Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи (1987) (1142057), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Решение Определим ток, потребляемый от источника питания при низком потенциале на выходе ((У „= (Уе О). Подставив в (9.12) (У, = Š— (Уе ге Е, получим 1, = — (Š— Не) . Мощность, потребляемая от источника питания при (У, (Уе, равна Ре = Е1, = — "Е(Š—. 1Уе)з. Ь„ При (1„,„= Ц ток через транзисторы близок к нулю и Р ма 0. Считая состояния логического нуля и логической единицы равновероятными, получим 1 Р = — (Ря, + Р'т) = 0,25ЬиЕ(Š— (1о) ° 2 9.31. Найти соотношение между временем включения н временем выключения логической схемы на однотипных МДП- транзисторах. Пояснить, почему время включения меньше времени выключения. Решение После подачи отпирающего сигнала на затвор активного транзистора Т, (см.
рис 9.11) У = Š— Юе ток стока практиче- ски мгновенно доспи.ает значения 1 (О) = — 1(Š— Ге) — 11е5 . бв 2 2 Емкость С,„,„начинает разряжаться током 1„(0). Напряжение С уменьшается, а после перехода активного транзистора Т, из пологой области в крутую начинает уменьшаться и ток сто- ка. Упростим задачу и пренебрежем уменьшением тока стока при переходе Т, в крутую область.
Будем считать, что на всем протяжении переходного процесса емкость С разряжается лосгоянным током 1 (О). Разделив начальный заряд Д(0)= = ЕС „на ток разряда 1 (О), получаем 2ЕС, " (е 2(го) При поступлении запирающего сигнала ток 1 практически мгновенно уменьшается до нуля. После запирання транзистора Т, емкость С заряжается от источника питания Е через открытый транзистор Т„.
Сопротивление канала транзистора Т„меняется по мере заряда емкости С, однако для упроще- 1 ния расчетов примем его постоянным и равным г„(0) = —, где ~ — бн ((айви» ~о) — би (Е ~о). Время выключения определим как время изменения выход- ного напряжения между уровнями от 0,111' и 0,9Ц Гь вью 2 2твыют~ где т„=г (0)С са(Е 0е) Таким образом, соотношение между г, и г, приближенно значение 17о, = 0 при высокой крутизне (малом сопротивлении канала) как у транзистора Т», так и у транзистора Тх.
Выходная емкосгь С , всегда пере- заряжается через малое сопротивление канала либо Т», либо Тн. Время переключения здесь примерно равно времени включения, т. е. быстродействие данной схемы гораздо выше быстродействия простых схем, приведенных на рис. 9.11 (примерно в Ь,/Ьн раз, где Ь, и Ь, — удельные крутизны МДП-транзисторов в схеме на рис. 9.11). 9.35. Инвертор состоит из двух р-канальных МДП-транзисторов (Т, и Т„на рис.
9.11,а) со следуннцими параметрами: Уо = 2 В, Ь,= 100 мкА/В», Ь, =1 мкА/В», С„= 5 пФ. Опреде=9 В. Охлвввп Ух» х= 7 В (Уо х= 50 мВ (х'оп м=2 В, О~~ =4„7 В, 9.36. Определить, как изменится потребляемая мощность и помехоустойчивость инвертора на р-канальных МДП-транзисторах при увеличении температуры от 25 до 85'С. Величины д(7о/2Т и дЬ/(дТЬ) принять равными соответственно -3 10» В/'С н — 1,5/Т, где Т вЂ” температура, К. При Т= = 25'С значение порогового напряжения составляет 2 В, удельные крутизны транзисторов Ь, = 100 мкА/В», Ь„= = 1 мкА/В».
Напряжение питания Е = 9 В. Охлвевп потребляемая мощность Р уменьшится со 110 до 82 мкВт, Ц' уменьшится на 180 мВ, О„х, увеличится на 360 мВ. 9.37. Определить, каково значение коэффициента разветвления по выходу интегральной логической схемы на однотипных транзисторах, если время переключения схемы не должно превышать 2 мкс.Входную емкость С,„интегральной схемы принять равной 2 пФ, остальные исходные данные соответствуют задаче 9.35. Решенно Махснмальное время переключения определяется временем задержки выключения г, „.
В данном примере 2,2С 2,2лС„» Ьн (Š— По) Ьн(Е Оо) где л — количество таких же логических элементов с входной емкостью С,х, подключаемых к выходу данного элемента. Следовательно, Г» ъ~('и (Š— По) 2,2С Подставляя в последнее выражение исходные данные, получим К „=3. 938. Изобразить принципиальную схему логического элемента ЗИ вЂ” НЕ. Определить, как изменятся логические уровни этого элемента прн увеличении температуры с 25 до 85*С и уменьшении напряжения питания на 10;Г. Другие исходные данные те же, что и в задаче 9.35. Огласи: Ц„„уменьшится с 7 до 5,92 В, 1У' „уменьшится со 147 до 140 мВ. 9.39.
