Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи (1987) (1142057), страница 34
Текст из файла (страница 34)
1 Напряжение на входе ИЛЭ (точка А) имеет высокий уровень У, значение которого равно падению напряжения на открытом эмиттерном переходе транзистора Т, и составляет 0,6-0,8 В. Таблица 9А по и ет!и [81/(81 — 1)). (9.2а) Логические уровни где Я, — степень насыщение и-р-и-транзистора; (9.2б) где Гто = у~ 1 — напряжение из прямссмещевном переходе база — змиттер ппмз-транзистора. ге = (г ° пе Пйом.ат = о т)по1 Помехоус- тойчивость (9.3з) (9.3б) уйомот = пуи~1 ).
8,). (9.3в) Обычно р-и-р-транзистор Те имеет так называемую горизонтальную структуру и невысокий коэффициент усиления тока (и = 0,2 —: 0,3). Однако в некоторых новых разработках транзистор Те вьпюлнен с вертикальной структурой, благодаря чему величина и увеличена до 0,8. Транзистор' Т, имеет вертикальную обращенную структуру. Значения нормального коэффициента усиления тока )) составляют 2-20 (221.
Типовой элемент ИзЛ представляет собой многовыходной ннвертор (рис. 9.10„выходы А). Путем соединения выходов различных инверторов можно реализовать логическую функцию И. Поскольку в схемах И'Л эта функция вьпюлняется монтажным соединением выходов, она называется «монтажное Из. Так как логический базис И вЂ” НЕ является функционально полным, то, используя элементы И Л с монтажным соединением выходов, можно реализовать любую логическую Функцию. Приближенные соотношения для определения основных параметров элемента И"Л даны в табл.
9.1 (12, 221. Продолэкеиие табл. 9.1 Входные токи 1э и (9.4а) где а — коэф$нцяент передачи тока р-и-л-тракэнстора,и„ вЂ” количество коллекторовр-и-р-транзистора; 1Д„ж О. Ксээээ ~ ))яка/~як» К' и сс. (9.5а) Коэ4фнцневт Разветвления (9. 5б) Потребляе- мая мощность г= Е1э, (9.6) эхе. э и иэ С (1* п)и Валерика пе- реключення еьеяеть еэлр„э — 0,5(е~ э+ге э) (9.76) (9.7в) Чтобы получить иа выходе ннзкое значение потенциала (1 = (1о, требуетса обеспечить выполнение условия насыщения транзистора Т,: Я,= >Я дя ()1ья (9,8) 1, где 3 — степень насыщения.
Коллекторный ток 1„„, поступает от нагРУзки (аналогичных элементов ИэЛ) и Равен 1„а — — 1е. Ес- ли в качестве нагрузки используется и аналогичных элементов, то 1е=и)э. Характерной особенностью элементов ИэЛ является низкое значение помехоустойчивости (1', которое, согласно форму- ле (9.5б), определяется степенью насыщения транзистора'Т, тть па л-р-и.
В схемах И'Л помехоустойчивость для отрицательных помех составляет Ц„„ж 20 —: 50 мВ. Величина 1У' характеризует помехоустойчивость ИЛЗ в том случае, когда на его вход лопаются сигналы от источника с низким выходным сопротивлением (например, от внешних схем).
Бели ИЛЭ нагружены друг на друга, то это условие выполняется при логическом нуле на входе, так как выходное сопротивление предыдущего открытого ИЛЭ мало. Однако при логической единице на входе предыдущий ИЛЭ выключен и его выходное сопротивление велико. В этом случае помехоустойчивость следует характеризовать лопустимым значением тока помехи Р„„(см. формулу (9,3в)1 1221. Помехоустойчивость по току пропорциональна току инжектора и увеличивается с ростом степени насыщения Я,. Так как в схемах И Л входной ток 1,', ж0, то коэффициент разветвления при высоком уровне напряжения на выходе К' „ж со. Коэффициент разветвления при низком уровне напряжения на выходе определяется выражением (9.5а).
