Диодно-транзисторная логика

Более совершенным по сравнению с логическим элементом ТЛНС является логический элемент диодно-транзисторной логики (ДТЛ), схема которого показана на рис. 8.18.

В этой схеме можно выделить две последовательно включенные функциональные части: в первой входные сигналы х_{ и х₂ подаются на диодный элемент (диоды VD, и VD₂ и резистор 7?,), выполняющий операцию И; вторая часть, выполненная на транзисторе VT_1; представляет собой инвертор. Таким образом, в схеме раздельно выполняются логические операции И и НЕ, следовательно, схема реа­лизует логическую операцию 2И—НЕ (число 2 означает количество входов ЛЭ). Диоды VD₃ и VD₄ играют роль элемента связи между двумя частями схемы и повышают ее помехоустойчивость.

Если на один из входов х_х или х₂ подан сигнал Щ_х = 0, то один из диодов открыт и в схеме течет ток от источника Е_н „ через резистор R_{ и открытый диод. При этом в точке А установится потенциал U" ~ 0,7 В, недостаточный для отпирания двух последовательно включенных диодов VD₃ и VD₄. В результате транзистор VTj будет закрыт и на выходе схемы установится напряжение Щ_ых ~ Е_п,„ соответствующее логической единице. В таком состоянии схема будет оставаться до тех пор, пока на оба входа, х_х и х_ъ не будет подан высокий уровень сигнала С/'_х (логичес­кая единица). В этом случае диоды VDj и VD₂ закрываются, потенциал точки А увеличивается, став достаточным для открывания диодов VD₃ и VD₄, и в цепи течет ток от источника Е„„ через резистор R_u диоды VD₃ и VD₄ в базу транзисто­ра VT,. В результате транзистор VTj открывается, и на выходе схемы устанавливается низкий уровень напряжения 1Д_ЫХ = U_X1 ~ 0,1 В (логический нуль), следова­тельно, в схеме ДТЛ выполняется операция И—НЕ. Резистор R₃ служит в данной схеме для того, чтобы создать цепь рассасывания накопленного в базе транзистора VT; заряда (при переключении VT, из открытого состояния в закрытое). В некоторых случаях резистор R₃ соединяют не с землей, а с источником отрицательного напряжения Е ~ -2 В, чтобы обеспечить более быстрое рассасывание базового заряда и уменьшить время задержки сигнала.

Логические элементы ДТЛ обладают высоким быстродействием и большим ло­гическим перепадом {/_л = Щ_ых - U⁰_mx ~ Е_л „. Чаще всего они реализуются в виде гибридных ИМС. Что касается полупроводниковых ИМС, то схема ДТЛ обладает существенным недостатком — большим количеством диодов, а каждый диод—это, в сущности, транзистор в диодном включении. Каждый такой транзистор нуждается в изолирующем кармане, и поэтому площадь, занимаемая схемой на подложке, оказывается очень большой. Отсюда появилась идея заменить совокупность логических диодов (VD, и VD₂) и диодов VD₃ и VD₄ одним многоэмиттерным транзистором, выполненным в одном изолирующем кармане. Таким образом был осуществлен переход к одному из самых распространенных семейств логических ИМС — схемам транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).