Примеры решения задач

Пример 1. В схеме ТТЛ 2И-НЕ со сложным инвертором (рис. 2) R ₁ = 4 кОм; R ₂ = 1,5 кОм; R ₃ = 1 кОм; R ₄ = 100 Ом; коэффициент передачи тока транзисторов h _21э = 40. Входные сигналы отвечают высокому уровню напряжения U _вх1 = U _вх2 = 3 В. Напряжение питания U _п = 5 В. Нагрузкой схемы служат 8 таких же элементов, соединенных параллельно. Определить коэффициент насыщения выходного транзистора VT3. Считать, что для открытого транзистора U _бэ = 0,7 В, U _{кэ нас} = 0,2 В.

Решение.

Так как напряжение на эмиттерах транзистора VT1 равно 3 В, а на его базе не больше, чем 2,1 В (максимальное напряжение на трех открытых переходах), то эмиттерные переходы VT1 закрыты. Поэтому транзистор VT1 работает в инверсном режиме. Ток I ₁, проходящий через R ₁ от U _п, проходит через коллекторный переход в базу транзистора VT2, т. е.

I ₁ = I _к1 = I _б2. (31)

Транзистор VT2 переходит в насыщение. Следом в насыщение переходит транзистор VT3. Его базовый ток – это ток эмиттера VT2 за вычетом тока через резистор R ₃, т. е.

I _б3 = I _э2 – I ₃, (32)

или

I _б3 = I _б2 + I _к2 – I ₃. (33)

С учетом (31)

I _б3 = I ₁ + I _к2 – I ₃. (34)

При вычислении тока I _к2 учтем, что он равен току I ₂ через резистор R ₂, поскольку транзистор VT4 закрыт и базовый ток I _б4 равен нулю. Тогда

I _б3 = I ₁ + I ₂ – I ₃. (35)

Если принять, что потенциал U _б1 = 2,1 В, U _б3 = U _э2 = 0,7 В, U _к2 = U _э2 + U _кэ.нас = 0,9 В. Тогда I ₁ = 0,725 мА; I ₂ = 2,733 мА; I ₃ = 0,7 мА и I _б3 = 0,725 + 2,733 – 0,7 = 2,76 мА.

Коэффициент насыщения транзистора VT3 определяется по формуле

(36)

где ‑ минимальный базовый ток при котором транзистор переходит в насыщение,

Таким образом, для определения коэффициента насыщения транзистора VT3 нужно знать коллекторный ток транзистора VT3 I _К3. Так как транзистор VT4 и диод VD закрыты, ток в коллектор VT3 течет только из восьми нагрузок, подключенных параллельно:

I _К3 = 8× I _{н i}.

Для определения тока нагрузок I _{н i} учтем, что вход каждого нагрузочного элемента подключен к выходу данного элемента, т. е. на входе каждой нагрузки U _{вх. i} = 0,2 В. Тогда ток

I _К3 = 8×1,025 = 8,2 мА.

Пример 2. Сопротивление транзисторов (рис. 5) в открытом состоянии составляет 200 Ом, в закрытом – 40 кОм. Определить потенциал на выходе инвертора и ток через нагрузку, если нагрузка сопротивлением 400 Ом подключена между выходом элемента и клеммой U _п; U _п = 5 В. Напряжение на входе соответствует уровню логического нуля, т. е. X = 0.

Рисунок 5. Схема подключения нагрузки к инвертору

 

Решение.

По первому правилу Кирхгофа

I ₁ = I ₂ + I _н. (37)

Это уравнение можно представить в виде:

(38)

где R ₁ – сопротивление транзистора Т1, R ₂ – сопротивление транзистора Т2.

Если напряжение на входе соответствует уровню логического нуля, то транзистор Т2 открыт, его сопротивление равно R ₂ = 200 Ом, транзистор Т1 закрыт, его сопротивление равно R ₁ = 40 кОм. Выходное напряжение соответствует высокому уровню логической единицы . Это напряжение получим из (38):

Соответствующий этому напряжению ток нагрузки равен

мА. (39)