Полупроводниковые логические элементы

Простейшие логические элементы могут быть построены на резисторах и диодах. При этом используют нелинейные свойства диодов – резкое различие величины прямого и обратного сопротивления. Диодные логические элементы базируются на схемах диодных ключей.

ИЛИ	Принцип последовательного диодного ключа Rн включена параллельно R, если на входах х1 и х2 сигнала нет, на выходе напряжение тоже равно нулю. При подаче напряжения хотя бы на один вход появляется выходной сигнал.
	При этом в образовании самой логической операции диоды участия не принимают. Их основная роль – развязка цепей, исключающих взаимное влияние входов.
И	Схема параллельного диодного ключа В этом случае нагрузка Rн включается параллельно диодам, которые при нулевых входных сигналах находятся в проводящем состоянии. В результате Rн зашунтирован и выходной сигнал равен нулю. Если сразу запирать оба диода – на выходе появится сигнал. Отличие схемы состоит в изменении полярности включения вентилей и наличия R1, подключенного к +Un.
	Диодные логические схемы отличаются простотой, но имеют существенный недостаток – отсутствие усиления, приводит к

тому, что при последовательном включении нескольких логических элементов входное напряжение постепенно уменьшается, возникает взаимное влияние входных цепей и снижается быстродействие схемы.

Кроме того, диодные элементы не образуют полную систему логических функций, поскольку реализация функции НЕ на диодных ключах невозможна. Поэтому диодные логические схемы редко применяются в качестве самостоятельных логических элементов, но широко используются в сочетании с другими полупроводниковыми элементами.

Инвертор (элемент НЕ) может быть реализован на транзисторе, работающем в ключевом режиме (р-n-р).

Транзисторы

Полупроводниковый элемент, работающий в цепях как постоянного, так и переменного тока, используется в усилительном и релейном режимах. Его можно рассматривать как управляемое сопротивление.

При работе в релейном режиме – это бесконтактное реле и логические элементы.

Преимущества – надежность, долговечность.

Недостаток – отсутствие полного разрыва цепи в состоянии отсечки, гальваническая связь цепи управления с нагрузкой, зависимость параметров от температуры.

Транзистор позволяет плавно менять ток в нагрузке при изменении тока на базе.

В зависимости от значения R_у меняется ток базы i_, изменяется сопротивление между эмиттером и коллектором.

В результате изменяется и ток нагрузки. При i_ = 0 транзистор заперт, при i_ = i_н он открыт – релейный режим.

VD – для защиты транзистора от перенапряжений. Для полного запирания тиристора необходимо изменить направление i. Для транзистора типа р-n-р характерно увеличение коллекторного тока при увеличении отрицательного потенциала базы относительно эмиттера.

У прибора типа n-р-n – при увеличении положительного потенциала базы, к коллектору приложен плюс источника питания, к эмиттеру – минус.

с каналом n-типа	Биполярный тиристор – содержит кристалл полупроводника с тремя слоями чередующейся проводимости с двумя р-n переходами. Он управляется токами, подаваемыми на его базу. Полевой тиристор – управляется электрическим полем (напряжением, подаваемым на затвор) и имеет очень большое входное сопротивление. Используются в коммутационных бесконтактных аппаратах. Имеет высокую скорость переключения.
с каналом р-типа

Полевой (униполярный) транзистор имеют следующий принцип действия. Основан на использовании носителей заряда только одного знака (электронов или дырок). Управление током в них осуществляется изменением проводимости канала, через который протекает ток транзистора под воздействием электрического поля, поэтому их называют полевыми.

Появился в 1952 одновременно с биполярным. В 1962 разработан полевой транзистор с изолированным затвором – или MДП.

По способу создания канала различают транзистор:

- полевые транзистором;

- транзисторы со встроенным каналом;

- транзисторы с индуцированным каналом.

Последние два типа относятся к разновидностям МДП – транзисторов.

Принцип работы полевого транзистора с р-n переходом. Выпускаются на токи до 50 мА и напряжении до 50 В.

- Электрод, с которого начинают двигаться носители – исток.

- Электрод, к которому носители движутся – сток.

- Третий электрод – затвор.

Управляющее входное напряжение подается между затвором и истоком. При изменении напряжения затвор – исток изменяется ширина его р-n – перехода. Изменение ширины происходит за счет более высокоомного n-слоя. Тем самым изменяются сечение токопроводящего канала и его проводимость, т.е. выходной ток.

Особенностью полевого транзистора является то, что на проводимость канала оказывают влияние как управляющее напряжение U_зи так и напряжением U_си.

Важным параметром является – напряжение на затворе, при котором ток стока близок к нулю – напряжение отсечки.

Поскольку управление выходным током полевых транзисторов производится напряжением входной цепи, для них представляет интерес так называемое или стоко-затворная вольтамперная характеристика

.

Основные параметры Iс.max Uзи – напряжение отсечки Uси.max rвх

Типы однопереходных транзисторов:

К П 101Г	Низкочастотные маломощные
КП 103М
КП 201Е	- Uзи = 15 В; Uси = 10 В; Uотс = 1,5 В
КП 303Е	- высокочастотные маломощные
КП 903В	- высокочастотные большие мощности