Как сделать логические вентили на кт315?

Question

[Filipp42]

Здравствуйте!
Решил своими руками сделать логический конструктор, в качестве транзисторов выбрал кт315. Скажите пожалуйста, как можно сделать из них логические вентили?
В первую очередь меня волнует расчёт резисторов. Как рассчитать их так, чтобы не спалить транзисторы и так, чтобы множество вентилей можно было соединять друг с другом.
Кроме того, не подскажите ли, какие диоды лучше всего подойдут?
И ещё, правильно ли я выбрал транзистор, не взять ли мощнее? Или взять комплиментарный?
Заранее спасибо!

Comments

[VT100]

Модно скопировать схему из "букваря". Например - В. Л. Шило, "Популярные цифровые микросхемы".

[VT100]

Можно скопировать схему из "букваря". Например - В. Л. Шило, "Популярные цифровые микросхемы".

[Filipp42]

VT100, Спасибо!

Answer 1

[Владимир Куц]

А в чем проблема? Гуглите "ключевой режим транзистора" и рассчитываете параметры.
Вот ссылка к примеру
Единственно я бы еще кривую допустимой рассеиваемой мощности на ВАХ добавил

Кроме того, не подскажите ли, какие диоды лучше всего подойдут?

Те, у которых скорость переключения побольше - сигнальные диоды, либо шоттки к примеру...
А вообще - нужно подробнее ТЗ формулировать... - скорость переключения, токи, сложность и надежность - все это на подбор будет параметров сильно влиять...

Comments

[Filipp42]

Ну напряжение - вольт 5 где-то. Скорость переключения прям огромная не нужна, мне ведь в первую очередь как учебное пособие для алгебры логики.

[pfg21]

Filipp42, возьми лучше любой учебник по ТТЛ логике и строй схемы оттуда.

[atereffigies]

Filipp42, я бы вам предложил использовать уже готовые логические элементы, а не мучиться с построением логики на транзисторах.

[Filipp42]

atereffigies, А мне нужен пример построения абстракций, потому я и хочу спаять сам.

[atereffigies]

Filipp42, что, простите? Каких абстракций?)

[Filipp42]

atereffigies, Ну, всякий язык программирования, учит SICP, зиждется на трёх столпах:
1) Базовые конструкции
2) Средства комбинации базовых конструкций
3) Средства абстрагирования, которые позволяют работать со сложными объектами как с простыми
Радиотехнический конструктор очень хорошо может помочь продемонстрировать этот принцип:
1) Базовые конструкции - детальки
2) Средства комбинации - пайка, скрутка и т.п.
3) Средства абстрагирования - коробочка, в которую мы положили конструкцию и из которой вывели разъёмы
Вот такой пример я и хочу привести.

[atereffigies]

Filipp42, лучше, конечно, понимать, как работает транзистор.
Ну да ладно.
Я мог бы долго расписать и объяснять работу транзистора, но лучше сделайте так: https://tinyurl.com/293acbmr
Заодно можете изучить в симуляторе самомтоятельно, как оно работает. Там на вкладке "схемы", можно перейти в "логические семейства" и посомтреть, как делаются простейшие вентили в различных семействах логики.
Я практически уверен, что с кт315 даже номиналы резисторов менять не придётся.

[Filipp42]

atereffigies, Мне главное не спалить! А с транзисторами я несколько знаком, увлекался радиотехникой лет пять назад.

[atereffigies]

Filipp42, если бы вы понимали принцип его работы, то не стали бы задавать такой вопрос))
В такой схеме транзистору точно бояться нечего, если вы её питаете от 5 В. Я же сказал -- соберите, и оно должно работать.

[Filipp42]

atereffigies, Скажите пожалуйста, а почему все схемы инвертируют выходной сигнал? Почему нельзя сразу подключить эмиттер к выходу? Можно спалить?

[atereffigies]

Filipp42, плата за то, что pn-переход открывается -- это падение напряжения на нём. Падение напряжения на переходе база-эмиттер -- около 0,6 В, как и на любом другом. А теперь посмотрите, что будет на выходе каждого каскада при последовательном подключении трёх таких вентилей, если сигнал снимать с эмитера: https://tinyurl.com/2484aujj
Как видите, напряжение на выходе каждого последующего на 0,6 В меньше, чем на выходе предыдущиего. Далеко с такой "логикой" не уедешь.
Самое оптимальное решение -- делать выходные каскады с общим эмиттером, которые являются простейшими инверторами.
Более того, вы получаете таким образом вентили и-не и или-не, которые позволяют реализовать любую логическую функцию вообще. Отчего логические схемы сводят к одному базису для реализации СДНФ или СКНФ.
Ну это так, навскидку, что могу скзать. Если углубляться, то возможно есть еще куча разных причин, почему так.

