2.8.2 Логические элементы на дополняющих к-моп- транзисторах

Применение МОП-транзисторов для построения логических схем позволяет построить электрические схемы, которые обеспечивают в статическом режиме отсутствие потребления постоянного тока при любой комбинации входных сигналов. В этих схемах для построения логических элементов используются одновременно оба типа МОП-транзисторов или, как говорят, к-МОП-транзисторы.

Рис.2.28. Инвертор на к-МОП-транзисторах

На рис 2.28 представлена принципиальная схема инвертора на дополняющих (к-МОП) транзисторах. Особенностью схемы является последовательное включение дополняющих транзисторов. Точка объединения затворов является входом инвертора, а точка объединения стока и истока – выходом.

Если U_вх = U_н, открыт Т₂

Если U_вх = U_в открыт Т₁.

При постоянном входном напряжении один из транзисторов закрыт.

1) X=0 - Т₂ открыт, Т₁ закрыт, F = U_в ;

2) X=U_в - Т₁ открыт, Т₂ закрыт, F = U_н = 0.

Таблица 2.13

X	F
0	1
1	0

Т. е., как видно из табл. 2.13 схема выполняет логическую функцию “НЕ” или инверсию.

На рис.2.29 - Т₁,Т₂ n-МОП- транзисторы,

Т₃, Т₄ p- МОП - транзисторы.

U_в = U_п :=1, U_н = 0В:=0 это справедливо для положительной логики.

Рис. 2.29. Принципиальная схема ЛЭ на к-МОП- транзисторах

Сначала рассмотрим работу ЛЭ в условиях положительной логики (F₁ ). Принимаем U_в:=1 и U_н:=0:

1) X₁= X₂= 0В := 0, Т₁, Т₂– закрыты, Т₃, Т₄ – открыты, F₁=U_в:=1;

2) X₁ = U_в , X₂ = U_н, Т₁ – открыт, Т₂ – закрыт, Т₃ – закрыт, Т₄ – открыт, F₁=U_н:= 0;

3)X₁ = X₂ =U_в, Т₁, Т₂ – открыты, Т₃, Т₄ – закрыты, F₁=U_н:=0,

F₁= X₁V X₂.

Функция F₂ отражает работу ЛЭ при U_в:=0, U_н:=1, т.е. при отрицательной логике.

В табл. 2.14 представлена таблица истинности (ТИ) ЛЭ на

к- МОП- транзисторах.

F₁= X₁ V X₂ F₂= X₁ & X₂.

Таблица 2.14

X1	X2	F1	F2
0	0	1	1
1	0	0	1
0	1	0	1
1	1	0	0

В табл. 2.14 представлена таблица истинности (ТИ) ЛЭ на

к- МОП- транзисторах.

F₁= X₁ V X₂ F₂= X₁ & X₂.

Оценим характеристики логических схем на МОП-транзисторах.

Преимущества:

1. высокое входное сопротивление R_вх≤ 10Ом ;

2. малые размеры и высокая технологичность при производстве интегральных микросхем;

3. возможность использовать МОП-транзисторы в роли активного сопротивления, что обеспечивает однородность схемы;

4. лучшая, чем у ТТЛ-схем помехоустойчивость. Это объясняется высоким уровнем входного сигнала;

5. большая амплитуда полезного сигнала Un;

6. способность пропускать ток в обоих направлениях;

7)невысокая стоимость;

7. для к-МОП-схем - отсутствие потребления тока в статическом состоянии.

Недостатки:

1) высокое напряжение питания;

2) невысокое быстродействие для к-МОП t_зад.ср.50нс;

3) для схем на к-МОП- транзисторах любая логическая схема на N-входов требует 2N- транзисторов.

При создании интегральных схем с большой степенью интеграции используются широко именно схемы на МОП- транзисторах, в частности, строятся таким образом матрицы оперативных запоминающих устройств. С использованием этой технологии построены:

- на n-МОП –транзисторах микропроцессорные комплекты -К580, К581;

на к-МОП-транзисторах - системы цифровых элементов К176, К561.