Патент ссср 319076

 

319076

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реопублии

Зависимое от авт, свидетельства №

Заявлено 15.VI.1970 (№ 1447921/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 28.Х.1971. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 24 1 1972

МПК Н 03k 19/32

Комитет по делам изобретений и отнрытий при Совете Министров

СССР

УДК 681.3.055(088.8) Авторы изобретения

В. Я. Загурский, Заявитель Институт электроники и вычислительной техники АН Латвийской CCP

ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ «И СКЛЮЧАЮ1ЦЕЕ ИЛИ»

Изобретение предназначено для использования в быстродействующих цифровых схемах вычислительной техники и автоматики при построении регистров сдвига, реверсивных счетных устройств, сумматоров и т. д.

Известны логические элементы, непосредственно выполняющие функцию С=АВ+ВА, на туннельных диодах с входными токозадающими резисторами.

Вследствие конечной величины минимального тока туннельного диода в режиме A=1, В=1 отношение сигнал-помеха, определяющееся отношением токов в режимах наличия сигнала на выходе (А=1, B=O или B=l, A=0) и отсутствия его (А=l, B=l), мало, из-за чего в известных элементах необходимы дополнительные пороговые устройства, дискриминирующие помеху. При использовании для этой цели порогового элемента с применением реактивного транзистора и туннельного диода порог сбрасывания зависит от величины конечного минимального тока и длительности его протекания. В результате надежность работы порогового элемента снижается. Для уменьшения влияния конечной величины минимального тока необходимо жестко регламентировать режимы работы туннельных диодов и уровень логических сигналов, что, в свою очередь, требует ужесточения допусков токозадающих резисторов.

Существенными недостатками логических элементов на туннельных диодах являются также принципиальная невозможность их работы от логических сигналов, задаваемых источниками тока; невозможность изготовления в виде интегральной схемы из-за жестких допусков на значения сопротивлений и наличия двух или более туннельных диодов; необходимость принудительной фиксации уровня постоянной составляющей логических сигналов в каждом случае, т. е. невозможность использования логических сигналов с другим уровнем постоянной составляющей, по сравнению с заданным, без изменения их параметров или вольтамперных характеристик.

Цель изобретения — повышение надежности работы элемента и технологичности его изготовления, упрощение схемы и управления ею.

Цель достигается введением управляющей схемы на двух транзисторах с перекрестными непосредственными эмиттерно-базовыми связями, . эмитерты которых соединены с источниками потенциальных логических сигналов, и порогового элемента (на транзисторе и туннельном диоде), порог которого жестко регламентирован транзисторно-диодной схемой в широком диапазоне изменения величин логических сигналов и сдвига уровня их по30 стоянной составляющей.

319076

Логический элемент может быть изготовлен в виде гибридной интегральной схемы, что также повышает надежность его работы и технологичность при изготовлении.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого логического элемента.

На входы 1 и 2 поступают потенциальные сигналы логических переменных, на вход 8— импульсный сигнал логической переменной.

Транзисторы 4 и 5 связаны непосредственными эмиттерно-базовыми перекрестными связями, полупроводниковый диод б подключен к точке соединения коллекторов транзисторов

4, 5 и базы транзистора 7 порогового элемента, содержащего, кроме транзистора, туннельный диод 8. Импульсный выход 9 логической переменной выведен с эмиттера транзистора 7. Схема логического элемента получает питание от источника U.

Сигналы по входам 1, 2 целесообразно задавать от источников тока, однако возможна работа и от источников напряжения. Сигнал по входу 8 необходимо задавать от источника напряжения с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением. Уровень постоянной составляющей логических сигналов по входам 1 и 2 не имеет значения, необходимо только, чтобы он был одинаков по обоим входам, и количественно различались уровни

«0» и «1». Полярность всех сигналов и уровня постоянной составляющей, при данном типе проводимости транзисторов, должны быть отрицательными.

Для упрощения рассмотрения принципа работы схемы можно предположить, что уровень постоянной составляющей логических сигналов по входам 1 и 2 равен нулю, а дискретным входным сигналам соответствуют уровни напряжения «О» — напряжение, близкое по величине к нулю и «1» — напряжение

0,7 †!,2 в.

При комбинации сигналов на входах 1 и 2

А=О, В=О импульс на входе 8 (С= 1) не вызывает появления на выходе 9 сигнала, так как на базе транзистора 7 возникает помеха лишь за счет емкости диода б, которая мала.

