Твердотельная електроника / mikroshemotehnika

Сигнал, що комутується, подається між емітерами транзисторів, а керувальна – між базами і колекторами. Зустрічне вмикання транзисторів VK1 і VK2 забезпечує міні-

мізацію залишкової напруги, оскільки Uзал UKEH1 UKEH2 .

Проте прямий опір перемикача стає удвічі більшим, ніж при застосуванні поодинокого транзистора. Така схема застосовується в мікросхемах серій 101, 124, 162, 743, 762.

На рисунку 1.29 наведена принципова схема АК зі схемами керування, які, побудовані на транзисторах V1 і V2 ,

є, по суті, ГСС.

Рисунок 1.29 – АК зі схемами керування

перемикача переходять до режиму насичення за рахунок

дять у режим відсічки, забезпечуючи розімкнений стан АК.

41

мілівольт, допустимий струм, що комутується, – десятки міліампер. Розглянуті діодні і транзисторні АК належать до I -покоління.

1.8.3 Аналогові ключі на МОН-транзисторах

Переваги комутаторів на МОН-транзисторах перед АК на біполярних транзисторах:

1 Відсутність p n -переходів на шляху витік – стік виключає зсув рівня передаваного сигналу, як це має місце в АК на біполярних транзисторах.

2 За рахунок дуже великого вхідного опору МОНтранзистора керування здійснюється не струмом, а напругою, і це усуває необхідність застосування трансформатора розв`язки на вході керування, як це має місце в АК на біполярних транзисторах.

Недолік комутаторів на МОН-транзисторах: необхідність достатньо великої амплітуди керувального сигналу (для одержання малого опору rпр відкритого транзистора).

До другого покоління ІМС аналогових ключів належать серії 168, 190, виконані на МОН-транзисторах з індукованим p-каналом. Такі АК багатоканальні, оскільки МОН-транзистори можуть забезпечити високу щільність пакування. Наприклад, в ІМС К1КТ682 (рис. 1.30) міститься чотири ключі, а в мікросхемах серії К190 – чотири або п`ять ключів.

42

Рисунок 1.30 – АК на МОН транзисторах

Характеристики 168 серії: rпр 100Oм, tвкл 0,3мкс ,

tвкл 0,7мкс. Імпульси керування – негативні з амплітудою

15 – 20 В. Недолік серій 168 і 190 – несумісність вихідних сигналів ТТЛ схем із вхідними рівнями керування p-канальними МОН-ключами.

Цей недолік долається в ІМС АК третього покоління (серії 143, 176, 590). У складі цих серій використовуються внутрішні формувачі керувальних імпульсів – із метою узгодження з ТТЛ схемами. Наприклад, ІМС К143КТ1 містить у собі два незалежних МОН ключа і два пристрої керування (ПК) – формувачі (рис. 1.31).

Опір ключа в увімкненому стані rпр 150Oм.

Пристрої керування ПК1 і ПК2 забезпечують закритий стан ключів при керуючій напрузі від -1,2 В до +0,45 В (логічний "нуль"). Відкриваються ключі при подачі на ПК напруги логічної "одиниці" від - 2,6 В до +5,5 В.

43

Рисунок 1.31 – МОН-ключі з формувачами

1.9 Інтегральні компаратори

Компаратори (пристрої порівняння) призначені для визначення моменту рівності двох напруг, однієї постійної (як правило), другої – змінної. У момент рівності цих напруг на виході компаратора повинен формуватися крутий перепад напруги (фронт імпульсу).

Найпростіший компаратор – це операційний підсилювач без негативного зворотного зв`язку, оскільки він із великим коефіцієнтом підсилення підсилює різницеву

напругу Uвх Uвх Uвх .

На рисунку 1.32 зображені схема найпростішого компаратора (а), його статична передавальна характеристика (б) і діаграми напруг, що ілюструють його роботу (в).

Точність порівняння напруг Uc і Uоп буде тим більшою, чим вужча лінійна ділянка СПХ за входом Uл,

тобто точність залежить від крутизни зміни Uвих компара-

тора. Цю крутизну можна підвищити, застосовуючи т. зв.

регенеративний компаратор – операційний підсилювач,

охоплений слабким позитивним зворотним зв`язком.

44

а)

Uвих

Uл

Uвх=Uоп–Uc

Рисунок 1.32 – Найпростіший компаратор

Рівні вихідної напруги компараторів на ОП несприйнятні для роботи з цифровими ТТЛ-схемами. Для перетворення рівнів вихідної напруги ОП до рівнів, що забезпечують нормальне функціонування ТТЛ-схем, на виході ОП вмикають простий ланцюжок R, VD1, VD2 і

Uзм . При Uвих Uвих діод VD2 закритий, діод VD1 відкри-

компаратори, виконані у вигляді єдиної АІС із мінімумом навісних елементів і придатні до безпосереднього введення сигналів у цифрові пристрої.

