Реферат: Схема сопряжения датчика с ISA

Схемотехника

1.Базовые элементы ТТЛ 155-й серии. Схемы, принцип работы, назначение элементовИЛИ К155ЛА3 и К155ЛР1.

ТТЛ

Обеспечивает требованиебыстродействия и потребляемой мощности. В интересах согласования с ЛЭ другихтипов используются преобразователи уровня в виде схемы с простым инвертором илисо сложным инвертором. Для реализации можно использовать диодно-резисторнуюлогику (Шотки) со сложным инвертором.

ЛЭТТЛ с простым инвертором

Достоинства

1.   Простотатехнической реализации (на одном кристалле).

2.   Малыепаразитные емкости, следовательно большое быстродействие.

Недостатки

1.   Болеенизкая помехоустойчивость по сравнению с ДТЛ (U+помТТЛ < U+пом ДТЛ, U-пом ТТЛ < U-помДТЛ)

2.   МалыйKраз (Kраз<sub/>— число единичных нагрузок, одновременно подключенных к выходу ЛЭ)

Применяется в тех случаях, когдане требуется высокие устойчивость от статических помех и Kраз.

Схемас открытым коллектором.

Можно включать резистор,светодиод, реле, обмотку мощного трансформатора. Схема ТТЛ явл. дальнейшимразвитием ДТЛ. Так ДРЛ (диодно-резисторная логика) заменена на МЭТ(многоэмиттерный транзистор) с резистором.

/>

Рис.1

Для реализации операции  y=x1x2

/>

Рис.2

/>

Рис.3

База–коллектор VT1выполняют функцию смещающего диода VD3 с схеме ДТЛ.Эквивалент диода VD4 ДТЛ в схеме ТТЛ отсутствует.

Достоинства

1.  Отсутствует сопротивление утечки (в ДТЛ R2).

2.  МЭТ обеспечивает рассасывание неосновных носителей из области базы VT2

Условия

1.  Положительная логика

2.  />

3.  />

/>

1 случай

x1=x2=1, т.е. Ux1=Ux2=U1®“1”

МЭТ выполняетследующие функции:

1.  Операция “И” />

2.  Усиление сигнала.

3.  VD1, VD2.

4.  VD3 в схеме ЛЭ ДТЛ.

VD1 ® (база-эмиттер VT1)х1,

VD2 ® (база-эмиттер VT1)х2.

Диод смещения VD3 ® база-коллектор VT1

Переходбаза-эмиттер VT1 смещённый в обратном направлении;переход база-коллектор VT1 смещён в прямом направлении,Þ режим активный инверсный

Uк-э МЭТ »0,1 В

Uа = Uб-к VT1 о + Uб-эVT2 о – Uк-эVT1 » 1,5 В

VT2, R2 реализуют “НЕ”. Принцип такой же, как в ДТЛ (VT2 открыт, насыщен. Rвых мало (» 5..40 Ом) Þ  Uy= U0<sup/>» 0,2В

2 случай

Ux1 = 0,2В    Ux2 = 4В

(Up – Un)VT1 x1 = UИП – Ux1 =5 – 0,2 = 4,8В

Открыт, т.о. Ua = Uб-эVT1 x1 откр.+ Ux1 = 0,8 + 0,2 = 1В

Для того, чтобыоткрыть VT1б-к и VT2э-бтребуется />

VT2 закрыт.

МЭТ находится воткрытом  и насыщенном состоянии. Режим активный и насыщенный.

ЛЭТТЛ-типа серии К155

1.  Краз мало в ТТЛ с простым инвертором

2.  Rвых » Rк VT

Для устранения недостаткаприменяют ТТЛ со сложным инвертором.

/>

Рис.4 ЛЭТТЛ-типа со сложным инвертором.

1.  На VT1 МЭТ и R1 собранконьюнктор />.

2.  Сложный инвертор (VT2-VT5, R2-R5).

3.  Демпфирующий диод VD3.

