А.С. Белокопытов, К.С. Ржевкин, А.А. Белов, А.С. Логгинов, Ю.И. Кузнецов, И.В. Иванов - Основы радиофизики (1119801), страница 67
Текст из файла (страница 67)
10.9). Диод Шоттки образован струк- кт турой металл — полупроводник, в которой работа выхода электрона из металла больше, чем из полупроводника (гл. Гт). По сравнению с обычным р — и- переходом прямое падение напряжения на контакте Рис.10.9. ВключениелиолаШоттметалл — полупроводник на 30% меньше. Это свойство ки параллельно каллекторному педиода Шоттки при включении его в соответствии с рехолу транзистора (а), условное рис, 10.9 а позволяет исключить режим насыщения )гТ обозначение транзистора Шеттблагодаря шунтируюшему действию УР .
Комби- ки (б) нация УР и УТ называется транзистором Шоттки и имеет условное обозначение рис. 10.9б. Логические элементы, использующие транзисторы Шоггки, относят к серии ТТЛШ. Эта серия отличается более высоким быстродействием (частота переключения до 100 МГц у серии К 531) и умеренными затратами на переключение (порядка 60 пДж). Принцип построения логических элементов аналогичен принципу построения элементов ТТЛ. В настоящее время наибольшим быстродействием среди полупроводниковых ИС обладают элементы эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ), основанные на использовании кремниевых или арсения-галлиевых транзисторов, режим насыщения которых исключен самим принципом построения элементов.
Логические схемы ЭСЛ создают на основе дифференциальных интегральных усилителей, транзисторы которых переключают ток, заданный генератором и не превышающий ток насыщения транзисторов в плечах усилителя. Элемент 2ИЛИ серии ЭСЛ состоит (рис. 10.10а) из переключателя тока на транзисторах УТ„УТ, и УТ, и эмиттерных повторителей на транзисторах Ъ'Т, и УТ,.
Повторители уменьшают выходное сопротивление схемы, увеличивая ее нагрузочную способность и быстродействие. Величину переключаемого тока задает сопротивление А,. К базе УТ, постоянно приложено опорное напряжение У.„, лежащее между значениями высокого н низкого уровней. Опорное напряжение формирует схема, встроенная в логический элемент и не показанная на рисунке. Особенностью ИС ЭСЛ является отрицательное напряжение питания ( — 5,2 В).
Напряжение низкого уровня, снимаемое с выхода У(У), равное -1, 6 В, соответствует логическому нулю, а напряжение — О, 98 В— логической единице. В исходном состоянии транзистор УТз открыт благодаря источнику опорного напряжения У,„. Подача напряжения высокого уровня хотя бы на один нз входов Х,, Х, открывает транзистор УТ, или УТм так как напряжение на его базе становится по- 242 Глава 10. Введение в циф овую влектрони ложительным относительно базы РТ,. Протекающий через открытый транзистор ток формирует перепад напряжения отрицательной полярности, поступающий на выход У через эмиттерный повторитель на УТ,. В свою очередь РТ, закрывается, и на выходе УТ, формируется перепад напряжения положительной полярности, Таким образом, на выходе схемы формируется парафазный сигнал, что отражено на ее условном обозначении (рис.
10.10б). Так как логические уровни серии ЭСЛ соответствуют отрицательной области напряжений, они несовместимы с логическими уровнями серий ТТЛ и КМОП, рассматриваемых ниже. Применение элементов серии ЭСЛ в комбинации с элементами других серий возможно только при использовании устройств согласования уровней. Отечественная промышленность выпускает серии элементов ЭСЛ К 100, К 500, К 1500. Частота их переключения достигает 300 МГц, энергия, потребляемая при переключении, составляет около 30 пДж.
б) Рис. 10.10. Базовый элемент ИЛИ (ИЛИ-НЕ) семейства эмнггерно-связанной логики (а) и его условное обозначение (б) Наиболее экономичные (обладающие соответственно относительно низким быстродействием) схемы логики на комплементарных МОП транзисторах изготовлены по так называемой КМОП технологии. Комплементарной называют пару транзисторов с разными типами проводимости.
Лля КМОП серий (К 176, К 5б1, К 15б4) это подразумевает разный тип проводимости каналов полевых транзисторов, образующих базовые логические элементы. Рассмотрим структуру логического элемента ИЛИ-НЕ серии КМОП (рис. 10.11). Его основу составляют МОП транзисторы с индуцированным каналом р-типа (РТ„УТ,) и и-типа ()гТ„ УТ4). Если на входах Х, и Х, напряжение близко к нулю, то транзисторы РТ, и УТ, закрыты.
