Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 67
Текст из файла (страница 67)
При этом коллекториый ток течет лишь в одной из схем, а остальные схемы имеют высокое выходное сопротивление и не нагружают выход. Применение диодов Шотки. Все транзисторы в элементе И-НЕ с транзисторно-транзисторной логикой могут иметь диоды Шотки, подключаемые параллельно коллекторным переходам. Диоды Шотки отпираются при положительном смегцении примерно 0,4 В, т. е. при напряжении, меньшем, чем это необходимо для отпирания коллекторного перехода.
В результате применения диодов Шотки значительно повышается быстродействие логического элемента. 14ЛЗ. ВМНТТВРНО-СВЯЗАННАЯ ЛОГИКА (ВСЛ) На рис. 14.23 приведена схема ЭСЛ-элемента ИЛИ)ИЛИ-НЕ. Он имеет три входа: А, В и С и два выхода; У=А+В+С и У= =А+В+С. По принципу действия ЭСЛ-элемент является переключателем тока. Он отличается от ранее рассмотренного тем, что генератор стабильного тока заменен резистором И,. Хотя ток в ЭСЛ-элементе также полностью переключается, значение эмиттерного тока при этом не сохраняется. Другое отличие схемы в том, что в левом плече схемы вместо одного транзистора име1отся три: ЧТ2, УТЗ и КТ4.
Логический элемент переходит из одного логического состояния в другое при подаче хотя бы па один из входов (А, В или С) напряжения У„= — 0,8 В. Это напряжение выше опорного на- 1 пряжения на 0,4 В, что более чем достаточно для переключения и„=-вв Рнс.
14.23. ЭСЛ-элемент ЗИЛИ/ЗИЛИ-НЕ 333 схемы, переключающейся уже при О,! В. Для возвращения в первоначальное состояние подается более низкое напряжение У„=~ о = — 1,5 В. В схеме имеются два эмиттерных повторителя на транзисторах УТ/ и ЧТб. Они необходимы прежде всего для сдвига уровня выходного напряжения на 0,7 — 0,8 В. Этот сдвиг необходим для того, чтобы выходное напряжение схемы равнялось входному напряжению логического 0 или 1. В противном случае ЭСЛ-элементы нельзя включать последовательно.
Перейдем к анализу работы элемента. На схеме указаны все сопротивления. Мы же их рассчитаем или выберем, предполагая заданными только 1/.„= — 1,2 В; /7,.=1 кОм; 1/~„= — 1,5 В; 1/', = — 0,8 В. Г Пусть на все входы А, В и С подано !/,' = — 1,5 В. Так как это напряжение меньше опорного, то транзисторы !/Т2 — )/Т4 заперты, а транзистор МТ5 открыт. Для быстродействия схемы транзистор' 1/Тб должен находиться в активном режиме. Для ивэз=0,7 В, необходимо иметь 1/э= — 1,9 В.
'Отсюда при заданном /7;=! кОм эмиттерный ток /эз= !5 — 1,9)(1=3,1 мА. Считаем, что и коллекторный ток )/Тб имеет такое же значение. Для активного режима МТБ его потенциал коллектора должен быть выше' потенциала базы. При /7,=270 Ом и /х=3,1 мА Укз= = — 0,8 В. Это условие выполняется и при большем коллекторном сопротивлении, но оно выбрано именно таким, чтобы с учетом сдвига напряжения в эмиттерном повторителе на 0,7 В получить на выходе Б,„, = — 1,5 В. Теперь предположим, что хотя бы на один из входов !А, В и С) подано напряжение 1/, = — 0,8 В, большее, чем 1/,„= — 1,2 В.
Транзистор РТб при этом заперт. Напряжение на его коллекторе равно О. Напряжение как на базе, так и на коллекторе МТб равно нулю, и он действует как диод, смещенный в прямом направлении, Считая падение напряжения на таком диоде равным примерно 0,8 В, получаем У,„, =-0,8 В. Когда один из транзисторов )/Т2 — !/Т4 открыт, напряжение на базе открытого транзистора Уз=1/, = — 0,8 В. При активном 1 режиме его работы напряжение на эмнттере ниже на 0,7 В.