Сложный инвертор включает в себя:

1.  VT2 c R2, R3, R4, VT5. С одной стороныфазоразделительный каскад с корректирующей цепочкой VT5, R3,R4.

2.  Выходной каскад (VT3, VT4, VD3, R5).

a)   Эмиттерныйповторитель на VT3 (ЭП).

b)   Инверторна VT4.

НазначениеVD1,VD2.

Это такназываемые демпфирующие диоды — для шунтирования (на корпус) сигналаотрицательной полярности с уровнем более 0,6В. При положительной логике уровнисигналов/>и /> при UИП= +5В.

1.   Входныецепи имеют паразитное С и паразитное L.

2.   Наводки(наведённые статические помехи).

Первые создаетколебательный контур (к/к) />

/>

Рис. 5

В момент окончания сигнала (Ua – Uk)VD1,2 = 0 – (-0,8) = 0,8В > UVD3 = 0,6В

ÞVD1 открыт и ÞRVD О = Rпр = 5..20 Ом и устраняется отрицательная полярность в помехе.Положительная помеха влияния не оказывает вследствие своей малости.

МЭТ

VT1, R1 предназначеныдля реализации операции “И”. Он представляет собой диодную сборку. Сравним сДТЛ

1.   (б–э)х1    ® VD1 (ДТЛ).

(б–э)х2   ® VD2 (ДТЛ).

(б–к)VT1  ® VD3 (диодсмещения ДТЛ)

2.   Выполняет операцию усиления.

3.   При закрывании VT2 c области базы (p) осуществляется рассасываниенеосновных носителей Þ VT1 заменяет Rутечки,включенную в цепь базы транзистора VT1 ДТЛ (R3).

Режимработы транзистора VT1

1.   Режимнасыщения.

2.   Активныйинверсный.

1.    Происходитв случае воздействия на вход сигнала низкого уровня. В этом случае б–эсмещаются в прямом направлении, R мало, транзистороткрыт и насыщен; б–к смещен в обратном направлении, но открыт.

2.    Еслина x1 и x2подана “1”, то б–э смещены в обратном направлении, R велико,аб–к смещен в прямом направлении (R мало).

Рассмотримназначение VT2

Если замкнуть R3на корпус и сделать два разрыва (как показано на рис.4). VT2 предназначендля управления  VT3  и  VT4. Внасыщенном состоянии ток  IэVT2=Iк+Iб (IнVT2 < IнVT4). Если в точке k «–», то в точке с «–».

VT3(ЭП)

ЭП имеет Rвыхмалое при любой нагрузке в эмиттерной цепи. Rвыхпри выключенном ЛЭ также мало. В случае воздействия на вход «0» закрывается VT3. Этим исключается возможность протекания сквозного токаот источника питания через открытые VT3 и VT4. В случае открытого VT3 VD3 закрывается,т.е. отсутствует недостаток простого инвертора, т.е. мощность потребленияменьше.

1 случай

U1<sub/>= U2<sub/>= U1 ® “1”

(б-э)VT1смещены в обратном направлении.

(б-к)VT1смещён в прямом направлении. ÞVT1 работает в активном инверсном режиме. Потенциал т. а достаточен, чтобыоткрыть переход(б-к)VT1, (б-э)VT2, (б-э)VT5 и (б-э)VT4.

/>

При открытом p-n переходе />

/>

VT2 открыт и насыщен

Ток протекаетпо цепи: «+»ИП ® R2 ® (к-э)VT2о.н. ® R3 ®VT5 ® корпус

                                                                                                     ÷ R4 ö

VT4 открываетсянапряжением Uc. Оно создается после открытияVT2 и VT5 током эмиттера VT2.

