Comprensión de los valores de resistencia en TTL NOT Gate

Question

He estado aprendiendo electrónica y uno de los enfoques que estoy adoptando es ser capaz de describir el propósito de cada elemento de la puerta TTL NOT estándar:

Laboratorio de circuitos TTL NOT Gate

En este punto entiendo el propósito de cada uno de los transistores, el diodo, y cómo la resistencia de 130 ohmios soporta el fanout deseado. Todavía estoy tratando de entender las otras resistencias. Así que para los 4 k R1, 1,6 k R2, y 1 k R4, estoy tratando de entender por qué estos valores (frente a, digamos, 5 k, 2 k, y 1,6 k, respectivamente, por ejemplo).

Así que tengo dos preguntas concretas:

1. ¿Por qué elegirías esos valores específicos de resistencia (si estuvieras diseñando este circuito)?

2. Si los valores se eligen para apoyar especificaciones (por ejemplo, una determinada cantidad de corriente de sumidero en la entrada), ¿por qué sería deseable esa especificación en primer lugar?

Se agradecerá cualquier ayuda. Gracias.

Answer 1

Lo primero que tienes que hacer es darte cuenta de que esto es un "circuito equivalente", y no necesariamente un esquema de fabricación. Teniendo eso en cuenta, algunas cosas son bastante sencillas.

R1 limita la corriente necesaria para llevar la entrada a masa. En este punto, la corriente de base será de aproximadamente 1 mA. ((5 - 0.6)/4k). Vale la pena señalar que la corriente mínima de entrada baja se especificó en 1,6 mA, lo que implica una corriente de colector del orden de 0,6 mA, por lo que Q1 estaba siendo impulsado con bastante fuerza.

R3 limita la corriente que fluirá si la salida es conducida alta pero conectada a tierra. Se escala para tener en cuenta el rendimiento térmico de Q3 en estas circunstancias, lo que permite una salida a tierra para no matar el IC.

R2 proporciona corriente de base a Q4 cuando la salida es baja. Se ajusta teniendo en cuenta el rendimiento de Q4. Por un lado, tiene que ser lo más bajo posible para proporcionar la máxima velocidad de conmutación, pero por otro tiene que hacer frente a las limitaciones de Q2 y Q4, que deben ser lo más pequeños posible para que el chip IC sea lo más pequeño posible. Se necesita un chip pequeño para aumentar el rendimiento, ya que los primeros procesos de transistores tenían una tasa de defectos muy alta, y un defecto inutilizaría la puerta (y la haría invendible).

También proporciona un impulso de base a Q3 cuando la salida es alta. En realidad, esto no funciona muy bien, dadas las limitaciones de la topología, y las puertas TTL tienen una capacidad mucho menor para generar corriente que para absorberla.

Teniendo en cuenta R2 y Q4, R3 se elige para proporcionar un nivel razonable de bloqueo para Q4 cuando la salida es alta, ya que no quieres corrientes de fuga para encender Q4. Es probablemente el valor menos crítico de las cuatro resistencias.

Answer 2

Observe la incertidumbre de temporización causada por el ruido térmico, cuando la entrada pasa a alto.

El pullup en la base de Q1 es de 4K oohm, o aproximadamente 1mA.

Esa corriente eventualmente fluirá hacia la base de Q2, y comenzará a encender Q2.

Cuando Q2 se apaga, su colector empieza a bajar de +5. Habrá un cierto efecto Miller, donde un pequeño cambio de voltaje base-emisor causará un gran cambio de voltaje de colector, y el cambio a través de Ccb robará muchos carga creando una meseta en Vbase. El estancamiento de Vbase hace que el circuito sea muy vulnerable al ruido aleatorio térmico interno, y Jitter se degrada.

Este circuito es TTL estándar.

La familia schottky de baja potencia LPSTTL, que utiliza resistencias base de entrada de 40.000 ohmios y transistores de nueva generación (más rápidos), por lo tanto con mayor ancho de banda de ruido, tiene uno de los peores jitter que he visto.