L - low - означает малое быстродействие и одновременно малое потребление тока питания). Этот элемент потребляет мощность питания примерно 1 мВт при среднем времени задержки распространения taд,p,cp=33 НС, что соответствует энергии, потребляемой на перенос еди-*ницы информации Эпот=33 пДж (см. прямоугольник МмТТЛ на рис. 1.2). Номиналы резисторов в этом логическом элементе относительно велики. Сейчас эти серии не развиваются.

В конце 70-х годов микросхемы ТТЛ первоначальной разработки стали активно заменяться на .микросхемы ТТЛШ, имеющие во внутренней структуре р-п переходы с барьером Шотки. Напомним, что эффект Шотки снижает пороговое напряжение открывания кремниевого диода от обычных 0,7 В до 0,2...0,3 В и значительно уменьшает время жизни неосновных носителей в полупроводнике. Эффект основан на том, что в РП переходе или рядом с ним присутствует очень тонкий слой металла, богатый электронами - свободными носителями.

Сложности практического освоения технологических процессов изготовления полупроводииковых структур с эффектом Шотки, однако, были очень велики, поэтому на рис. 1.2 прямоугольник, отображающий развитие маломощных серий МмТТЛШ, растянут по времени на восемь лет.

В основе транзистора с переходом Шотки (транзистора Шотки, ТШ) находится известная схема неиасыщаемого РТЛ-ключа (рис. 1.7, а).

Рис. 1.7. Ненасыщаемый элемент РТЛ (а), транзистор с диодом Шотки (б) и символ транзистора Шотки (а)

Здесь транзистор удерживается от перехода в режим глубокого насыщения с помощью дополнительнойнелинейной входной цепи с диодом. Обычный базовый резистор Rg здесь составлен из двух: Rgj и Рог-Если на вход данного элемента РТЛ от переключателя S1 поступает напряжение высокого уровня, через резистор Rg, течет входной ток Ij-Номиналы Rgj; и Кб2 нетрудно рассчитать так, чтобы пороговое напря-жени открывания диода Unop оказалось бы меньше, чем падение напряжения на резисторе Rg2i т. е. Рдг- Здесь символом Ig обозначен предельный, близкий к насыщающему базовый ток транзистора VT1. Если диод VD1 откроется, через него потечет избыточный входной тоК вх-б> который теперь минует базу транзистора и получит путь для отекания в землю через промежуток транзистора коллектор - эмиттер.

Если от переключателя S1 подать входное напряжение низкого уровня (ноль потенциала), ток Igj прекратится и транзистор практически без задержки перейдет от насыщения к состоянию отсечки (т. е. выключится, разомкнётся), так как он находился ранее на грани линейного

2-788

и насыщенного режимов. По-другому, в объеме его базовой области, как в микроскопическом аккумуляторе, не были накоплены избыточные заряды. Отметим, что поскольку напряжение между базой и коллектором Uj=Unop-gRg2 удерживалось на уровне нескольких десятых долей вольта (диод VD1 обычный, кремниевый), напряжение низкого выходного уровня Ujbix Д-я элемента РТЛ с ограничением тока насыщения (рис. 1.7, а) может увеличиться до 1 В (вместо 0,3 В прн насыщаемом ключе).

В схеме на рис. 1.7,6 транзистор VT1 удерживается от перехода в насыщение шунтирующим диодом Шотки VD1 с низким порогом открывания. Здесь напряжение \]=0,2...0,3 В, поэтому напряжение

-вых повысится мало. На рис. 1.7, в предыдущая схема заменена единым символом - транзистором Шотки. Этот транзистор не переходит в глубокое насыщение, у него очень мало время рассасывания накопленных в базе носителей. Логические элементы на основе транзисторов Шотки имеют очень малое время задержки отключения f .

На основе транзисторов Шотки в начале 70-х годов были выпущены первые микросхемы двух основных современных серий ТТЛ (см. рис. 1.2). На рис. 1.8, а показана схема высокоскоростного логического

Рис. 1.8. Принципиальные схемы логических элементов с переходом Шотки;

й-ТТЛШ; б-МмТТЛШ (см. рис. 1.2)

элемента, применяемого как основа микросхем серии К531. Аналогичная зарубежная серия называется 74S; здесь S - начальная буква фамилии немецкого физика Шотки (Schottky), открывшего физический эффект, оказавшийся для электроники столь важным.

В этом элементе вместо эмиттерного резистора (см. R3 на рнс. 1.6, а) для улучшения формы импульса использован нагрузочный генератор тока - транзистор VT4 с резисторами R4, R5. Отметим, что номиналы остальных резисторов в элементах серий К131 и К531 (сравни--те рис. 1.6, а и 1.8, а) почти одинаковые. Из-за этого близки значения мощности потребления Рдот, однако время ta.p.cp Для инвертора серии К531 снижено до 3 не, что обусловило потребление энергии на 1 бит информации Эпот= 19-3 = 57 пДж.

На рис? 1.8,6 показана схема элемента, на котором основаны микросхемы серии К555. Аналогичная зарубежная серия имеет название

74LS (т. е. low Schottky - что можно трактовать как экономичная серия с применением переходов Шотки). Для микросхем серии К555 мощность, потребляемая одним элементом, Рпог=2 мВт при времени t3flpcp = 9,5 НС, поэтому потребляемая энергия переключения Эдот = = 19пДж.

В электрической схеме элемента серии К555 вместо многоэмиттер-вого транзистора использована матрица диодов Шотки. Микросхемы серии К555, как нетрудно видеть из сравнительной таблицы параметров (табл. 1.1), по быстродействию соответствуют серии К155 (потребляемый ток уменьшен в пять раз!), по экономичности уступают микросхемам серии К134 (1 мВт) всего в 2 раза, но в итоге потребляют энергию на перенос 1 бита информации в 1,5 раза меньше. Сейчас микросхемы серии К555 вытеснили из аппаратуры серию К134 и по мере наращивания йоменклатуры служат эффективной заменой для микросхем самой массовой, стандартной серии К155.

Таблица 1.1. Динамические параметры микросхем ТТЛ

Микросхемы серии К531 потребляют энергию на перенос 1 бита, в 2,3 раза меньшую, чем у микросхем старой серии К131, из-за чего она также стала неперспективной. Статические параметры логических элементов микросхем серий К155, К555, К531 и некоторые параметры для серии К1531 (см. § 1.4) сведены в табл. 1.2. Логические уровни и допустимые напряжения на входах и. выходах микросхем этих серий отличаются незначительно. Однако для микросхем серий К155 и К531 велики входные токи низкого уровня соответственно 1,6 и 2,0 мА для одного входа. Сила этого тока для микросхем серии К555 и К1531 в 3-4 раза меньше. Допустимый стекающий выходной ток низкого уровня 1вых для серии К531 в 2,5 раза больше, чем для серии К555. Кроме того, в составе каждой серии выпускаются так называемые буферные логические элементы, допустимый ток Ijj для которых увеличен еще примерно в 3 раза.

Для упрощения расчетов числа нагружающих входов в табл. 1.3 указаны числа взаимной нагрузочной способности микросхем серий К531, К155 и К555 (см. также рис. L4, в). Например, обычный элемент серии К555 способен принять ток I от четырех входов микросхем серии К531. Ток для К555 равен 41вх для К531, т. е. 42 = 8 мА. Рас-