Корректирующаяцепочка предназначена для защиты от статических помех (для увеличения />) по сравнению с ЛЭ безкорректирующей цепочки за счет изменения формы. В интересах повышенияпомехоустойчивости используется VT2 (это VD4 в схемеДТЛ)

(б-э)VT1® VD4 ДТЛ

(б-э)VT2® VD3ДТЛ

Uколлектора насыщения VT4=0,1В

2 случай

Если на один извходов подать уровень напряжения, соответствующим логическому «0», то черезпереход (б-э)VT1 ток протечет по цепи: «+»ИП ® R1 ® (б-э)VT2® X1 ® корпус

Ua = U(б-э)откр.VT1 + UX1= 0,8 + 0,2 = 1В

Uk = Ua – U(к-э)VT1­= 1 – 0,1 = 0,9В

VT2-VT4 –закрыты

При VT2  закрытом Uб<sub/> »  UИП  =  5В.  VT3, VD3 открыты, Þ Uy = UИП – U(б-э)VT3 – UVD3о = = 5–1,6 = 3,4В

ПараметрыТТЛ со сложным инвертором

Основным параметром в статическомрежиме является />, />, Рпот.ср. (средняяпотребляемая мощность).

/> наVT3 мало Þ Kразвысок!

/>

Рис. 6

/>

/>

при X2

/>

/>

/>

/>

ЛЭ включен, т.е. VT2 и VT4 открыты и насыщены. VT3 и VD3 закрыты.

При Uвых= U0Þ/>

/>

/>

ЛЭТТЛ-типа с открытым коллектором

Применение:  в случаевключения в выходной каскад таких компонентов, как реле, светодиод,трансформатор и т.д. и в случае включения резистора в коллекторную цепь сподачей более высокого напряжения питания (до 30В).

/>

Рис.7

ЛЭТТЛ-типа с 3-мя состояниями выхода

Roff — высокое выходное сопротивление

/>

Рис.8

Фрагмент таблицы истинности:

Roff

Состав схемы:

1.  Коньюнктор (VT1, R1). В точке 1 />.

2.  Сложный инвертор с корректирующей цепочкой: фазоразделительный каскад,корректирующая цепочка, ЭП.

Кроме этих компонентов в схемувключены VT6, R6, R7. Коллекторная цепь VT6 включена в коллекторную цепь VT2 вточке а. Это необходимо для реализации третьего состояния схемы.Рассмотрим принцип работы с использованием таблицы истинности. Пусть на входахвысокий уровень (1 поз. таблицы). В этом случае VT6 открыт и насыщен. Сопротивление VT6мало (составляет rвых VT6= rн =5..20 Ом). Из этогоследует, что U(к-э)нVT6 @ 0,2В. Þ Ua = 0,2В.Определим, какое U в т.1 Uк= UбVT2. VT1 – активный инверсный режим. U1 >Ua Þ VT2 – активный инверсный режим. Ток течет по цепи:

«+»ИП ® R1 ® б-к VT1® б-к VT2 ® к-э VT6 ® корпус ® «–»ИП.

U1 =U(б-к)оVT2 + U(к-э)насVT6 = 1В

В этом случае закрыт VT5. Дальше цитата Тимошенко В.С.: «А в каком же состоянии VT4 и VD1? Да они же закрыты!!!». Þ на выходе высокое сопротивление Roff.

2 позиция таблицы. VT6 закрыт, Rк-э высокое.

Вывод: в случае подачи на вход X3 U0при положительной логике VT6закрыт и схема ЛЭ может иметь 2 состояния – включенное и выключенное.

БазовыеЛЭ ЭСЛ-типа 500-ойсерии.

Достоинства: ЛЭ ЭСЛ-типаприменяются в быстродействующих устройствах, т.к. она (ЭСЛ) имеет малое tздр (время задержки). Это обусловлено:

/>      (1), где Uл – логический перепад. (Примечание. Для ТТЛ спростым инвертором />)

Если в (1) при Cн<sub/>= const уменьшить Uл,то tздр уменьшается.

ЛЭ ЭСЛ имеет малый уровеньлогического перепада, дост. Большой ток зарада Cпар,Þ длительность положительногоперепада схемы мала. Рассмотрим состав, принцип работы и назначение элементовсхемы. При положительной логике U1 = – 0,9В,U0= – 1,7В, опорное напряжение />.

«ИЛИ–ИЛИ–НЕ»

/>

Рис.9

1.  Токовый переключатель.

2.  Источник опорного напряжения.

3.  Эмиттерные повторители.

1.  VT1, VT2 – левое плечодифференциального усилителя.

      R1, R2, R5

      R3, R4 – сопротивленияутечки.

