INVERTITORE RESISTOR-TRANSISTOR LOGIC (RTL)

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1 INERTITORE RESISTOR-TRANSISTOR LOGIC (RTL) FIG. 1. Resistor-Transistor Logic (RTL) inverter. ediamo un esempio di realizzazione di un invertitore (Figura 1). Assumiamo inizialmente che il fan-out dell inverter sia zero e usiamo per il transistor BJT un modello a soglia. Proponiamoci di determinare la caratteristica di trasferimento statica. In un transistor BJT è possibile identificare tre regione di funzionamento: Regione di cut-off: in on. Il transistor Q 1 rimane nella regione di cut-off finché in = on. La corrente di collettore I C è nulla e l uscita coincide, nel caso di fan-out nullo, con la tensione di alimentazione CC e dunque out = OH = CC = 5 IL = on = 0.7 Regione di attiva: in on. 1

2 2 Corso di Circuiti Elettronici Digitali LA I B = in on, I C = β F I B, out = CC β F I B R C = CC β F R C ( in on ) La tensione di uscita out decresce linearmente all aumentare di in finché il transistor rimane nella regione attiva. Aumentando ulteriormente la corrente di base I B, il transistor raggiunge la Regione di urazione: = La tensione che è neccessario applicare all ingresso per mandare il transistor in urazione la si può calcolare nel modo seguente. Quando Q 1 è sul bordo della urazione I C = CC R C ma è anche sul bordo della regione attiva diretta segue che I B = in in = I B + = ( = 10KΩ 1KΩ 70 CC R C β ) F = = out = OH = Riassumendo In Figura 2 è rappresentata la caratteristica dell invertitore RTL. IL IH OL OH on in CC

3 Corso di Circuiti Elettronici Digitali LA 3 NM H = OH - IH NM L = OL - IL SW = OH - OL out OH = CC in soglia logica Regione Attiva OL= on IL = Cutoff IH = in Saturazione in FIG. 2. Caratteristica di uscita statica dell invertitore RTL. POTENZA STATICA DISSIPATA La potenza statica dissipata P d si calcola mediante l espressione P d = IN I B + DD I C Dato che la corrente di base è tipicamente piccola rispetto a quella di collettore, la dissipazione di potenza dovuta a I B può essere trascurabile. Nel caso di uscita a livello logico alto, essendo nulla la corrente di collettore, nel resistore R C non passa corrente e dunque la potenza statica è nulla P H d = 0 Nel caso di uscita bassa, ovvero out = ce = 0.1, la corrente richiesta al generatore CC è pari a I C = DD = R C 1KΩ per cui la potenza statica dissipata è pari a: P L d = DD I C = 24.5 mw = 4.9 ma

4 4 Corso di Circuiti Elettronici Digitali LA EFFETTO DEL FAN-OUT SULL INERTITORE RTL FIG. 3. Rete logica con FA = 1 Il Fan-Out indica il numero massimo di circuiti di carico del medesimo tipo che è possibile collegare all uscita di porta logica. Per un fan-out nullo si è ottenuto che OH = 5 NM H = 3.5 ediamo ora qual è l effetto del fan-out su OH. Il transistor Q 2 lavora nella regione di urazione, per cui (Q 2 )=, e dunque OH = + ( CC ) = + R C 10KΩ = (5 0.8) = 4.6 1KΩ + 10KΩ L applicazione di un gate all uscita ha provocato una riduzione della tensione di uscita da 5 a 4.6 e quindi NM H = OH IH = = 3.1 Supponiamo ora di collegare due porte logiche in uscita. In questo caso l espressione della corrente di base I B (si veda la Figura 4) è I B = DD R C + /2 mentre l espressione della tensione di uscita del primo inverter è data da: OH = + ( CC /2 + R ) = 4.3 C In questo caso il Margine di Immunità ai disturbi alto (NMH) si è ridotto a

5 Corso di Circuiti Elettronici Digitali LA 5 FIG. 4. Rete logica con FA = 2 NM H = OH IH = = 2.8 Riassumendo: FA=0 FA=1 FA=2 OH MH H Il numero massimo N di porte logiche che è possibile collegare in uscita si ha quando il margine di immunità NM H = 0 e quindi OH = IH Quando Q 1 è spento e sono presenti N gate in uscita, si ha il parallelo delle resistenze di base (si veda la figura 5 e quindi si ha + /N CC = CC /N + R C R C Risolvendo in N si trova β F CC N β F CC R C N = 50

6 6 Corso di Circuiti Elettronici Digitali LA FIG. 5. Rete logica con FA = N 5 N = 0 N = 1 N = 2 4 OUT () IN () FIG. 6. Caratteristica statica con Fan Out non nullo. La figura 6 mostra l andamento della caratteristica statica in funzione del Fan-out.

7 Corso di Circuiti Elettronici Digitali LA 7 ESERCIZIO Che funzione realizza il circuito in figura 7? FIG. 7. i1 i2 out L L H L H L H L L H K L