BRAMKI CYFROWE
Właściwości statyczne bramek cyfrowych
Układy TTL (ang. Transistor-Transistor Logic).
Inwerter serii TTL
Schemat ideowy inwertera serii standardowej TTL,
Stan włączenia
Odnosi się do wyjścia: w tym stanie na wejściu jest poziom wysoki H, a na wyjściu L.
Rozkład napięć i rozpływ prądów inwertera w stanie włączenia
T1 pracuje inwersyjnie a jego współczynnik b » 0,01,..., 0,02. Producent dopuszcza, aby tranzystor T4 przewodził prąd o natężeniu do 16 mA gwarantując, że napięcie na wyjściu bramki nie przekroczy 0,4 V. Typowa wartość napięcia wyjściowego bramki będącej w stanie włączenia równa jest napięciu nasycenia tranzystora T3 i wynosi 0,2 V.
Prąd płynący przez rezystor R4 ma wartość bliską zeru, a inne prądy wynoszą:
0,725 mA,
2,56 mA,
Zatem wartość prądu pobieranego przez inwerter ze źródła zasilania w stanie włączenia jest równa 3,3 mA. Producent gwarantuje, że prąd wejściowy inwertera nie przekroczy wartości . Rzeczywista wartość tego prądu wynosi 10 mA.
Przykładowa charakterystyka wyjściowa inwertera w stanie włączenia
Stan wyłączenia
W stanie wyłączenia na wyjściu inwertera jest stan wysoki H.
Rozkład napięć i rozpływ prądów inwertera w stanie wyłączenia
T1 jest w stanie nasycenia. Prąd rezystora R1, a zarazem prąd zasilania, ma wartość:
1 mA.
Przykładowa charakterystyka wyjściowa inwertera w stanie wyłączenia
Proces przełączania
Przykładowa charakterystyka przejściowa inwertera serii standardowej TTL
Przykładowa charakterystyka wejściowa inwertera serii standardowej TTL
Charakterystyka poboru prądu zasilania przez inwerter serii standardowej TTL
Odporność na zakłócenia. Gdy czas trwania impulsu jest mniejszy lub porównywalny z czasem propagacji sygnału w bramce zakłócenie uznaje się za dynamiczne, natomiast jako zakłócenia statyczne traktuje się takie impulsy, które trwają dłużej. Miarą odporności bramek cyfrowych na zakłócenia są odpowiednio: margines zakłóceń statycznych oraz margines zakłóceń dynamicznych. Margines zakłóceń statycznych jest określany dla każdego stanu logicznego. Wartość marginesu zakłóceń statycznych na wejściu elementu logicznego jest to maksymalna amplituda sygnału, która oddziałując na to wejście nie spowoduje niepożądanej zmiany stanu wyjściowego.
Wartości typowe napięć dla stanów logicznych L i H uzyskuje się na postawie ich pomiaru w warunkach typowych, tj. dla napięcia zasilania UCC = 5 V oraz temperatury J = 25 °C. Dla standardowego układu TTL wynoszą one UILn = 0,2 V, UIHn = 3,6 V.
Uwzględniając pełny zakres temperatur, dopuszczalne tolerancje napięcia zasilania, rozrzut parametrów i maksymalne obciążenie , producent gwarantuje, że na wyjściu napięcia nie przekroczą wartości gwarantowanych. Są to: UOLmax = 0,4 V - gwarantowana wartość maksymalna napięcia wyjściowego w stanie niskim, UOHmin = 2,4 V - gwarantowana wartość minimalna napięcia wyjściowego w stanie wysokim.
Zarazem producent określa dozwolone wartości napięć, czyli wartości dopuszczalne: UILmax = 0,8 V - maksymalna dopuszczalna wartość napięcia wejściowego w stanie niskim, UIHmin = 2,0 V - minimalna dopuszczalna wartość napięcia wejściowego w stanie wysokim.
Aby uzyskać na wyjściu napięcie o wartości UOH ³ UOHmin, na wejście należy podać napięcie o maksymalnej wartości UIML = 1,2 V. Podobnie, aby uzyskać na wyjściu napięcie o wartości UOL £ UOLmax, na wejście można podać napięcie o wartości UIMH = UP = 1,4 V.
Różnice:
MLn = UIML - UILn = 1,2 V – 0,2 V = 1 V,
MHn = UIHn - UIMH = 3,6 V – 1,4 V = 2,2 V
określają wartości nominalne marginesu zakłóceń statycznych. Natomiast różnice:
MLg = UILmax - UOLmax = 0,8 V – 0,4 V = 0,4 V,
MHg = UOHmin - UIHmin = 2,4 V – 2,0 V = 0,4 V,
wyznaczają wartości gwarantowane marginesu zakłóceń statycznych.
Z reguły w katalogach podaje się jedną wartość marginesu zakłóceń, która jest średnią obliczaną jako:
.
Dla bramki TTL serii standardowej uzyskuje się M = 1 V.
Ilustracja sposobu wyznaczania wartości marginesów zakłóceń dla serii standardowej TTL
Margines zakłóceń dynamicznych określony jest przez wartość maksymalnej amplitudy impulsu zakłócającego o danym czasie trwania (krótszym lub porównywalnych z czasem propagacji), który dodany do napięcia UILmax albo odjęty od napięcia UIHmin nie spowoduje przekroczenia dopuszczanych wartości wyjściowych poziomów logicznych UOhmin albo UOlmax. Im dłuższe są czasy trwania impulsów zakłócających, tym mniejsza jest dopuszczalna amplituda impulsu. Przy dostatecznie długim czasie trwania impulsu zakłócającego odporność na zakłócenia dynamiczne staje się równa odporności na zakłócenia statyczne.
Ulepszone serie układów TTL
Seria L
mechatronika