[Filipp42]

atereffigies, Элементы И-НЕ и ИЛИ-НЕ удобнее для построения схем?

[Filipp42]

atereffigies, И ещё, скажите пожалуйста, а какую логику выбрать: РТЛ или ТТЛ? С какой проще работать?

[atereffigies]

Filipp42, в базисах И-НЕ или ИЛИ-НЕ можно реализовать любую логическую функцию.
Т. е. имея набор микросхем И-НЕ можно сделать всё что угодно в рамках цифровой схемотехники, точно так же и на ИЛИ-НЕ.

РТЛ и ТТЛ практически идентичны. Проще работать, как я уже сказал, с готовыми микросхемами)
В качестве "учебного" стенда имеет смысл сделать простые ТТЛ вентили на транзисторах.

[Filipp42]

atereffigies, Спасибо!

[atereffigies]

Filipp42, пожалуйста)

Answer 2

[Виктор]

Ответ на вопрос из заголовка - на этой картинке:

Далее необходимый комментарий. Логических функций существует бесконечное множество, и все они могут быть осуществлены с использованием только элементов И-НЕ или ИЛИ-НЕ (кажется, это называется функциональной полнотой). Чтобы сделать такой логический элемент, вам достаточно двух КТ315. Чтобы сделать из ИЛИ-НЕ элемент ИЛИ, придётся добавить третий КТ315 (элемент НЕ). Чтобы увеличить количество входов, надо просто запараллелить транзистров больше, чем два.
И т.д.
В стародавние 50-е годы именно этим способом строились первые транзисторные ЭВМ. Триггеры, регистры, сумматоры, память - всё было сделано на транзисторах по принципу примерно такому же, как на вышеприведённой картинке. Но конечно, не на КТ315 (они появились позже).

Comments

[Filipp42]

Спасибо!
Довольно большую часть сказанного вами я знаю. Меня волнуют в первую очередь номиналы резисторов, как не спалить транзистор? Я для реализации выбрал ТТЛ.
Заранее спасибо

[Виктор]

Filipp42,

Я для реализации выбрал ТТЛ.

Если выбраны ТТЛ, (что с точки зрения простоты реализации - правильно) то КТ315 вы послали подальше, я верно понял? Тогда мой ответ вам не подходит. Но непонятно другое - то ли вы решили взять готовые микросхемы ТТЛ, то ли имитировать их внутреннюю структуру на дискретных транзисторах, т.е. на тех же КТ315, а потом из этих имитаций собирать вашу логику. Второе сложнее в 100...1000 раз, и имеет смысл, на мой взгляд, только в спортивных целях. К тому же, не всё поддаётся имитации дискретными (например, многоэмиттерный транзистор).

Меня волнуют в первую очередь номиналы резисторов, как не спалить транзистор?

Номиналами резисторов имеет смысл интересоваться, только если вы применяете дискретные транзисторы. Внутри микросхем ТТЛ всё давно разложено по полочкам и расписано. Если там что-то и можно спалить, то только внешним воздействием.
Когда вы вернётесь к КТ315, можно обсудить и номиналы.

[Filipp42]

А почему не подойдут кт315?
Собираюсь сделать нечто вроде этого:
https://www.youtube.com/watch?v=LyUMJrJ09G8&list=P...

[atereffigies]

Виктор, для ТТЛ вовсе необязательно использовать многоэммитерный транзистор. Многоэммитерные транзисторы в интегральных микросхемах используют скорее для того, чтобы сэкономить место, т. к. вместо двух и более полноценных транзисторов вам надо поставить один, у которого будет одна база, один коллектор и несколько эммитеров.

[atereffigies]

Filipp42,

Собираюсь сделать нечто вроде этого

Лучше сделайте по той схеме, что я вам показывал в симуляторе. Да, на двухводовой элемент надо три транзистора, зато это будет полноценный ТТЛ-элемент.

[Виктор]

Filipp42,

А почему не подойдут кт315?

Я не утверждал, что они не подойдут. Они вполне подойдут, вот только для чего? Вы ведь вроде собрались перейти на ТТЛ. В классических микросхемах ТТЛ (это серии К155 и 133) нет никаких КТ315. Эти транзисторы вам понадобятся тогда, когда вы задумаете сделать точную имитацию, например, логического элемента К155ЛА3 из серии К155. Точной копии вы не получите, поскольку из КТ315 не удастся имитировать входной многоэмиттерный транзистор. Но об этом я уже упоминал, и зря вы это не прочитали (или не поняли). Я подозреваю, что вы всё ещё не ознакомились со схемотехникой логических элементов ТТЛ. Это совсем не то, что на картинке в моём ответе.