Если на входы 1 и 2 поданы сигналы А=l и В =0, то при отрицательном уровне на входе 1 через транзистор 4 и диод б протекает ток. При этом основной ток протекает через коллекторную цепь транзистора 4, а в базовую цепь его ответвляется ток, равный (1 — а ) I. Поскольку величина коэффициента усиления по току а,)0,98, то базовый ток пренебрежимо мал. Транзистор 5 заперт падением напряжения на транзисторе 4 и диоде б, так как база его подключена к эмиттеру транзистора 4, на который подан отрицательный входной сигнал. Напряжением на диод б, на который подано смещение в прямом направлении, открывается транзистор 7, эмиттерным током которого создается смещение туннельного диода 8 в сторону порога срабатывания. Под воздействием импульсного сигнала по входу 8 коллекторный ток транзи4 стор" 4 переключается в цепь базы транзистора 7 (так как диод б запирается) и вызывает срабатывание туннельного диода 8. На выходе схемы возникает импульсный сигнал.

Вследствие усиления по мощности транзистора 7 и индуктивных свойств его эмиттернобазового перехода выходной импульсный сигнал усиливается по мощности и напряжению до уровня, достаточного для управления аналогичными схемами.

При комбинации сигналов на входах 1 и 2

А=О, В= 1 работа логического элемента не отличается от вышеописанной. В этом случае управляющий ток протекает через транзистор

5, а транзистор 4 заперт падением напряжения на транзисторе 5 и диоде б.

Если на выходы 1 и 2 поданы сигналы соответствующие комбинации А=l и В=l, то оба транзистора 4 и 5 запираются, ток в их коллекторных цепях не протекает и падения напряжения на диоде Ь нет. Импульс на входе 8 не вызывает срабатывания порогового элемента, поскольку переключаемый на

его вход ток равен нулю. 11рактически возможна помеха только за счет собственной емкости диода б, которая очень мала (0,7—

1,5 пф).

Поскольку транзисторы 4 и 5 имеют взаимные перекрестные базо-эмиттерные связи, то любое одновременное и одинаковое по величине изменение уровня постоянной составляющей сигналов по входам 1 и 2 совершенно не сказывается на работе схемы, так как автоматически исключается отпирание какого-либо из транзисторов в большей степени, чем другого.

5

Таким образом, в предлагаемой схеме подготовка порогового элемента, необходимая для обеспечения его усилительных свойств, имеет место лишь при кодовых комбинациях

А= l; В=О или А — 0, В= l, т. е. схема в целом реализует логическую функцию

С=С (АВ+ВА). В остальных случаях (А=О;

В=О и А=l; В=l) подготовка порогового элемента невозможна, так как ток равен нулю и транзистор 7 заперт. Это обеспечивает высокие дискриминационные свойства схемы в целом, что существенно повышает надежность ее работы. Часть схемы, обведенная на чертеже пунктиром, легко может быть реализована в виде интегрального модуля, благодаря чему надежность ее может быть повышена еще больше.

Существенными преимуществами схемы логического элемента являются также возможность управления по входам 1 и 2 сигналами как от источника тока, так и напряжения, причем благодаря нелинейности транзисторных выходных характеристик, осуществляется стабилизация падения напряжения на транзисторах при значительных изменениях величин входных сигналов; нечувствительность к любому одновременному и одинаковому изменению уровня постоянной состав319076

Предмет изобретения (в) (cg

Составитель Л. Скобелева

Техред Л. Богданова

Редактор И. Орлова

Корректоры: Л. Орлова и А. Васильева

Заказ 3785/6 Изд. № 1488 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, К-35, Раушская наб., д. 4, 5

Типография, пр. Сапунова, 2 ляющей сигналов по входам 1 и 2 в силу дифференциального принципа работы транзисторно-диодной управляющей схемы (транзисторы 4, 5 диод б); возможность работы с потенциальными сигналами по всем входам

1, 2, 8 логических переменных, что принципиально не выполнимо из-за наличия минимального конечного тока в схемах на туннельных диодах и использования дискриминирующих элементов, управляемых током. Это увеличивает надежность работы и упрощает управление схемой логического элемента.

Следует отметить также положительную роль диода б, работающего в режиме трансформатора заряда, за счет использования эффекта накопления в базе диода заряда неосновных носителей. При кодовых комбинациях управляющих сигналов A=O, B=1 и

А=1 В=О заряд накапливается, так как через диод протекает ток, а при A=1 В=l— нет, так как ток через диод равен нулю. Рассасывание накопленного заряда импульсом, действующим по входу 8, позволяет увеличить надежность работы порогового элемента при сравнительно малых входных токах управления за счет увеличения полезного сигнала.

При соответствующем изменении типа проводимостей транзисторов и полярностей диодов схема может работать с сигналами положительной полярности.

Логический элемент «Исключающее ИЛИ», содержащий полупроводниковый диод и пороговый элемент, выполненный на туннельном диоде и транзисторе, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности работы, упрощения управления логическим элементом, улучшения технологичности при изготовлении введена схема управления, содержащая два транзистора с перекрестными непосредственными эмиттерно-базовыми связями, эмиттеры которых соединены с источниками потенциальных логических сигналов, а коллекторы подключены к точке соединения входа порогового элемента и полупроводникового диода, соединенного с источником импульсных стро25 бирующих сигналов,