Полагая 5 „=1,5 —:2, при р,„= 1,5-:2 получаем Кр, —— 1. Зто означает, что при р .,=1,5 —:2 возможно подключение только одной нагрузки к единственному коллектору транзистора «-р-л. Увеличение числа нагрузок хотя бы на единицу недопустимо, поскольку это может принести к выходу транзистора и-р-я из режима насыщения и неприемлемому увеличению напряжения логического нуля (Уе. Однако ИЛЭ с одноколлекторным транзистором л-р-л обладает значительно меньшими функциональными воэможностями по сравнению с ИЛЭ на основе многоколлекторного транзистора л-р-л, к кажлому нз коллекторов которого подключается нагрузочный ИЛЭ (в этом случае К~, равен количеству коллекторов л„многоколлекторного транзистора).
Если увеличить р„и путем усовершенствования технологии, то можно обеспечить режим насыщения многоколлекторного транзистора л-р-л и нормальную работу ИЛЭ с несколькимн нагрузками. Так, например, в последних разработках И'Л-ИМС число коллекторов транзистора и-р-л увеличено до пяти (при этом для обеспечения режима насыщения транзистора и-р-л значение В „увеличено в пять раз по сравнению с одноколлекторным вариантам):. Быстродействие элемента ИзЛ определяется временем заряда паразитной емкости С„и временем рассасывания неосновных носителей заряда в базе транзистора Т, (см. выражения (9.7)]. Величина С, определяется выражением С, = (ш + 1) С, + С, + С„, (9.9) где т — число объелиняемых на входе элементов И'Л; С вЂ” емкость металлических соединений.
м Время рассасывания равно постоянной времени та. Для типового элемента ИгЛ величины С„ж1 пФ, та= 10 —:50 нс. Работа переключения определяется выражением А„= Рг (9.10) ~ — з — +Е гег +Е н:- Г ь Рис. ИП При малых значениях Р ( < 0,01 мВт) величина А„= = 2 —: 3 цДж; при повьплении Р величина А„возрастает. Главным преимуществом И Л-элементов перед другими ИЛЭ на биполярных транзисторах является малая работа переключения А„, которая уменьшается по мере совершенствования технологии, обеспечивающей снижение емкости С„путем уменыпения площадей р-л-переходов и металлических соединений. Недостатками И Л элементов являются низкие значения помехоустойчивости и коэффициента разветвления.
Базовые элементы интегральных логических схем на МДП-транзисторах. Ниже рассмотрены две основные разновидности интегральных логических схем на МДП-транзисторах. Логические схемы на однотипных МДП-транзисторах. В этих схемах используется только один тип транзнсторов— либо р-канальные, либо л-канальные. Более широкое применение находят л-канальные МДП-транзисторы, которые обеспечивают большее быстродействие. Типовые схемы элементов ИЛИ вЂ” НЕ и И вЂ” НЕ на и-канальных МДП-транзисторах прнведены на рис.
9.11,а,б. Транзисторы Т„и Т,~ — активные (управляющие), транзистор Т, — нагрузочный. Передаточная характеристика элемента ИЛИ вЂ” НЕ представлена на рис. 9.12, выходные вольт-ампервые характеристики — на рис. 9.13. При низком уровне напряжения на затворах активных транзисторов Т„и Т., ((У,„( (Ус, где (Ус — пороговое напряжение) эти транзисторы будут закрыты и ток стока равен нулю. На выходе устанавливается высокий потенциал (У'„„„= = Š— (Ус — уровень логической единицы. При входном напряжении на затворах транзисторов Т„или Т,з больше порогового напряжения Пс соответствующий транзистор отпирается и начинает протекать ток стока.
