95. Схемы подключения униполярных (полевых) транзисторов с оз, ои и ос.

Полевым транзистором называется трехэлектродный полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей, протекающих через проводящий канал, а управление величиной тока осуществляется поперечным электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным к управляющему электроду. Проводящий слой называют каналом, управляющий электрод – затвором. Полевой транзистор – полупроводниковый усилительный прибор, которым управляет не ток (как биполярным транзистором), а напряжение (электрическое поле, отсюда и название – полевой), осуществляющее изменение площади поперечного сечения проводящего канала, в результате чего изменяется выходной ток транзистора. Управление же электрическим полем предполагает отсутствие статического входного тока, что позволяет уменьшить мощность, требуемую для управления транзистором.

Полевой транзистор (ПТ) в отличие от биполярного иногда называют униполярным, так как его работа основана на использовании только основных носителей заряда одного типа – либо электронов, либо дырок. Поэтому в полевых транзисторах отсутствуют процессы изменения (накопления и рассасывания) объемного заряда неосновных носителей, оказывающие заметное влияние на быстродействие биполярных транзисторов.

Два электрода на торцах канала называются истоком (И) и стоком (С). Исток и сток в принципе обратимы. Истоком служит тот из них, из которого при соответствующей полярности напряжения между истоком и стоком в канал поступают основные носители заряда, а стоком – тот, через который эти носители уходят из канала.

Подобно биполярному транзистору в зависимости от того, какой из выводов является общим для входных и выходных цепей, различают три схемы включения полевого транзистора: с общим истоком (ОИ), с общим затвором (ОЗ) и общим стоком (ОС). Наибольшее распространение на

практике нашла схема с ОИ.

96. Узлы цифровой электроники (триггера, шифраторы и дешифраторы и т.Д.) и их основные характеристики.

Два класса узлов.

Хотя все узлы цифровой техники строятся из базового набора логических элементов, эти узлы можно разделить на два основных класса, имеющих фундаментальные отличия. Это узлы комбинационного типа, и узлы с памятью. Узлы с памятью иногда называют также схемами последовательностного типа. Принципиальные отличия состоят в следующем. Состояния выходов комбинационных схем зависит только от текущего состояния входов. Предыстория значения не имеет. В схемах с памятью, текущее состояние выходов зависит не только от текущего состояния входов, но и от состояния входов в предшествующие моменты времени. Простейшим примером схемы с памятью и является триггер.

Триггеры

Одной из важнейших схем, применяемых в цифровой электронике, является триггер. Основное свойство триггера – способность запоминать и хранить логическое значение, что обусловлено наличием в схеме обратной связи. Если взять два инвертора и соединить, как показано на рисунке, получится простейший триггер.

При включении питания, на некоторых участках этой схемы установится состояние логического нуля, на других – логической единицы. Это состояние будет сохраняться до тех пор, пока питание не будет выключено. Неудобство этой схемы в том, что ее состояние непредсказуемо и неуправляемо. Однако если по аналогичному принципу построить более сложную схему с управляющими входами, ее можно будет использовать в качестве запоминающего элемента, способного хранить один бит информации.

В момент прихода тактового импульса такая схема запоминает состояние входа данных, и будет выдавать его на выход до прихода следующего тактового импульса. Эта схема имеет интересную особенность. Запоминание данных происходит не тогда, когда тактовый импульс имеет какое-то определенное логическое значение, а тогда, когда логическое значение тактового импульса переходит от логического нуля к логической единице. Принято говорить, что такой триггер синхронизируется по перепаду или фронту сигнала.

Существует много разновидностей триггеров, имеющих различные виды управления. По способу записи информации различают синхронные (тактируемые) триггеры, и асинхронные (нетактируемые) триггеры. В нетактируемых триггерах переход в новое состояние вызывается непосредственно изменением входных информационных сигналов. Например R-S триггеры, в которых имеются входы сброса и установки, и наличие логической единицы на одном из входов принудительно, независимо ни от чего переводит триггер в нужное состояние. В тактируемых триггерах имеется дополнительный вход управляющего сигнала и изменение состояния триггера происходит только при его наличии. Именно такой триггер мы только что и рассмотрели. По способу восприятия тактовых сигналов различают триггеры, управляемые фронтом, и триггеры, управляемые уровнем. Рассмотренная схема триггера представляет собой тактируемый триггер, управляемый фронтом.

