Реализация функций «исключающее ИЛИ» с помощью диодного моста и транзистора

Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2019

Raju Baddi

EDN

При разработке логических схем для напряжений питания, превышающих обычные, таких, например, как 24 В, можно использовать микросхемы логики стандартных семейств с регулятором напряжения и подключать их через трансляторы уровней. В качестве альтернативы, если логика не слишком сложна и скорость не очень высока, логические вентили можно собрать из дискретных компонентов и управлять ими непосредственно от доступного напряжения. Сделать на дискретных компонентах схемы, реализующие функции «И», «ИЛИ» и «НЕ», относительно просто, но функции «исключающее ИЛИ» и «исключающее ИЛИ-НЕ» обычно требуют объединения нескольких базовых функций «И», «ИЛИ» и «НЕ».

Реализация логических схем «исключающее ИЛИ-НЕ» (а) и «исключающее ИЛИ» (б) на дискретных компонентах позволяет им работать при более высоких напряжениях питания, чем стандартные семейства логических элементов.
Рисунок 1. Реализация логических схем «исключающее ИЛИ-НЕ» (а) и «исключающее ИЛИ»
(б) на дискретных компонентах позволяет им работать при более высоких
напряжениях питания, чем стандартные семейства логических элементов.

В этой статье представлен необычный метод выполнения функций «исключающее ИЛИ», использующий схему с двумя резисторами, четырьмя диодами и одним транзистором. В конфигурации с n-p-n транзистором схема работает как «исключающее ИЛИ-НЕ», а p-n-p транзистор дает «исключающее ИЛИ».

Рассмотрим схему на Рисунке 1а. Когда логические состояния входов A и B противоположны, напряжения высокого логического уровня за вычетом 1.2 В (падения напряжения на диодах) достаточно для прямого смещения перехода база-эмиттер. Транзистор включается, и напряжение логического нуля на его коллекторе равно приблизительно

0.6 В + VL + VCE,

где

VL – напряжение низкого логического уровня,
VCE – напряжение коллектор-эмиттер.

Если же логические состояния входов A и B одинаковы, транзистор открыться не может, поэтому напряжение на выходе Y равно напряжению источника питания.

Выбор в качестве коллекторной нагрузки резистора 6.8 кОм основан на необходимости управлять входами A и B с помощью стандартной ТТЛ или КМОП логики, но вы можете изменить его сопротивление в соответствии со своим приложением. Логические КМОП микросхемы семейства 4000 способны без проблем отдавать или принимать ток 1 мА при напряжении питания 5 В. Низкоскоростные микросхемы ТТЛ могут отдавать ток 0.4 мА (в состоянии «лог. 1») и принимать 8 мА (в состоянии «лог. 0». Выходного тока 0.4 мА достаточно для управления базой транзистора, но при логическом ноле на входах А или В через них проходит ток эмиттера, который вызывает больше беспокойства в связи с тем, что втекающий выходной ток КМОП микросхем ограничен значением 1 мА. Чтобы при общем токе 1 мА, и примерно 250 мкА, остающихся для выходной нагрузки, падение напряжение составляло порядка 5 В, необходимо выбрать резистор 6.8 кОм (0.75 мА × 6.8 кОм).

Далее рассмотрим конфигурацию «исключающее ИЛИ», в которой с логическим нулем на входах A или B связан ток базы, а с логической единицей – ток эмиттера. Напряжение «лог. 1» на выходе Y составляет

VH – 0.6 В – VCE,

(где VH – напряжение высокого логического уровня), а напряжение «лог. 0» равно примерно 0 В, но выходной ток ограничен коллекторным резистором.

Здесь проблема связана с выходным током логической единицы микросхем ТТЛ, который является током эмиттера транзистора. При выборе сопротивления коллекторного резистора, равном 10 кОм, падение напряжения на нем может достигать почти 4 В. Этого уровня было бы достаточно для управления КМОП нагрузками, но не ТТЛ, входам которых в состоянии логического нуля требуется ток не менее 0.4 мА. Резистор 10 кОм обеспечить такой ток не может. Однако, используя предыдущую конфигурацию «исключающее ИЛИ-НЕ» и другую конфигурацию транзисторного инвертора, можно получить работоспособную схему «исключающее ИЛИ» (Рисунок 1б). Таким образом, схема «исключающее ИЛИ» подходит только для случаев, когда входы A и B управляются уровнями КМОП/ТТЛ, а выход Y способен управлять только КМОП.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Perform the XOR/XNOR function with a diode bridge and a transistor

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Классно! Нет - просто и гениально