT2 виходить досить малий, струм колектора транзистора VT1 може виявитися недостатнім для забезпечення необхідного значення коефіцієнта посилення струму h 21 . У цьому випадку збільшення коефіцієнта h 21 і, відповідно, зменшення струму бази складеного транзистора можна досягти збільшенням струму колектора транзистора VT1. Для цього між базою та емітером транзистора VT2 включають додатковий резистор, як показано на малюнку 3.
Наприклад, визначимо елементи для схеми Дарлінгтона, зібраної на транзисторах BC846A Нехай струм транзистора VT2 дорівнюватиме 1 мА. Тоді його струм бази дорівнюватиме:
(2)
При такому струмі коефіцієнт посилення струму h 21 різко падає і загальний коефіцієнт посилення струму може виявитися значно менше розрахункового. Збільшивши струм колектора транзистора VT1 за допомогою резистора, можна значно виграти у значенні загального коефіцієнта посилення. h 21 . Оскільки напруга з урахуванням транзистора є константою (для кремнієвого транзистора uбе = 0,7 В), то розрахуємо за законом Ома:
(3)У цьому випадку ми маємо право очікувати коефіцієнт посилення по струму до 40000. Саме таким чином виконані багато вітчизняних та іноземних супербетта транзистори, такі як КТ972, КТ973 або КТ825, TIP41C, TIP42C. Схема Дарлінгтон широко використовується у вихідних каскадах підсилювачів низької частоти (), операційних підсилювачів і навіть цифрових , наприклад, .
Слід зазначити, що схема Дарлінгтона має такий недолік, як підвищена напруга Uке. Якщо у звичайних транзисторах Uке становить 0,2 В, то в складовому транзисторі ця напруга зростає до 0,9 В. Це пов'язано з необхідністю відкривати транзистор VT1, а для цього на його базу слід подати напругу 0,7 (якщо ми розглядаємо кремнієві транзистори).
Для того, щоб усунути зазначений недолік, була розроблена схема складеного транзистора на комплементарних транзисторах. У російському Інтернеті вона дістала назву схеми Шіклаї. Ця назва прийшла з книги Тітце та Шенка, хоча ця схема раніше мала іншу назву. Наприклад, у радянській літературі вона називалася парадоксною парою. У книзі В.Е.Хелейн і В.Х.Холмс складовий транзистор на комплементарних транзисторах називається схемою Уайта, тому її називатимемо просто складеним транзистором. Схема складеного pnp транзистора на комплементарних транзисторах наведено малюнку 4.
Так само утворюється npn транзистор. Схема складеного npn транзистора на комплементарних транзисторах наведено малюнку 5.
У списку літератури першому місці наведена книга 1974 року видання, але є КНИГИ та інші видання. Є основи, які не старіють тривалий час і безліч авторів, які просто повторюють ці основи. Розповісти зрозуміло треба вміти! За весь час професійної діяльності я зустрів менш ніж десять КНИГ. Я завжди рекомендую вивчати аналогову схемотехніку цієї книги.
Дата останнього оновлення файлу 18.06.2018
Література:
Разом із статтею "Складовий транзистор (схема Дарлінгтона)" читають:
http://сайт/Sxemoteh/ShVklTrz/kaskod/
http://сайт/Sxemoteh/ShVklTrz/OE/
Базовим логічним елементом серій є логічний елемент І-НЕ. На рис. 2.3 наведено схеми трьох початкових елементів І-НЕ ТТЛ. Усі схеми містять три основні каскади: вхідний на транзисторі VT1, що реалізує логічну функцію І; фазороздільний на транзисторі VT2та двотактний вихідний каскад.
Рис 2.3.a. Принципова схема базового елемента серії К131
Принцип роботи логічного елемента серії К131 (рис. 2.3.а) наступний: при вступі на будь-який із входів сигналу низького рівня (0 – 0,4В), базо-емітерний перехід багатоемітерного транзистора VT1 зміщується у прямому напрямку (відмикається), і практично весь Струм, що протікає через резистор R1, відгалужується на "землю", внаслідок чого VT2 закривається і працює в режимі відсічення. Струм, що протікає через резистор R2, насичує основу транзистора VT3. Транзистори VT3 і VT4 підключені згідно з схемою Дарлінгтона, утворюють складовий транзистор, який є емітерним повторювачем. Він виконує функцію вихідного каскаду посилення потужності сигналу. На виході схеми утворюється сигнал логічного рівня.
Якщо на всі входи подається сигнал високого рівня, базо-емітерний перехід багатоемітерного транзистора VT1 знаходиться в закритому режимі. Струм, що протікає, через резистор R1 насичує базу транзистора VT1, внаслідок чого відмикається транзистор VT5 і на виході схеми встановлюється рівень логічного нуля.
Оскільки в момент перемикання транзистори VT4 і VT5 відкриті і через них протікає великий струм, схему введено обмежувальний резистор R5.
VT2, R2 і R3 утворюють фазороздільний каскад. Він необхідний для послідовного включення вихідних n-p-n транзисторів. Каскад має два виходи: колекторний та емітерний, сигнали на яких протифазні.
