Реализация логических функций на моп транзисторах Инвертор.

Если , транзистор открыт.

;

Коэффициент разветвления МОП транзисторов велик, так как I_З практически равен нулю и измеряется в пикоамперах.

Если , транзистор закрыт. Резистор дорого делать в микросборке, Поэтому применяется другая схема:

Определим рабочую точку (Р.Т.)

В приведенной схеме Р.Т. находится

на наклонном участке характеристики,

который можно считать линейным.

VT_Н всегда открыт, поэтому зависимость U от I практически линейна и транзистор выполняет роль резистора.Эта схема инвертора с квазилинейной нагрузкой. Недостаток: дополнительный источник питания.

Схема с нелинейной нагрузкой.

Схема аналогична приведеной выше, но вместо источника Е₃ вставляется перемычка с Е_С. В этой схеме так же возможна замена VТ_Н на эквивалентный источник тока.

Определим рабочую точку (Р.Т.)

I_C не зависит от U_CK - это так называемое насыщение МОП транзистора. Это инвертор с нелинейной нагрузкой, так как здесь VT_Н фактически является источником тока. Эту схему можно использовать в интегральных схемах.

Характеристики логических элементов на моп транзисторах

Элементы изготавливаемые по МОП технологии имеют наилучшие показатели по коэффициенту функциональной интеграции. Первые микропроцессоры были реализованы на p-канальных транзисторах.

Скорость срабатывания:

- р-канал - сотни нс

- n-канал - десятки (до 50) нс

Их применение ограничивается низким быстродействием

(Лучшая скорость - 20 нс)

Логические элементы на МОП - не критичны к величине напряжения питания. Имеют оптимальную помехоустойчивость. U_П - между общим выводом и питанием.

Передаточная характеристика

В связи с большим входным сопротивлением на затворе транзистор может накапливать электростатическое электричество.

Реализация логических функций на базе элементов на моп транзисторах.

Если U_X1 = U_X2 = HУ, то оба нижних транзистора закрыты и к выходу подключается источник питания через нагрузочный транзистор. Если хотя бы на одном из входов - ВУ, соответствующий транзистор открыт и к выходной схеме через сопротивление канала подключается общий вывод.

Таким образом, это схема элемента 2ИЛИ-НЕ.

Элемент 2И-НЕ

Если хотя бы на одном из входов НУ, то соответствующий транзистор закрыт и будет отсутствовать цепь между общим выводом и выходом схемы, а так как нагрузочный транзистор всегда открыт, то на выходе - ВУ.

Если на входе - ВУ, то оба транзистора открыты в схеме существует цепь для протекания тока между общим выводом и выходом. На выходе - НУ.

Таким образом, это элемент 2И-НЕ, недостаток схемы - снижение помехоустойчивости из-за повышения величины НУ.

Логические элементы на кмоп транзисторах

Если на входе ВУ (Е_С), то VT₁ открыт, так как разность напряжений U_ЗИ для VT₁ больше U_П. При этом U_ЗИ для VT₂ приблизительно равно нулю. Поэтому VT₂ закрыт, U_Y = HУ.

Если на входе НУ, то , а .

Так как VT₂ является р-канальным транзистором, то он открывается, а VT₁ закрыт. На выходе схемы - ВУ.

Из принципа работы следует, что в статическом режиме в схеме отсутствуют цепи для протекания каких-либо токов. Присутствуют только токи утечки между подложкой и электродами транзистора,но они очень малы - порядка нескольких пикоампер. Таким образом, в статическом режиме схемы на КМОП элементах практически не потребляют мощности. Ток потребления таких микросхем измеряется в мкА.

ПМОП:

К1816ВЕ31

К1816ВЕ51

КМОП:

К1830ВЕ31

К1830ВЕ51

При переключении входного напряжения в схеме существует промежуток времени, когда открыты оба транзистора. В этом случае между E_C и общим выводом возникает сквозной ток, который вызывает повышенное энергопотребление у источника питания. Таким образом при расчете источника питания необходимо учитывать динамическую мощность.

КМОП элементы имеют малое потребление энергии и малое быстродействие (10-100 нс), но они хорошо “пакуются” (MSI)

К КМОП элементам относятся:

К564, К561, МПС, ОЗУ