      На б VT1 и VT2 подаются входные сигналы.

      На б VT3 поступает опорное напряжение  –1,3В.

      Uл= U1 – U0= 0,8В

2.  Делитель R7R8, диоды VD1и VD2, ЭП VT4R6, VT3.

3.   VT5R9 (R9 и R10 в схему ЛЭ в интегральномисполнении не входят).

      VT6R10

      U(б-э)оVT5,6 = 0,8В

Работа

X1 = X2 = 0

U1 =– 0,9В

U0=– 1,7В

Uоп = –1,3В

VT1 и VT2 закрыты. Iк1,2 = 0. VT3 открыт. При этом Uc=–(Uоп)+ (–U(б-э)VT3) = (–1,3) + (–0,75) = = –2,05В

Что с VT3?Проверим: (Uб – Uэ)VT3 = (–1,3) –(–2,05) = 0,75 — он открыт.

(Uб<sub/>– Uэ)VT1,2 = (–U0) – (–Uc) = (–1,7) – (–2,05) = 0,35В< Uэз= 0,6В Þ VT1,2 – закрыты.

Т.к. через R1при закрытых VT1 и VT2протекает ток IбVT5 (ЭП) по цепи:

«+»ИП ® R1 ® б-э VT5® R9® «–»ИП

/>

Режим работы VT5подобран так, что он всегда открыт и через него течет ток:

«+»ИП ® R1 ® к-э VT5 ® R9® «–»ИП

Uб-эVT5o = –0,8В

Uy1 = (Ua + Uб-эVT5) = (–0,1) + (–0,8) = –0,9В ® U1 = – 0,9В

Uc =Uб-эVT3o +Uоп = (–0,75) + (–1,3) = –2,05В

через R2протекает ток IкVT3, IбVT6.  Т.о.создается напряжение Uб = (IкVT3 + IбVT6) R2 = –0,9В

Uy2 =Uб + Uб-эVT6o = (–0,9) + (–0,8) = –1,7В

/>  ИЛИ–НЕ В этом случае y2 = «0»

/>   ИЛИ                                       y1 = «1»

X1 = X2 = 1

В этом случае VT1,2открыты, но ненасыщены Þотсутствует избыточность зарядов в цепи базы Þtздр мало.

VT3 закрыт

Uc =UX1,2 + Uб-эVT1,2o= (–0,9) + (–0,75) = –1,65В. Через R2 протекает только Iб.

y1 = «0»

y2  = «1»

Источник опорного напряженияпредназначен для создания стабильного напряжения (–1,3В). Включаются R7, R8.

Т.к. температура изменяется, тотребуется температурная компенсация VD1,2, VT4, R6

VD1,2 — длятермокомпенсации (для обеспечения пропорционального изменения тока делителя). Вточке d в зависимости от toCменяется потенциал.

Работаисточника опорного напряжения (ИОН).

Если соединить базу VT3 с точкой d и убрать VD1,2 (закоротить), т.е. исключить VT4 (ЭП)и R6, чтобы мы имели />.

Когда VT3открыт, то имеем недостаток: через R7 кроме Iдел протекает IбVT7 Þ

(Iдел+ IбVT3)R7 = />, IбVT3 = I ( to )

/>

Как видно, постоянство опорногонапряжения на базе VT3 не обеспечивается. Дляликвидации этого недостатка вкл. VT4R6. Тогда черезделитель R7R8 всегда протекает ток равный Iдел + IбVT4. Но и в этом случае необеспечивается стабильность напряжения, т.к. IбVT4 = I ( to). Существует необходимость ввести диоды VD1,2,в которых R меняется в зависимости от изменения to<sup/>Þ изменяется ток Iдел.Этим компенсируется изменение токов IбVT4 и IбVT3 от температуры и обеспечивается температурнаястабилизация.

Определим потенциал т. d.

Т.к. UбVT3 = Ud + Uб-эVT4, то

Ud = –Uб-эVT4 + UбVT3 = –(Uоп) – (–Uб-эVT4) = –1,3 – (–0,75) = –0,55В

                                      ÷Uоп