Шифратором называется комбинационный узел цифровой техники, предназначенный для преобразования входного унитарного m-разрядного кода Y(2) = ym-1ym-2…y1y0 в выходной n-разрядный двоичный код X(2) = xn-1xn-2…x1x0.

Унитарным называют код, в котором только один из тразрядов равен логической единице ("1"). Остальные т-1разрядов равны логическому нулю ("0"). Каждому разряду унитарного кода присваивается десятичный индекс, возрастающий справа налево от 0 до т-1. Например, при т = 8 нумерация разрядов примет вид У(2) = y7y6y5y4y3y2y1y0.

Число двоичных разрядов n, необходимых для представления унитарного кода. У(2), определяется по формуле H = log2m, с последующим округлением до большего ближайшего целого числа.

Дешифратором называется комбинационный узел, предназначенный для преобразования входного n-разрядного двоичного кода X(2)=xn-1xn-2…x1 х0 в выходной m-разрядный унитарный код У = ут-1ут-2...yi…y1n y0, где n число входов, ат = 2n - число выходов.

Сущность работы дешифратора сводится к тому, что логическая "1", должна появиться на выходе дешифратора с номером, равному десятичному эквиваленту двоичного кодаХ(2), например:

в случае дешифратора с 3 входами и 8 выходами (n = 3 и m = 8) при x2x1x0 = 101(2) унитарный код y7y6y5y4y3y2y1y0 примет вид 00100000, т. е. только у5 = 1.

97. Интегральные схемы и микропроцессоры. Перспективы развития микроэлектроники.

Интегральная схема - (чип, микрочип)микроэлектронное изделие окончательной или промежуточной формы, предназначенное для выполнения функций электронной схемы, элементы и связи которого нераздельно сформированы в объеме и/или на поверхности материала, на основе которого изготовлено изделие.

По количеству элементов интегральные схемы условно подразделяются:

- на малые, содержащие до 100 элементов в кристалле;

- на средние - до 1 000;

- на большие - до 10 000;

- на сверхбольшие - до 1 000 000;

- на ультрабольшие - до 1 000 000 000; и

- на гигабольшие - более 1 000 000 000.

Технология изготовления

• Полупроводниковая микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены на одном полупроводниковом кристалле (например, кремния, германия, арсенида галлия, оксид гафния).

• Плёночная интегральная микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде плёнок:

  • толстоплёночная интегральная схема;

  • тонкоплёночная интегральная схема.

• Гибридная микросхема (также микросборка) — кроме полупроводникового кристалла содержит несколько бескорпусных диодов, транзисторов и(или) других электронных компонентов, помещённых в один корпус.

• Смешанная микросхема — кроме полупроводникового кристалла содержит тонкоплёночные (толстоплёночные) пассивные элементы, размещённые на поверхности кристалла.

По числу больших интегральных схем (БИС) в микропроцессорном комплекте различают микропроцессоры однокристальные, многокристальные и многокристальные секционные.

Процессоры даже самых простых ЭВМ имеют сложную функциональную структуру, содержат большое количество электронных элементов и множество разветвленных связей. Изменять структуру процессора необходимо так, чтобы полная принципиальная схема или ее части имели количество элементов и связей, совместимое с возможностями БИС. При этом микропроцессоры приобретают внутреннюю магистральную архитектуру, т. е. в них к единой внутренней информационной магистрали подключаются все основные функциональные блоки (арифметико-логический, рабочих регистров, стека, прерываний, интерфейса, управления и синхронизации и др.).

Микроэлектроника стремительно меняет нашу повседневную жизнь. Еще 10-15 лет назад было сложно представить появление многих современных цифровых устройств. Сегодня цифровые камеры заменили пленочные, IP-телефония - проводную связь, навигаторы - дорожные карты, а на смену бумажным письмам и книгам пришли электронные. Все это стало возможным благодаря развитию микроэлектроники и падению цен на чипы.

Вообще, с точки зрения техпроцессов, микроэлектроника - это вершина высоких технологий. Микроэлектронные предприятия устроены крайне сложно, и сегодня ни одна фирма в одиночку не способна поднять и решить весь пласт проблем, который встает перед современной микроэлектроникой. Поэтому вокруг производства формируется целый кластер научно-производственных компаний, R&D-центров, лабораторий. В него входят компании, занимающиеся разработкой, синтезом и производством новых материалов, производители высокотехнологичного оборудования, компании-специалисты в области дизайна чипов и высококвалифицированные аналитики, специалисты по исследованию состава и структуры вещества. То есть микроэлектронный кластер - это сотни высокотехнологичных компаний самого разного профиля.