Триггерный логический элемент или-не

Изобретение относится к цифровой схемотехнике, автоматике и промышленной электронике. Технический результат заключается в повышении нагрузочной способности триггерного логического элемента ИЛИ-НЕ. Триггерный логический элемент ИЛИ-НЕ реализован с использованием пяти транзисторов, пяти резисторов, источника питающего постоянного напряжения и источника опорного постоянного напряжения в виде маломощного источника повышенной стабильности, при этом эмиттер дополнительного пятого p-n-p транзистора подсоединен к общему выводу первого резистора, коллекторов первого и второго транзисторов, база дополнительного транзистора подключена к общему выводу третьего резистора, коллекторов третьего и четвертого транзисторов, коллектор дополнительного транзистора подсоединен и к базе четвертого транзистора, и к одному из двух выводов пятого резистора, свободный вывод этого пятого резистора соединен со свободным выводом четвертого резистора и их общий вывод образует относительно «земли» выход логического элемента. 2 ил.

 

Изобретение относится к цифровой схемотехнике, автоматике и промышленной электронике. Оно, в частности, может быть использовано в блоках вычислительной техники, построенных на логических элементах.

Известен двухвходовой логический элемент ИЛИ-НЕ [1 Шило В.Л. Л.М. Популярные цифровые микросхемы. - М.: Радио и связь, 1987, стр. 38, рис. 1.21, в], содержащий шесть транзисторов, пять резисторов, один диод и источник питающего напряжения.

Недостаток его заключается в том, что у него малая нагрузочная способность. Электрический ток только одного из имеющихся транзисторов формирует электрический ток внешней нагрузки. Если бы удалось увеличить число транзистор, формирующих ток нагрузки из общего числа имеющихся транзисторов, то это привело бы к увеличению максимальной силы электрического тока внешней нагрузки логического элемента и в результате к повышению нагрузочной способности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа логический элемент ИЛИ/ИЛИ-НЕ [2 Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. - М.: Радио и связь, 1985, стр. 342, рис. 14.23], содержащий шесть транзисторов, пять резисторов и два источника постоянного напряжения.

Недостаток его заключается в малой нагрузочной способности. Электрический ток только одного из шести транзисторов формирует ток внешней нагрузки. Если бы удалось увеличить число транзисторов, формирующих электрический ток внешней нагрузки, то это бы привело к увеличению максимальной силы электрического тока нагрузки логического элемента и в результате к повышению нагрузочной способности. Приведенный логический элемент относится к ЭСЛ-элементам (ЭСЛ-эмиттерно-связанная логика).

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении нагрузочной способности триггерного логического элемента ИЛИ-НЕ.

Это достигается тем, что в триггерный логический элемент ИЛИ-НЕ, содержащем содержащий источник питающего постоянного напряжения, минусовой вывод которого соединен с общей шиной и заземлен, параллельно включенные первый и второй n-p-n транзисторы, выводы баз которых образуют относительно «земли» два входа логического элемента, первый резистор, включенный между выходом питающего источника (его плюсовой вывод) и общим выводом коллекторов первого и второго транзисторов, второй резистор, включенный между «землей» и общим выводом эмиттеров этих же (первого и второго) двух транзисторов, последовательно включенные третий резистор и третий тоже n-p-n транзистор, свободный вывод третьего резистора подсоединен к общему выводу первого резистора и выхода питающего источника, эмиттер третьего транзистора подключен к общему выводу второго резистора, эмиттеров первого и второго транзисторов, к базе третьего транзистора подсоединен выход (плюсовой вывод) источника опорного напряжения (маломощный источник постоянного напряжения повышенной стабильности), минусовой вывод этого источника заземлен, последовательно между собой включенные четвертый n-p-n транзистор и четвертый резистор, подсоединенный к эмиттеру четвертого транзистора, также имеется пятый резистор, введен p-n-p дополнительный транзистор, эмиттер которого подсоединен к общему выводу первого резистора, коллекторов первого и второго транзисторов, база дополнительного транзистора подключена к общему выводу третьего резистора, коллекторов третьего и четвертого транзисторов, коллектор дополнительного транзистора подсоединен и к базе четвертого транзистора, и к одному из двух выводов пятого резистора, свободный вывод этого пятого резистора соединен со свободным выводом четвертого резистора и их общий вывод образует относительно «земли» выход логического элемента.

