Основні характеристики
1. Статична, або передавальна характеристика логічного елемента (ЛЕ)
– залежність вихідної напруги (потенціалу) від вхідної Ux на одному з входів.
У мікросхемі ЛЕ рівні напруги U0iU1, яким відповідають логічний 0 і логічна 1, задаються не фіксованими потенціалами, а діапазонами напруг.
Три ділянки
I–Uy=Uy0;
II–проміжний логічний стан Uл=U1-U0,
в якому мікросхема знаходиться в
активному режимі роботи;
ІІІ – стан Uy=Uy1.
Зі сторони входу: UA - поріг перемикання для логічного 0;
UB – для логічної 1;
За передавальною характеристикою мікросхеми ЛЕ визначаються такі основні статичні параметри:
- рівні U0 i U1;
- напругу переходу UЛ=U1 – U0;
- порогову напругу Uп;
- параметри завадостійкості.
Завадостійкість (або допустима напруга завади) Uзав – це максимально допустима величина потенційної завади, яка при наявності на вході мікросхеми не викликає хибного перемикання (збою), тобто небажаного переходу мікросхеми зі стану 0 в 1 і навпаки.
Uзав=U0зав+U1зав=Uл – ∆U
Оскільки величина зони невизначеності практично в усіх цифрових мікросхемах близька до нуля, тобто ∆U≈0, бо Uл>>∆U, то UA≈UB≈Uп, де
Uп – середній поріг перемикання (або порогова напруга)
Тому в довідниках дають Uп.
2. Вхідна характеристика ЛЕ (також статична)
Ix= f (Ux)
За допомогою неї визначають вхідні струми:
Ix0 ≥ 0, який витікає із схеми при Ux=U1;
Ix1 ≤ 0, який тече у схему при Ux=U0;
3. Вихідні характеристики ЛЕ
Uy0= f (Iн0) , де Iн0 – струм, що тече у схему
Uy1= f (Iн1) Iн1 – струм, що тече зі схеми
4. Енергетичні параметри:
- середня потужність споживання Р
- струм споживання Ic
(ст – статична, середня)
- динамічна потужність Pд – вона пропорційна частоті перемикання
- повна середня потужністьPc=Pcст+РД
За потужністю споживання мікросхеми поділяють:
- 1 мкВт – нановатні;
- 1-300 мкВт – мікрпотужні;
- 0,3-3 мВт – малопотужні;
- 3-25 мВт – середньої потужності;
- 25-250 мВт – потужні.
5. Коефіцієнт об`єднання входів – це максимальне число входів ЛЕ (Коб)
Зі збільшенням числа входів погіршується швидкодія мікросхеми.
6. Динамічна (перехідна) характеристика Uy=f (t), тобто залежність вихідної напруги від часу при переході Ux0→Ux1 або Ux1→Ux0 .
До найважливіших динамічних параметрів ЛЕ належить середній час затримки tзс, який характеризує швидкодію роботи мікросхеми.
tзс=0,5(tз01+tз10)
tзс≈1…10 нс.
Мікро- та малопотужні мікросхеми мають невисоку швидкодію, потужні мікросхеми найбільш швидкодіючі.
Якість схемотехнічних рішень характеризує фактор добротності
Pc·tзc(пікоджоуль) 1Дж=1Вт·с
Для напівпровідникових мікросхем 10-3…10-6пДж
7.
Навантажуальна здатність характеризується коефіцієнтом розгалуження Кроз виходу, або коефіцієнтом навантаження, який дорівнює максимальному числу входів аналогічних ЛЕ, які можна під’єднати одночасно до даної мікросхеми, при збереженні її основнх параметрів.
Для ТТЛ Кроз=5..20
Типове значення Кроз=10
Спеціальні ЛЕ Кроз≥ 30
Зі збільшенням Кроз погіршується
завадостійкість та середній час затримки сигналу
8. Напруга живлення Е.
Зниження Е зменшує споживану потужність Рс, проте погіршується завадостійкість, навантажувальна здатність та швидкодія мікросхеми.
Підвищення Е призводить до перегрівання мікросхеми.
Приклад реалізації ЛЕ на ТТЛ
Особливістю є наявність у вхідному колі багатоемітерного транзистора (від 2 до8)
Y= 
|
Схема складається з двох послідовно
ввімкнених функціональних елементів кон`юнктора
(VT1) (I) та інвертора (VT2) (HE).
операція: Y=n·I-HE
Робота: Якщо якийсь Хі=0, то відкривається перехід база-емітер VT1 і малий струм у колі колектора VT1 і бази VT2 буде підтримувати VT2 у закритому стані, тому Uвих дорівнює високому рівню (лог 1).
Тільки при одночасній дії високих рівнів на вході Хі (Х1=Х2=…=Хn=1) буде відкритим перехід база колектор VT1 і майже весь струм бази VT1 потече у базу VT2. VT2 відкриється і Uвихдорівнює низькому рівню (логічний 0).