Следовательно, 1/э= — 1,5 В. Эмиттерный ток открытого транзистора /э= 15 — 1,5)!1=3,5 мА Замечаем, что эмиттерный ток при переключении схемы увеличился с 3,1 до 3,5 мА. Если бы вместо /7, использовался генератор стабильного тока, то эмиттерный ток не изменился бы. Очевидно, что и коллекторный ток увеличивается на столько же.
Поэтому, чтобы на инверсном выходе схемы получать такие же перепады напряжения, как и на неинверсном выходе, /7 уменьшено по сравнению с /7„з. Преимуществом ЭСЛ-элемента является высокое быстродействие. Время переключения схемы 1 — 6 нс.
Недостатком является высокая средняя потребляемая мощность, вызывающая разогрев схемы. Это не позволяет обеспечить высокую степень интеграции, т. е. не позволяет создавать БИС эмиттерно-связанной логики. 14.14. ИНТЕГРАЛЬНАЯ ИНЖЕКЦИОННАЯ ЛОГИКА (И'Л) Интегральная инжекционная логика базируется на специальных микросхемах, в которых иагрузочные резисторы заменены генераторами стабильного тока. Примером элемента интегральной инжекционной логики является инвертор, схема которого показана на рис. !4.24. Роль ключа 5 выполняет транзистор, аналогичный транзисторам и'Т1 и УТ2.
В левом положении ключа база транзистора ЧТ! находится под низким — «нулевым» вЂ” потенциалом, фактически это напряжение насьпценного транзистора, которое для схем данного типа равно примерно 0,05 В. Каждый транзистор имеет свой генератор стабильного тока. При замкнутом на землю ключе ток генератора течет в ключ (в коллектор транзистора, выполняющего роль ключа).
Из-за очень малого напряжения на базе транзистор (гТ1 заперт. Поэтому ток генератора стабильного тока )ое направляется в базу МТ2, вызывая его насыщение. Напряжение база — эмиттер насыщенного транзистора для схем данного типа примерно 0,75 В. Это напряжение соответствует логической 1. В другом положении ключа 5 ток Уо~ течет в базу и создает напряжение база — эмиттер=0,70 В. При этом транзистор насыщается, если Те~=уев и йер>1, что всегда выполняется даже при самых малых токах, т. е, в микрорежиме. Это одно из преимуществ интегральной инжекционной логики.
Средняя работа переключения Аср — — Р„„,,Р1,в,р,р=1 нДж, а в экспериментальных схемах меньше этого значения примерно на порядок. Другим очень важным преимуществом интегральной инжекционной логики является очень высокая плотность логических элементов на единицу площади. Это позволяет создавать большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) микросхемы.
Большая плотность обусловлена тем, что уменьшается число изолирующих островков. Применение горизонтальных р-л-р-транзисторов наряду с вертикальными многоколлекторнымн и-р-и-транзисторами и Л4Н Гйгза Рис. 14.24. Схема НЕ (инвертор) с интегральной нижекнионной логикой ех заказ аа па4 337 ггээ в к ка Оа ка ю ~ра а сп Ха Рис. !4.25, Структура !а) н схема !б) элемента интегральной нньтекцнонной логики н л в отсутствие резисторов очень экономит площадь.
Это следует из рис. 14.2б,а, на котором л в показана структура элемента интегральной инжекционной логики. Горизонтальный р-п-Р-трави зистор используется в качест- ве генератора стабильного то+ Ф ка для вертикального п-р-пРис. 14.ое. И'Л-элемент эь!ЛИ1э14ЛИ тРанзистоРа, пРичем кажкый НЕ и-р-п-транзистор имеет свой генератор тока. Для это~о можно использовать многаколлекторный горизонтальный транзистор, имеющий один эмиттер (инжектор), одну базу и много коллекторов. Схема генератора стабильного тока видна из рис. !4.26, б.