45

—

VD2 Uвих

Рисунок 1.33 – Компаратор із цифровим виходом

Фактично, такі інтегральні компаратори – це спеціалізовані ОП із двома входами і поодиноким або парафазним цифровим виходом, який видає сигнал логічного «нуля» або логічної «одиниці» залежно від знака різниці U Uоп Uc.

Як правило, такі компаратори складаються з одного або двох диференціальних підсилювачів, емітерного повторювача, стабілізованого каскаду зсуву рівня і кола обмеження вихідного сигналу. Найпоширеніші інтегральні компаратори – це АІС 521СА1, 521СА2.

Принципова схема компаратора 521СА2 наведена на рисунку 1.34. Перший диференціальний каскад зібраний на транзисторах V1 і V4 і живиться від ГСС на транзисторі V5 .

R1, R4 – резистори навантаження першого диференціаль-

ного каскаду; R7 , V10 , R8 – коло зміщення ГСС на транзисторі V5 . Транзистор V9 виключає вплив вихідного кола на зміщення ГСС (базу V9 під’єднують безпосередньо до корпусу). Другий диференціальний каскад зібраний на транзисторах V3 , V6 з резисторами навантаження R2 , R3 і

R6. Стабілітрон Vст1 має опірну напругу +6,2 В і фіксує потенціал баз V3 і V6 на рівні приблизно +6,9 В.

46

—E

Рисунок 1.34 – Спеціалізований інтегральний компаратор

Тому допустимий сигнал на входах компаратора може наближатися до 7 В. Напруга з виходу другого диференціального каскаду надходить на емітерний повторювач на транзисторі V8 , який забезпечує необхідну

навантажувальну здатність. Стабілітрон Vст2 в емітерному колі V8 зсуває рівень вихідного сигналу «вниз» на 6,2 В,

щоб узгодити його з входами цифрових ТТЛ-схем.

47

Транзистор у діодному режимі V7 обмежує розмах вихідного сигналу в позитивній області (при Uвих 4B

транзистор V7 відкривається і замикає накоротко

диференціальний вихід другого каскаду). Таким чином, вихідна напруга не може зменшитися нижче рівня0,7... 0,8B (напруги на прямозміщеному колекторному

переході транзистора V9 у режимі насичення) і перевищити

+4 В (за рахунок дії транзистора V7 ). Тому вихідні рівні

48

2 Схемотехніка цифрових інтегральних мікросхем

2.1 Загальна характеристика інтегральних логічних елементів

Цифрові інтегральні схеми (ЦІС) – це такі інтегральні схеми, за допомогою яких перетворюються і обробляються дискретні сигнали, виражені у двійковому або іншому цифровому коді, і які призначені для роботи в різноманітних електронних вузлах і системах.

До ЦІС належать логічні елементи, тригери, регістри, суматори, лічильники, шифратори, дешифратори, арифме- тико-логічні пристрої, АЦП, ЦАП, різні схеми пам`яті тощо.

Логічні елементи, як відомо, реалізують такі логічні операції:

–логічне заперечення (інверсія, операція НЕ);

–логічне множення (кон’юнкція, операція І);

–логічне додавання (диз’юнкція, операція АБО);

– операція І НЕ y x1 x2 ... xn ;

– операція АБО НЕ y x1 x2 ... xn .

Із цих елементів саме елементи І НЕ та АБО НЕ є базовим: в алгебрі логіки доведено, що для побудови цифрових систем будь-якої складності достатньо мати в наборі лише однотипні елементи І НЕ або АБО НЕ. А тому для цифрової мікросхемотехніки найбільш важливим і першочерговим є знання принципів побудови і функціонування саме базових логічних елементів (БЛЕ). Це знання дозволяє потім засвоїти й більш функціонально складні ЦІС. Електричні параметри БЛЕ визначають характеристики практично всіх ЦІС, що входять до складу спільної з цим базовим елементом серії.

49

Класифікація інтегральних логічних елементів

За видом логічної операції, що реалізується в них,

розрізняють:

– ІЛЕ одноступеневої логіки (НЕ, І, АБО, І НЕ,

АБО НЕ );

– ІЛЕ двоступеневої логіки (І АБО,І АБО НЕ). За способом подання цифрових сигналів ІЛЕ

поділяються на:

–потенціальні, в яких значення логічних 0 і 1 подані двома рівнями електричного потенціалу – низьким і високим;

–імпульсні, в яких значення 0 і 1 свідчать про відсутність і наявність імпульсів певної тривалості і амплітуди.

За типом елементів, з яких побудовані ІЛЕ, розрізняють: логічні елементи транзисторно-транзисторної логіки (ТТЛ), логічні елементи емітерно-зв’язаної логіки (ЕЗЛ), логічні елементи на МОН (КМОН)-структурах, логічні