В Рис. 10.11. Логический элемент ИЛИ вЂ” транзисторах Ъ'Т, и УТз индуцируется проводя- НЕ серии КМОП ший канал, в результате чего напряжение на выходе схемы У становится близким к напряжению питания, что соответствует логической единице. Пусть на один из входов, например Х,, подан сигнал высокого уровня — 1. При этом УТ, закроется, РТ, откроется и соединит выход схемы с общей точкой, соответствующей нулевому потенциалу. На выходе элемента появится логический ноль, Тот же результат будет получен при подаче на оба входа логической единицы. Следовательно, представленная схема выполняет функцию элемента 2ИЛИ вЂ” НЕ.
Увеличение 10.3. Физические основы пост оения элементов циф ооой эле оники 243 числа входов элемента достигается одновременным увеличением числа последовательно соединенных транзисторов с каналом р-тнпа и параллельно соединенных транзисторов с каналом п-типа. Для получения элементов И вЂ” НЕ ~п транзисторы с каналом р-типа включают параллельно, а с каналом п-типа— последовательно грие. 10.12). При подаче на оба входа напряжения, близкого ! к нулю, Ъ'Т, и Ъ'Т, открыты и соединяют выход схемы с источником питания, что соответствует наличию в точ- У ке У логической единицы. Пусть на х, ~'~'3 вход Х, подан сигнал высокого уровня, а на Х, — логический ноль. При 2 этом ЪГТ, не изменит своего проводяше- ! го состояния, а Ъ Т, закроется. Наличие на Х, логической единицы переводит 4 УТ, в проводящее состояние, но Ъ'Т, остается закрытым, благодаря наличию на входе Х, логического нуля.
В резуль- Рнс. 10.12. Элемент И вЂ” НЕ серии КМОП тате состояние на выходе схемы, соответствующее логической единице, не изменится. Как нетрудно установить, оно сохранится и при подаче на Х, логического нуля, а на Х, — логической единицы. Только наличие на обоих входах напряжения высокого уровня вызовет появление на выходе схемы логического нуля, так как при этом и 1'Т„ и Ъ'Т„откроются и соединят выход схемы с обшей точкой. При последовательном включении элементов КМОП логики их быстродействие определяет процесс перезарядки входных емкостей транзисторов через сопротивления каналов. Типовые значения этих величин составляют соответственно 1О пФ и 1 кОм. Таким образом, частота переключения элементов КМОП имеет порядок десятка мегагерц. Несомненным достоинством этих элементов является практически нулевое потребление энергии в статическом режиме.
Однако в динамическом режиме, когда каналы транзисторов разных типов проводимосты поочередно перекрываются, возникают моменты, когда через схему течет сквозной ток, и энергопотребление возрастает до значений, характерных для серии ТТЛ. В силу технологических особенностей, связанных с наличием тонкого изолирующего слоя В10м разделяющего затвор и область индуцированного канала, КМОП элементы чувствительны к статическому электричеству. Во избежание их пробоя используют разнообразные приемы зашиты, в частности, входы элементов серии КМОП могут быть подключены через резисторы к общей точке схемы или к плюсовой шине источника питания. Интегральная технология изготовления базовых логических элементов существенно упрощается при замене входящих в них резисторов транзисторами, играющими роль сопротивлений, управляемых током. Серии КМОП логических элементов вообще не содержат внутренних резисторов.
Следует учесть, что сопротивление открытого МОП транзистора как минимум на порядок превышает сопротивление насыщенного биполярного транзистора. Поиск пугеи повышения быстродействия и технологичности изготовления цифровых устройств привел к созданию элементов интегральной инжекционной логики (И'Л). Для иллюстрации принципа действия элемента И'Л рассмотрим схему рис.
10.13 а. В ней транзистор Ъ'Т„управляемый внешним сигналом, переходя из закрытого состояния в насыщенное, перераспределяет ток, задаваемый резистором В„между собой и транзисторами ЪгТз и Ъ'Т,. При этом Ъ'Т, и УТ, заходят в режим насыщения. В качестве генератора тока можно использовать транзистор, включенный по схеме с об- Глава 10. Введение в ци ров ю влект ни щей базой, а транзисторы УТ, и )гТ, заменить двухколлекторным транзистором.
Тогда схема рис. 10.13 а может быть преобразована к виду рис. 10.13б. Ъ'Т, выполняет роль инжектора тока для УТ, и управляется по входу Х. Элементы И'Л сохраняют работоспособность при токах инжектора от 1О ' А до 1 мА. Повышенный ток инжектора увеличивает быстродействие схемы, снижая ее экономичность. Соединив два однотипных каскада рис. 10.13 б выходами У, получим универсальный логический элемент ИЛИ— НЕ, выполняющий функцию У = Х, + Х, и обладающий повышенной нагрузочной способностью.
б) Рнс. 10,13, Элемент инжекционной логики (И') (а); универсальный элемент ИЛИ вЂ” НЕ (б) Завершая рассмотрение базовых элементов цифровой электроники, отметим, что ИС многих из упомянутых серий выпускаются с так называемым открытым выходом или коллектором. Это означает отсутствие нагрузочного резистора в выходном каскаде. Он должен бгять установлен при разработке цифрового устройства с учетом его специфики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