Изобразить принципиальную схему логического элемента ЗИЛИ вЂ” 2И вЂ” НЕ н определить логические уровни, если параметры МДП-транзисторов и напряжение Е соответствуют исходным данным задачи 9.35. Отлил: Ц, =7 В, Ое =50 мВ, 9,40. СРавнить величины Ое„ч и Гь,„, инвертора на Р-канальных МДП-транзисторах и инвертора на л-канальных МДП-транзисторах, если геометрические размеры каналов нагрузочных транзисторов обоих инверторов олинаковы. Решение Величина г, инвертора на и-канальных МДП-транзисторах в 1,5 — 2 раза меньше, чем у инвертора на р-канальных МДП-транзисторах, так как удельная крутизна у л-канальных транзисторов в 1,5 — 2 раза больше, чем у р-канальных.
Величины У'„для обеих схем одинаковые, если одинаковы отношения удельных крутизн активного и нагрузочного транзисторов. 9.41. Сравнить быстродействие инвертора на однотипных МДП-транзисторах и инвертора на КМДП.транзисторах. Решение В инверторе на однотипных МДП-транзисторах соотношение времен выключения и включения определяется главным образом отношением удельных крутвзн активного и нагрузочного транзисторов, которое принципиально должно быть большим лля получения малого значения напряжения логического нуля (см.
задачу 9.311: г /г...=Ь /Ь,. В инверторе на комплементарных транзисторах такого ограничения на соотношение удельных крутизн активного и нагрузочного транзисторов нет, так как напряжение О" не зависит от этого соотношения, Поэтому крутизны активного н нагрузочного транзисторов в схемах на комплементарных транзисторах выбирают примерно одинаковыми и время выключения оказывается примерно равным времени включения. Таким образом, быстродействие инвертора на комплементарных тран- зисторах оказывается приблизительно в Ь,/Ь„раз выше быстродействия инвертора на однотипных МДП-транзисторах. 9.42.
Определить, при каких частотах переключения мощность, потребляемая инвертором на КМДП-транзисторах, будет равна мощности, потребляемой элементом ТТЛ. Принять напряжение питания Е= 9 В, выходную емкость С „= = 10 пФ, длительность фронта переключающих импульсов го = 10 нс, удельные крутизны л-канального и р-канального транзисторов Ь„= Ьр — — 300 мкА/В~, пороговые напряжения (7, = Пор — — 3 В.
Мощность, потребляемую элементом ТТЛ, принять равной 1 мВт. Решение Мощнскть, потребляемая ннвертором на КМДП-транзисторах, определяется согласно формуле (9.29). При высоких частотах переключения слагаемым 1,Е можно пренебречь. Определим нз (9.29) величину С,„„Е +1, Его Величина 1, изменяется по мере отпирания одного и запирания другого транзистора. Приближенно оценим ток 1, как ток стока, протекающий через открытые транзисторы при О „= 1 ыр — — Е/2.
Поскольку также выполняется условие Ьр —— Ь„, оба транзистора работают в пологой области ВАХ: 1арв Со Оо Подставляя в полученные формулы исходные данные, находим, что /; = 1 МГц. 9.43. Определить логические уровни, помехоустойчивость, потребляемую мощность и среднюю задержку переключения инвертора на КМДП-транзисторах при следующих параметрах схемы: Е = 9 В, (Уо„ вЂ” — По, — — 3 В, Ь„ = 2Ьр — †3 мкА/В, С,„„— = 10 пФ, частота переключений /'„ =- 100 кГп, ток утечки между стоком и истоком закрытых МДП-транзисторов 1„, = =1 нА. Ответ: У,',в=0, 11,'„, 9 В, Р,=100 мхВт, г,,р — — 17 нс.
9А4, Составить принципиальную схему интегрального логического элемента на КМДП-транзисторах, реализующего логическую функцию у=х,хо+кохо. Омоеро: см. рис. 9.21. 9А5. Определить, как изменятся величины Р, Ц„„, 11о 11о,„, (1'„о„в схеме нивертора на КМДП-транзисторах с параметрами, указанными в условии задачи 9.43, если: а) темпера- у хртгр хрхр Рис й21 рура увеличится с 25 до 85'С, б) частота переключений Г„увевичится со 100 кГц до 2 МГп, в) напряжение питания уменьлнтся на 10%.
Ответ: а) практически не изменятся, б) Р„„увеличится со Ю0 мкВт до 2 мВт, в) 0', уменьшится с 9 до 8,1 В, 11е уменьшится с 4,2 до 3,9 В, СР' „уменьшится с 4,8 до 4,2 В, Р уменьшится со 100 до 80 мкВт. 9.46. Определить нагрузочную способность инвертора на КМДП-транзисторах нри условии, что время переключения не должно превышать 0,1 мкс. Входную емкость инвертора принять равной 5 пФ. Остальные параметры: Е = 9 В; 11,„= 11ер = = 3 В, Ь„= Ьр — — 200 мкА/В~. Орлверл: л = 15. ГЛАВА 10 ТРИГГЕРНЬТЕ УСТРОЙСТВА $ 10Л. АСИБХРОИНЬФЕ И СИНХРОИНЬФЕ ТРИГГЕРЫ Триггером называют импульсную схему, имеющую два ~сгойчивых состояния. В каждом из этик состояний триггер может находиться до тех пор, пока на его вход не будет подано управляющее напряжение.
При этом триггер скачком переходит аз одного состояния в другое. Соответственно изменяются 'рровни выходных напряжений триггера. Один из уровней выходного напряжения триггера принимают за логическую единицу, з другой — за логический нуль. Подавая определенную комбинааию электрических сигналов на входы триггера, триггер можно использовать для хранения и обработки двоичной информациии„для деления и счета числа импульсов и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