В триггерном логическом элементе ИЛИ-НЕ общая шина (минусовой вывод) источника 1 питающего постоянного напряжения заземлена. Параллельно включены два n-p-n транзистора 2 и 3, выводы баз которых образуют относительно «земли» два входа х₁ и х₂ логического элемента. Первый резистор 4 включен между выходом питающего источника 1 (его плюсовой вывод) и общим выводом коллекторов транзисторов 2, 3, а второй резистор 5-между «землей» и общим выводом эмиттеров этих двух транзисторов 2, 3. Последовательно включены резистор 6 и n-p-n транзистор 7. Свободный вывод резистора 6 подсоединен к общему выводу резистора 4 и выхода питающего источника 1. Эмиттер транзистора 7 подключен к общему выводу резистора 5 и эмиттеров транзисторов 2, 3. С базой транзистора 7 соединен выход (плюсовой вывод) источника 8 опорного напряжения (маломощный источник постоянного напряжения повышенной стабильности), минусовой вывод этого источника заземлен.

Последовательно между собой включены n-p-n транзистор 9 и резистор 10. Коллектор транзистора 9 подсоединен к общему выводу резистора 6 и коллектора транзистора 7. Свободный вывод резистора 10 соединен с выходом относительно «земли» логического элемента. Последовательно включены p-n-p транзистор 11 и резистор 12. Эмиттер транзистора 11 подсоединен к общему выводу резистора 4 и коллекторов транзисторов 2, 3. База транзистора 11 подключена к общему выводу резистора 6 и коллекторов транзисторов 7 и 9. Коллектор транзистора 11 соединен и с базой транзистора 9, и с одним из выводов резистора 12. Другой вывод резистора 12 подключен к общему выводу резистора 10 и выхода логического элемента .

На фиг. 1 часть схемы на транзисторах 9 и 11 является триггером на транзисторах противоположного типа проводимости, а часть схемы на транзисторах 2, 3 и 7 представляет собой ЭСЛ-элемент (точнее переключатель тока). Резисторы 4 и 6 входят и в состав переключателя тока, и в состав триггера на транзисторах противоположного типа проводимости. На фиг. 1 также приведен пунктирными линиями резистор Rн, условно отображающий внешнюю нагрузку логического элемента.

Триггерный логический элемент ИЛИ-НЕ работает следующим образом. В цифровой электронике используются входные и выходные электрические сигналы низкого и высокого уровней. Низкий уровень - уровень логического нуля соответствует значениям напряжения в районе нуля или ближе к нулю, высокий уровень - уровень логической единицы соответствует значениям напряжения в районе единиц вольт (нередко в районе четырех вольт).

Триггер на транзисторах 9, 11 противоположного типа проводимости имеет два состояния равновесия. В первом (условно) состоянии оба транзистора закрыты и не проводят электрический ток. Тогда в том числе на резисторах 6 и 12 нулевые значения напряжения. Они прикладываются к базам транзисторов 9, 11 меньше пороговых напряжений этих транзисторов по абсолютной величине и в итоге поддерживают эти транзисторы в закрытом состоянии. Во втором (условно) состоянии транзисторы 9 и 11 открыты, их электрические токи создают напряжения в том числе на резисторах 6 и 12 по абсолютной величине и по значениям больше пороговых напряжений транзисторов и поддерживают транзисторы 9, 11 в открытом состоянии. Триггер на транзисторах противоположного типа проводимости, как и другие распространенные триггеры, переходит из первого состояния во второе и наоборот, когда управляющие входные напряжения по своим значениям превышают значения напряжений соответствующих порогов срабатывания триггера.