Діоди VD1 – VD3 є захистом від негативних імпульсів.
Рис 2.3.б, ст. Принципові схеми базових елементів серій К155 та K134
У мікросхемах серій К155 і К134 вихідний каскад побудований на не складеному повторювачі (тільки транзистор VT3) і транзисторі, що насичується VT5із введенням діода зсуву рівня VD4(Рис. 2.3, б, в). Два останні каскади утворюють складний інвертор, що реалізує логічну операцію НЕ. Якщо ввести два фазорозділові каскади, то реалізується функція АБО-НЕ.
На рис. 2.3 а показаний базовий логічний елемент серії К131 (закордонний аналог - 74Н). Базовий елемент серії К155 (закордонний аналог – 74) показаний на рис. 2.3, б, але в рис. 2.3 в - елемент серії К134 (закордонний аналог - 74L). Нині ці серії практично не розвиваються.
Мікросхеми ТТЛ первісної розробки стали активно замінюватись на мікросхеми ТТЛШ, які мають у внутрішній структурі переходи з бар'єром Шотки. В основі транзистора з переходом Шотки лежить відома схема ненасиченого транзисторного ключа (рис. 2.4.а).
Рис. 2.4. Пояснення принципу отримання структури із переходом Шотки:
a – ненасичений транзисторний ключ; б - транзистор із діодом Шотки; - символ транзистора Шотки.
Щоб транзистор не входив у насичення, між колектором та базою включають діод. Застосування діода зворотний зв'язок усунення насичення транзистора вперше запропоновано Б. Н. Кононовим Однак у разі може збільшитися до 1 У. Ідеальним діодом є діод з бар'єром Шотки. Він являє собою контакт, утворений між металом та злегка легованим n-напівпровідником. У металі лише частина електронів є вільними (ті, що знаходяться поза зоною валентності). У напівпровіднику вільні електрони існують межі провідності, створеної додаванням атомів домішки. За відсутності напруги зміщення кількість електронів, що перетинають бар'єр з обох сторін, однакова, тобто струм відсутній. При прямому зміщенні електрони мають енергію для перетину потенційного бар'єру і проходження в метал. Зі збільшенням напруги усунення ширина бар'єру зменшується і прямий струм швидко зростає.
При зворотному усуненні електронів у напівпровіднику потрібно більше енергії подолання потенційного бар'єру. Для електронів у металі потенційний бар'єр залежить від напруги усунення, тому протікає невеликий зворотний струм, який залишається постійним до настання лавинного пробою.
Струм у діодах Шотки визначається основними носіями тому він більше при тому самому прямому зміщенні а, отже, пряме падіння напруги на діоді Шотки менше, ніж на звичайному p-n переході при даному струмі. Таким чином, діод Шотки має порогову напругу відкривання порядку (0,2-0,3) на відміну від порогової напруги звичайного кремнієвого діода 0,7 і значно знижує час життя неосновних носіїв в напівпровіднику.
У схемі рис. 2.4 б транзистор VT1утримується від переходу в насичення діодом Шатки з низьким порогом відкривання (0.2...0.3), тому напруга підвищиться мало в порівнянні з насиченим транзистором VT1. На рис. 2.4 показана схема з «транзистором Шотки». На основі транзисторів Шотки випущено мікросхеми двох основних серій ТТЛШ (рис. 2.5)
На рис. 2.5 а показана схема швидкодіючого логічного елемента, що застосовується як основа мікросхем серії К531 (закордонний аналог - 74S), (S - початкова буква прізвища німецького фізика Шотки (Schottky)). У цьому елементі в емітерний ланцюг фазорозділювального каскаду, виконаного на транзисторі VT2, увімкнений генератор струму - транзистор VT6з резисторами R4і R5. Це дозволяє підвищити швидкодію логічного елемента. В іншому цей логічний елемент аналогічний базовому елементу серії К131. Проте запровадження транзисторів Шотки дозволило зменшити tзд.рудвічі.
На рис. 2.5 б показана схема базового.логічного елемента серії К555 (закордонний аналог - 74LS) . У цій схемі замість багатоемітерного транзистора на вході використано матрицю діодів Шотки. Введення діодів Шатки виключає накопичення зайвих базових зарядів, що збільшують час вимкнення транзистора, та забезпечує стабільність часу перемикання в діапазоні температур.
Резистор R6 верхнього плеча вихідного каскаду створює необхідну напругу на базі транзистора VT3для його відкриття. Для зменшення споживаної потужності, коли логічний елемент закритий () , резистор R6підключіть не до загальної шини, а до виходу елемента.
Діод VD7, включений послідовно з R6і паралельно резистори колекторного навантаження фазорозділювального каскаду R2дозволяє зменшити затримку включення схеми за рахунок використання частини енергії, запасеної в ємності навантаження, для збільшення струму колектора транзистора VT1у перехідному режимі.
Транзистор VT3реалізується без діодів Шoтки, тому що він працює в активному режимі (емітерний повторювач).