Собираюсь сделать нечто вроде этого:

Просмотрел и не увидел там ничего про ТТЛ, так что ваша ссылка мне непонятна. В дальнейшем прошу поберечь моё время и не подсовывать видео длиной 8 минут, когда вся суть укладывается в 4 секунды голосом или в пару строчек текста.
atereffigies,

для ТТЛ вовсе необязательно использовать многоэммитерный транзистор. Многоэммитерные транзисторы в интегральных микросхемах используют скорее для того, чтобы сэкономить место

Я учился по классическим книжкам В. Шило, и в них нет ни слова про экономию места. Там написано, что многоэмиттерный транзистор на входе логического элемента возник как естественная, прям-таки напрашивающаяся замена диодам при апгрейде ДТЛ до ТТЛ.

[atereffigies]

Виктор, и где противоречие?
Многоэмиттерный транзистор заменяет собой транзисторы, чьи коллекторы и базы соединены. В ТТЛ-вентиле можно применить обычные транзисторы, соединив базы и коллекторы. Только в этом нет смысла, если речь идёт про микросхему, где лучше использовать многоэмиттерный транзистор.

[Filipp42]

Виктор, Я собираюсь сделать на дискретных элементах подобный конструктор по схеме ТТЛ.

[Виктор]

Filipp42, хорошо, но поскольку ранее у нас наблюдалось недопонимание, давайте устаканим, что мы понимаем под ТТЛ. Я под этой аббревиатурой понимаю логические элементы транзисторно-транзисторной логики, выполненные вот по такой схеме (для определённости возьмём 2И-НЕ, т.е. К155ЛА3):

Вы соглашаетесь с этим? Или у вас были какие-то другие представления, что такое ТТЛ?
Пошли дальше. Эту схему действительно нетрудно повторить на дискретных транзисторах, конкретно на КТ315, за исключением входного многоэмиттерного транзистора. Его придётся имитировать диодами, примерно вот как здесь на картинке Б:

Теперь о том, о чём вы в тексте своего вопроса беспокоились больше всего - о номиналах резисторов. На картинке ниже показаны реальные схемы ТТЛ-этементов трёх разных серий. Хорошо видно, что номиналы отличаются. В чём тут фишка? Сейчас объясню.

От номиналов резисторов зависит ток потребления, а от него - быстродействие и нагрев. Чем больше тока жрёт элемент, тем быстрее внутри него при переключении перезаряжаются всякие паразитные ёмкости, но пропорционально растёт температура кристалла. Поэтому при выборе режимов этих транзисторов приходится находить компромисс. Вот для этого и разработали три разные ТТЛ-серии. Серия К155 - средняя по быстродействию и энергоэкономичности, её схема с номиналами показана на картинке Б. Менее экономичная, но более скоростная серия - К131, схема её элементов на картинке А. И наконец, особо экономичная, но самая медленная - серия К158, схема элемента на картинке В. Логические уровни нуля и едницы у всех серий совпадают.
Теперь у вас есть всё для воплощения вашего замысла. Выберите, какую серию вы будете имитировать, и дерзайте.

[Filipp42]

Вот схема, которую я хочу реализовать:
falstad.com/circuit/circuitjs.html?ctz=CQAgjCAMB0l...

[Виктор]

Filipp42, это так называемая "простая" реализация ТТЛ-схемотехники. У неё куча недостатков, главный из которых - огромная разница в скоростях перехода 1->0 и 0->1. Ноль на выходе получается открыванием выходного транзистора, сопротивление которого в открытом состоянии - единицы, а то и доли ома, поэтому он получается моментально. А вот единица обеспечивается только нагрузочным резистором, сопротивление которого на несколько порядков больше, поэтому переход в состояние единицы сильно затягивается. Понятное дело, разработчики кристаллов логики не могли такое долго терпеть, поэтому "простая" схемотехника почти нигде не использовалась, и её практически сразу заменили на ту, которая нынче общепринята (см. мои картинки).
Но в чисто учебных целях годится и "простая".

[atereffigies]

Filipp42, вы бы уже давно собрали и посмотрели, как оно работает)
КТ315 - не тот элемент, который стоило бы жалеть. К тому же, в Китае можно купить штук 100 аналогичных транзисторов за 50 рублей)
То же самое и с ТТЛ-микросхемами -- они сейчас нафиг никому почти не нужны и стоят копейки.