Работа логического элемента ИЛИ-НЕ отражается таблицей истинности (фиг. 2), где х₁ и х₂ - условное отображение входных сигналов, - условное отображение сигнала на выходе логического элемента и N - номер строки по порядку. В соответствии с первой строкой таблицы истинности на оба входа х₁ и х₂ логического элемента поступают напряжения уровня логического нуля и в худшем случае состояние транзисторов 2 и 3 в районе их пороговых напряжений. Тогда значение силы электрического тока через резистор 4 весьма мало и соответственно малым является падение напряжения на этом резисторе. Плюсом оно через резистор 6 приложено к базе p-n-p транзистора 11, а минусом - к эмиттеру этого транзистора, поэтому оно не может перевести триггер на транзисторах 9, 11 во второе состояние, а с учетом его малого значения по существу не влияет на состояние триггера. За счет соответствующего значения напряжения источника 8 опорного напряжения обеспечивается требующееся напряжение на резисторе 6 для поддержания транзистора 11 в открытом состоянии, а триггера на транзисторах 9, 11 - во втором состоянии. Напряжение на резисторе 6 минусом приложено к базе p-n-p транзистора 11, а плюсом через резистор 4 к его эмиттеру. За счет электрического тока транзисторов 9, 11 триггера на транзисторах противоположного типа проводимости на выходе логического элемента и на условной нагрузке Rн имеется высокий уровень напряжения - уровень логической единицы.

В соответствии с 2-4 строками таблицы истинности (фиг. 2) на один из двух входов логического элемента или на оба его входа х₁ и х₂ подается напряжение уровня логической единицы и сила электрического тока через резисторы 4 и 5 имеет повышенное значение. Напряжение на резисторе 5 должно обеспечить такую разность выходного напряжения источника 8 опорного напряжения и напряжения на резисторе 5 (по существу это напряжение между базой и эмиттером транзистора 7), чтобы состояние транзистора 7 было в районе порогового напряжения или близкое к этому состоянию. Тогда сила коллекторного тока транзистора 7 имеет малое значение. Напряжение с резистора 6 минусом, как и ранее, приложено к базе транзистора 11, но оно тоже имеет малое значение меньше порогового напряжения срабатывания триггера на транзисторах противоположного типа проводимости по абсолютной величине и не может перевести этот триггер во второе состояние. Дополнительно к приведенному первое состояние триггера поддерживает напряжение с резистора 4, оно плюсом через резистор 6 приложено к базе p-n-p транзистора 11 и может иметь и имеет достаточное для этого значение напряжения. Отсутствие электрических токов транзисторов 9, 11 триггера на транзисторах противоположного типа проводимости в первом его состоянии обеспечивает на нагрузке Rн и на выходе логического элемента напряжение уровня логического нуля.

Таким образом, в триггерном логическом элементе ИЛИ-НЕ сила электрического тока внешней нагрузки равна сумме силы токов двух

Триггерный логический элемент ИЛИ-НЕ, содержащий источник питающего постоянного напряжения, минусовой вывод которого соединён с общей шиной и заземлён, параллельно включённые первый и второй n-p-n транзисторы, выводы баз которых образуют относительно «земли» два входа логического элемента, первый резистор, включённый между выходом питающего источника (его плюсовой вывод) и общим выводом коллекторов первого и второго транзисторов, второй резистор, включённый между «землёй» и общим выводом эмиттеров этих же (первого и второго) двух транзисторов, последовательно включённые третий резистор и третий тоже n-p-n транзистор, свободный вывод третьего резистора подсоединён к общему выводу первого резистора и выхода питающего источника, эмиттер третьего транзистора подключён к общему выводу второго резистора, эмиттеров первого и второго транзисторов, к базе третьего транзистора подсоединён выход (плюсовой вывод) источника опорного напряжения (маломощный источник постоянного напряжения повышенной стабильности), минусовой вывод этого источника заземлён, последовательно между собой включённые четвёртый n-p-n транзистор и четвёртый резистор, подсоединённый к эмиттеру четвёртого транзистора, также имеется пятый резистор, отличающийся тем, что в него введён p-n-p дополнительный транзистор, эмиттер которого подсоединён к общему выводу первого резистора, коллекторов первого и второго транзисторов, база дополнительного транзистора подключена к общему выводу третьего резистора, коллекторов третьего и четвёртого транзисторов, коллектор дополнительного транзистора подсоединён и к базе четвёртого транзистора, и к одному из двух выводов пятого резистора, свободный вывод этого пятого резистора соединён со свободным выводом четвёртого резистора и их общий вывод образует относительно «земли» выход логического элемента.