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.
Підвищення швидкодії елемента ЕЗЛ досягається шляхом помітного збільшення споживаної потужності. Середнє значення цієї потужності можна розрахувати по формулі
(17)
у який перший доданок — це потужність, споживана перемикачем струму, а другий доданок - середня потужність, споживана емітерними повторювачами. Виразивши на підставі (13) напругу Ек через Uоп, Uлог та Uбэ.сд , одержимо:
(18)
Подальше удосконалення логічних елементів на перемикачах струму призвело до розробки ІМС емітерно-зв’язаної логіки з емітерними повторювачами на вході (скорочено ЕЕЗЛ елементи). У мікросхемі елемента ЕЗЛ (рис. 12) емітерні повторювачі вмикаються до виходів елемента для знімання інформації. При цьому перемикач струму складається з вхідних транзисторів, що використовуються для введення інформації і транзистора з опорною напругою. До виходу кожного повторювача підключають транзистори, кожний з який є вхідним елементом наступних перемикачів струму.
3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ
Згідно з раніше вказаним, існує багато мікросхем , які працюють на на емітерно-зв’язаній логіці. Для їх дослідження необхідно було розробити та виготовити експериментальний макет, на якому було б можливо проводити дослідження принципа їх роботи.
Крім того необхідно було розробити методичні вказівки щодо дослідження логічних елементів емітерно-зв’язаної логіки на цьому макеті.
4.ВИБІР СХЕМИ
Виберемо нескладну схему на мікросхемі К137ЛЄ3, яка складається з двох елементів АБО-НІ(Рис.14).
Мікросхема має 14 ніжок. 7-ма ніжка відповідає напрузі живлення +5 В, 14-та – заземленню. Перша ніжка не використовується. На рис. 14 також вказана повна цокольовка схеми, а на рис. - таблиця відповідності роботи цієї мікросхеми.
Рис.14. Цокольовка мікросхеми К137ЛЕ3 та її принципова схема
Рис. 15. Таблиця відповідності мікросхеми К137ЛЕ3 .
Таблицю відповідності ми наводимо для одного елемента АБО-НІ тому, що мікросхема складається з двох таких однакових елементів.
Для запобігання пошкодження мікросхеми через перенапругу на вході поставлено стабілізатор напруги КРЕН5А розрахований на напругу 5В. Задля полегшення спостерігання проходження імпульсів на макеті під΄єднано два світлодіоди. Для запобігання їх ушкодження встановлені два резистори на 330 Ом кожний.
5.КОНСТРУКЦІЯ МАКЕТА
Конструктивно макет виконаний у виді набору пластин розмірами 110х80 мм.
Одна з пластин є лицьовою частиною макета. Вона у свою чергу містить дві пластини: верхня – ламінований поліетилен, нижня – ДВП. У них уставлені залізні розйоми верхнім діаметром 8 мм, нижнім – 6мм.
Друга пластина – друкована плата, виготовлена з фольгованого гетинаксу, з витравленими доріжками за допомогою хлорованого заліза (FeCl3).Для кращого контактування на доріжки нанесений припой.
Третя пластина є підставкою під макет, передбаченої щоб уникнути контакту плати зі сторонніми предметами. Вона виконана з ДВП поперечним розміром 3 мм.
Доріжки на платі з лицьовою частиною макета з'єднані дротинками довжиною 30-50 мм і діаметром 0,5 мм.
Усі пластини з'єднані і закріплені за допомогою чотирьох болтів розмірами 4х40 мм із потайною голівкою і шістнадцяти гайок відповідного діаметра.
Таким чином, метод виготовлення макета – друкована плата з елементами начіпного монтажу.
а)
б)
Рис.16. Схематичне зображення лицьової частини макета (а) та (б) - доріжок на платі.
6.ЗАВДАННЯ ДЛЯ ПІДГОТОВКИ ДО РОБОТИ
При підготовці до виконання даної лабораторної роботи студенти повинні:
1. Вивчити теоретичний матеріал відповідних лекцій.
2. Підготувати відповіді на контрольні питання, поміщені наприкінці даного керівництва.
3. Заготовити звіт по даній лабораторній роботі, для чого
- виконати необхідні з'єднання для дослідження схеми даної мікросхеми , підключивши до її інверсних виходів як індикатори світлодіоди;
- нарисувати позначення відповідно до Дст мікросхеми К137ЛЕ3;
- нарисувати схему базового елемента емітерно-звязаної логіки.
- повторити опис лабораторної установки і порядок роботи з нею.
- задавая різні комбінації вхідних логічних сигналів, визначити значення виходного сигналу та за результатами вимірювань заповнити таблицю істиності для одного з елементів, з яких складається мікросхема К137ЛЕ3.
- без допомоги теорії, на основі результатів лабораторної роботи та аналіза складеної таблиці істиності для досліджуваного елемента визначини функціональне значення логічного елемента.
Таблиця 3.
X1 X2 X3 Y
0 0 0
1 0 0
0 1 0
1 1 0
0 0 1
1 0 1
0 1 1
1 1 1
4. Дослідити перемикальні характеристики, які зображені на рис. 13. Також зафіксувати вхідні та вихідні струми логічних 0 та 1; порогові напруги логічних 0 та 1; токи споживання ІМС для станів 0 та 1, про які було сказано вище.
7.ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1.Підготувати до роботи вольтомметр. Уключити лабораторну установку, установити напругу живлення — Еж = +5В .
2. Дослідити в лабораторній роботі пристрій, представлений на рис.15. Пристрій являє собою 2 елементи 3АБО-НІ, виконаних на микросхемі серії К137.
3. Задати необхідні значення сигналів Х2, Х1 і, формуючи на кожному з двох елементів АБО-НІ сигнал У1 та У2, дослідити таблицю переходів.
4. Заповнити таблицю переходів у бланку звіту і показати її викладачу з демонстрацією переходів елемента з одного стану в інший безпосередньо на макеті лабораторної установки.
5. Подати на один із входів логічного елемента імпульсний сигнал Uвх=5В, час імпульсу ti=0.5 мс, період Т=1мс; зняти залежність Uвих=f(Uвх) та дослідити часові спотворення. Визначити рівень вихідних напруг для мікросхем даної серії.
6. Виявити швидкодію мікросхеми, також зафіксувати вхідні та вихідні струми логічних 0 та 1; порогові напруги логічних 0 та 1; токи споживання ІМС для станів 0 та 1.