Ток задается подачей напряжения питания на эмиттер, называемый инжектором, через внешний резистор Р. Изменяя напряжение источника питания, можно изменять режим работы генератора. При большем токе генератора повышается быстродействие, а средняя работа переключения остается постоянной. На рис. 14.26 показан логический элемент 2ИЛИ)2ИЛИ-НЕ интегральной инжекционной логики.
Из описания принципа действия схемы следует, что переключаю1ций транзистор в проводящем состоянии работает в режиме насыщения. Применение диодов Шотки в элементах интегральной инжекционной и транзисторно-транзисторной логики позволяет в 2 — 3 раза повысить быстродействие. 14.15. 34ОП-ЛОГИКА Полевые транзисторы с изолированным затвором — МОП-транзисторы — находят широкое применение в интегральных логиче- 338 сс сс «с с ас и, а„ б1 а) Рас. РК27. Инвертор на МОИ-трааансторак: « — схема; б — стоконые характернстнкн транансторон ских схемах. Применяются МОП-транзисторы как с рь так и с и-каналом. В обоих случаях также применяются транзисторы как с индуцированпым, так и со встроенным каналом. На рис.
14.27,а показана одна из наиболее перспективных схем инверторов на МОП-транзисторах с каналом п-типа. Нижний транзистор 1сТ1 является управляющим, его обычно называют активным. Верхний транзистор является нагрузочным. Он выполняет роль резистора, имесощего нелинейное сопротивление.
У него встроенный канал. Его напряжение затвор — исток равно нулю. Нижний транзистор имеет индуцироваиный канал. На рис. 14.27,б представлены стоковые характеристики. Характеристики, веерообразно выходящие из нуля,— семейство стоковых характеристик транзистора УТ1. Из анализа характеристик следует, что транзистор УТ1 имеет пороговое напряжение ссаи а=+1 В. Транзистор ЧТ2 имеет неизменное напряжение затвор — исток пни=О, Поэтому ои представлен только одной характеристикой М. Кривая Л' — это тоже характеристика транзистора УТ2 при изи=-О, но имеющего другую «геометрию». Как известно, характеристики полевого транзистора зависят от соотношения длины проводящего канала к площади его поперечного сечения. У транзистора с характеристикой Лс это отношение значительно больше, чем у транзистора с характеристикой М, Характеристики М и Лс выходят из точки с координатами иси= е1 и !с=О.
Они идут вверх и влево. Точки пересечения М~ и Ле~ с характеристикой транзистора ЧТ1 при изи= 5 В соответствуют максимально открытому транзистору 1771, т. е. Л= 1. Абсциссы этих точек дают !1„«к. Видно, что !!,м, меньше для характе- о а ристики Лс, чем для характеристики Л1. Отсюда следует, что транзистор УТ2 должен иметь возможно большее отношение длины проводящего канала к площади его поперечного сечения. Точки Ма и Лса имеют примерно одинаковые абсциссы. Они являются точками пересечения характеристик М и Л' с характеристикой активного транзистора 1~71 при напряжении на входе 22* 939 Рис. ! 4 28.
Передаточная Рис. 14.29. Иниерхарактеристика инаертора тор на комплеменна МОП-транзисторах т арнмх МОП-тран. зисторах иняз=1 В. Так как У, значительно меньше 1 В, то при А=О 3 1 зих — !'я. Передаточная характеристика ннвертора при 0„=+5 В показана на рнс. 14.28. Точную характеристику можно получить, имея реальные характеристики транзисторов !гТ1 н )тТ2. Подключая параллельно транзистору 7Т1 несколько таких же транзисторов, можно получить логический элемент ИЛИ-НЕ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