Дальнейшее увеличение (У, приводит к уменьшению напряжения (У . Для получения малого значення уровня логического нуля необходимо, чтобы сопротивление канала открытого транзистора Т„(или Т,~ было гораздо меньше сопротивления канала транзистора Т„. В частности, необходимо, чтобы транзистор Тсь так же как и транзистор Т., работал в крутой области вольт-амперных характеристик, а транзистор ҄— в пологой области: Уса ба ((Узи ПО) (Уюи Исаа (9 11) 1 2 (9.12) где Ь, и ܄— удельные крутизны активного и нагруэочного транзисторов. С целью упрошения расчетов пороговые напряжения транзисторов будем считать одинаковыми и равными (Ус (в более точных расчетах необходимо учитывать зависимость (У от значения напряжения между истоком и подложкой, которая неолинакова для различных транзисторов интегральной схемы).
Аналитические выражения для расчета основных параметров 4Щ7 Ля Рис. йУЗ Таблица 92 ГГ =Š— бм 2Ь, М(Š— ХЮц);, дяя схемы ИЛИ - Йхь Ь„(Е - (Го)а 2Ьа (Е 2аГо) (9.13) Логические уровни (9.14я)о для схемы И вЂ” НЕ. (9.14б) ~4ор = По. ('пор По + ДП Порог пере- ключения (9.15) (9.16) ** Помехоус- тойчивость 1'о + оаГ» и~ = Š— 2Ео — Д(г. (9Л7) (9.18) Потребляема- яяя мощность р = 0,25 Ь„Е(Š— уо) х (9.19) интегральных логических схем на однотипных МДП-транзисторах приведены в табл. 9.2 (13) Для получения малых значений выходного напряжения л гического нуля значения улельных крутизн Ь, и Ь„транзисторов Та и Та должны с)чцественно реяли итьсЯ. упрявлщошие трал знсторы должны иметь широкий и короткий канал (большое отношение ар/Е), а нагрузочные — узкий и длинный канал (малое отношение в/Е).
Входные токи в МДП-транзисторах практически отсутствуют, поэтому коэффипиент разветвления по выходу и может быть очень большим. На практике число нагрузок и для логических схем на МДП-транзисторах ограничивается снижением Прог)олгксеиие табл. 9,2 2ВС„ Ь, (кк — 2к)О) Эвдерижн пе. реключения (9.2О) 2,2С, Ь„(К вЂ” Ло) ' (9.21) тз. вк + тз. викл тв 2 (9.22) быстродействия из-за увеличения емкоспг нагрузки С„при увеличении и. Динамические параметры логических схем на МДП-транзисторах определяются временами перезаряда паразитных емкостей МДП-транзистора н емкости нагрузки.
Суммарная выходная емкость С,„„включает емкости затвор — канал С ы и С и затвор — сток С ы и С,т транзисторов Тк, и Т„, емкость затвор — исток С транзистора Т„, паразитную емкость С металлических соединений н перехода сток — подложка транзисторов Ты и Т,г, емкость нагрузки С„: Сы =М(С,ы+С, )+С +С +Се, (923) где М вЂ” число входов (управляющих транзисторов). Логические схемы иа камплемеииюрггых МДП-траггзисторах (КМДЛ-траггзисторах). Принципиальная схема инвертора на комплементарных МДП-транзисторах приведена на рнс 9.14, а стоковые вольт-аьшерные характеристики — на рис.
9.15. Бслн 1)ы меньше порогового напряжения Поз транзистора Т„то транзистор Т, закрыт, а Т, открыт. Выходное напряжение практически равно напряжению питания Е (рис. 9.15,а): Пвмх Е (тгг г кг где 1„„— ток утечки между стоком и истоком закрытого транзистора Т, ()„ш1 нА); тю — сопротивление канала открытого транзистора Тз (у„г 1 кОм). * Здесь М вЂ” число входов (вктивиых трккзиетаров), ив которые полене логичсохвз сдхшшм к* Векичииу атг е формулах (9дб) — (9да), Рквиуш шиРине крутого учытш передкточкоа хервхтериетике, можно полагать мепьшеа 0,3 В ври ь„)ь,со,г, При им выше порогового напряжения Ум транзистор Т, открывается, а Т, закрывается. Выхолное напряжение при и м Е уменьшается практически до нуля (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
