Навигация
Логические элементы на основе полевых транзисторов
48653
знака
11
таблиц
0
изображений
3.3. Логические элементы на основе полевых транзисторов
3.3.1. МОП-транзисторная логика на ключах одного типа проводимости
Одним из основных достоинств полевых транзисторов с изолирован- ным затвором (МОП-транзисторов) по сравнению с биполярным является более высокая технологичность и возможность изготовления на одной под-ложке большого числа приборов с идентичными параметрами. Кроме того, полевые транзисторы имеют очень высокое входное сопротивление и практически не потребляют мощности по входной (затворной) цепи.
Если логические элементы на базе полевых транзисторов выполнены по интегральной технологии, то в качестве нагрузки ключевого транзистора с точки зрения упрощения технологии оказывается более выгодным исполь-зовать не резистор, а второй МОП-транзистор, у которого затвор и исток замкнуты.
Транзисторы пМОП-типа являются в 2-3 раза более быстродействую-щими по сравнению с транзисторами рМОП-типа и требуют меньшей пло-щади полупроводниковой поверхности, существенно более экономичны и поэтому часто используются в микромощных БИС.
На рис. 8 представлен инвертор на МОП-транзисторах с п-каналом и использованным затвором. Нагрузкой инвертора в этой схеме служит тран-зистор VT1, затвор которого соединен с источником положительного напря-
Рис. 8
жения. Поскольку вольт-амперная характеристика транзисторов нелинейна, то и выходное сопротивление при переключении изменяется нелинейно. По этой причине данная схема получила название ключа с нелинейной нагрузкой.
Транзистор VT2 называется активным (управляющим). При низком входном потенциале (логический ''0'' на входе) транзистор VT2 закрыт, ток
-9 -10
стока IС=10 – 10 А и менее, VВЫХ » EК (логическая ''1'' на выходе).
Когда на входе высокий потенциал (логическая ''1'' на входе), транзис-тор VT2 отпирается, сопротивление канала резко падает и VВЫХ » 0 (логичес-кий ''0'' на выходе). Таким образом, в результате переключения транзистора выходное напряжение изменяется от EК до 0, т.е. схема реализует логичес-кую функцию НЕ.
3.3.2. МОП-транзисторная логика на комплиментарных транзисторах
(КМОП-логика)
В основу построения данной логики положен комплиментарный
транзисторный ключ, состоящий из последовательно соединенных полевых транзисторов с разным типом проводимости канала (рис. 9). В такой схеме коммутируются оба транзистора одновременно, так как затворы их соедине-ны, т.е. на оба затвора поступает управляющий сигнал.
Рис. 9
При низком уровне входного сигнала открыт транзистор VT2 с р-каналом, а транзистор VT1 с п-каналом закрыт. При этом выходное напряже- ние снимаемое со стоков обоих транзисторов, примерно равно ЕО.
При высоком уровне входного сигнала открыт транзистор VT1, а тран- зистор VT2 закрыт, т.е. выходное напряжение близко к нулю. Схема реали-зует логическую функцию НЕ.
Основным достоинством этой схемы по сравнению с предыдущей является то, что в статическом состоянии один из транзисторов всегда зак-рыт, и поэтому мощность, потребляемая от источника питания, очень мала. Расход мощности источника питания происходит только при переключении транзисторов и определяется в основном процессами перезаряда паразитных емкостей.
Недостатки схем на комплиментарных транзисторах – большое число элементов в логических схемах, усложнение технологии их изготовления, что приводит к увеличению площади кристалла и стоимости изготовления по сравнению с интегральными схемами на однородных МОП-транзисторах.
3.4. Эмитеррно-связанная логика (ЭСЛ)
В логических элементах ЭСЛ в качестве ключа применяют транзисторные переключатели тока, производящие переключение тока от одной нагрузки к другой (рис. 10).
Рис. 10
Принцип работы переключателя тока аналогичен принципу работы дифференциального усилительного каскада в режиме ограничения амплиту-ды выходного сигнала. На базу транзистора VT2 дифференциального усили-теля подается напряжение смещение ЕСМ, а а переключение тока IО генерато-ра тока с транзистора VT1 на транзистор VT2 происходит за счет подачи на базу транзистора VT1 управляющего сигнала от внешнего источника. Для надежного переключения транзисторов достаточно изменения уровня вход-ного управляющего сигнала примерно на 0,5 ¸ 0,6 В.
Глубокая отрицательная обратная связь по току в схеме дифферен-циального каскада обусловливает то обстоятельство, что коллекторный ток каждого из транзисторов не может превысить ток генератора тока в эмиттер-ной цепи транзисторов. Выбором элементов схемы можно добиться выпол-нения условия IО < IК.НАС, поэтому транзисторы не переходят в режим насыще-ния и при переключении остаются в активном режиме. Эта особенность в сочетании с хорошими частотными свойствами транзисторов и самой схемы переключателей тока определяет ее высокое быстродействие. Время переключения таких схем может быть порядка нескольких наносекунд.
Связь между транзисторами в переключателе тока осуществляется через генератор тока, включенный в неразветвленную цепь эмиттеров транзисторов. Это обстоятельство обуславливает название логических элементов, построенных на рассмотренном типе ключа, – эмитеррно-связанная логика.
Рассматриваемая схема имеет два выхода: F1 и F2. На выходе F2 фик-сируется результат операции эквивалентности F2 = x, а на выходе F1 – опера-ции НЕ F1 = x.
Когда на логическом входе действует напряжение логической едини-цы (x = 1), транзистор VT1 открывается, а VT2 – запирается. При этом на логическом выходе F2 имеем логическую единицу (F2 =1), а на выходе F1 – логический ноль (F1 =0).
Если напряжение на входе элемента становится равным напряжению логического ноля (x=0), транзистор VT1 закрывается, а транзистор VT2 открывается. В этом случае на логическом выходе F1 имеем логическую единицу (F1 =1), а на логическом выходе F2 – логический ноль (F2 =0).
Похожие работы
... электротехнических и электронных устройств, в которых используется явление резонанса напряжения. Литература 1. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. - М.: Высшая школа, 1984, с.53 - 58. 2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.73 - 77. Лабораторная работа №5 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Цель работы. Ознакомление с методом повышения ...
... и электрические измерения * * * 4.2. Содержание разделов дисциплины Введение Электрическая энергия, особенности ее производства, распределения и области применения. Роль электротехники и электроники в развитии автоматизации производственных процессов и систем управления. Значение электротехнической подготовки для бакалавров и инженеров неэлектротехнических направлений. Связь со ...
ния и тока Uнср Iн ср. 2. Среднюю мощность нагрузочного устройства Рн ср. 3. Амплитуду основной гармоники выпрямленного напряжения U ОСН m. 4. Коэффициент пульсаций р выпрямленного напряжения. 5. Действующее значение тока нагрузки I. 6. Полную мощность S источника питания. 7. Активную мощность Р в сопротивлении нагрузки. 8. Коэффициент мощности выпрямителя. Дано: U=40 В, ...
... Теоретические основы электротехники. Изд. 4-е, перераб. и доп. Учебник для энергетич. и электротехнич. специальностей техникумов. М. «Высш. Школа», 1975. 496 с. с ил.3. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники Уч. Пособие для студентов неэлектрических специальностей, средн. специальных уч. Заведений изд. 3-е.-М.: «Высш. Школа», 1998. 752 с. ил.4. Китунович Ф.Г. ...
0 комментариев