Министерство образования и науки РФ

НГТУ

Кафедра ПЭ

Курсовая работа по дисциплине «Микроэлектроника»

Расчет логического элемента

Факультет: РЭФ

Группа: РМ7-01с

Студент: Багочюс Е.К.

Преподаватель: Кожухов В.В.

Новосибирск 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ.

1. Задание…………………………………………………………………….3

2. Краткое описание сложного инвертора…………………………………3

3. Исходные данные…………………………………………………………4

4. Расчет схемы………………………………………………………………4

4.1. Расчет сложного инвертора…………………………………….4

4.2. Расчет и выбор элементов питающей схемы………………….6

5.Построение выходной характеристики сложного инвертора…………..8

6.Список литературы………………………………………………………...9

1.Задание.

ВАРИАНТ №8

Рассчитать элементы схемы, обеспечивающие ее работу. DD1 является элементом 155 серии. Коэффициент разветвления принять равным 8. Принять значение β=45 для всех транзисторов в схеме. Построить выходную характеристику сложного инвертора.

Рис. 1.

2.Краткое описание сложного инвертора.

Если на вход МЭТ VT2 поданы высокие уровни напряжения (логическая единица), то переходы эмиттер-база транзистора смещены в обратном направлении и ток через переход коллектор-база втекает в базу транзистора VT3 и далее в базу транзистора VT5, что приводит к насыщению транзисторов VT3 и VT5. При этом МЭТ работает в инверсном активном режиме, т.к. все переходы эмиттер-база смещены в обратном направлении, а переход коллектор-база смещены в прямом направлении. Транзистор VT4 закрывается, т.к. напряжение между коллекторами транзисторов VT3 и VT5 оказывается ниже, чем суммарный порог отпирания транзистора VT4 и смещающего диода VD5. Основное назначение смещающего диода состоит в надежном запирании транзистора VT4 при насыщении транзисторов VT3 и VT5. В результате выходное напряжение Uкн(VT5) соответствует уровню логического нуля. Когда напряжение хотя бы на одном из выходов равно низкому уровню напряжения (логический ноль), то соответствующий переход эмиттер-база МЭТ смещается в прямом направлении и весь ток, протекающий через сопротивлении R3, поступает во входящую цепь схемы и МЭТ входит в насыщении, коллекторный ток МЭТ уменьшается. При этом напряжение на базе транзистора VT3 составляет сотые доли вольта. Поэтому транзисторы VT3 и VT5 закрыты.

3.Исходные данные.

Еп=5в

β=45

Краз=8

Для расчета используем микросхему К155ЛА3

Ее номинальные параметры:

Тип Элемента
К155ЛА3

Константы используемые в расчете схемы:

;

; ;

Тепловой потенциал: мВ

4.Расчет схемы.

4.1. Расчет сложного инвертора.

На рисунке 2 изображен момент, когда транзистор VT4 открыт, выходной ток должен обеспечивать ток логической единицы, напряжение – соответственно:

Отсюда:

Рис. 2.

Ток базы транзистора VT4 будет определятся:

Резистор R4 ограничивает базовый ток транзистора VT4 в режиме высокого уровня на входе и базовый ток транзистора VT5 в режиме низкого уровня на выходе. Нагрузкой является элемент ТТЛ, у него входные токи в режиме 0 на входе больше, чем при 1 на входе. Поэтому R4 находим из условия необходимого тока базы VT5.

Рис. 3.

Ток коллектора транзистора VT5 должен обеспечить входной ток низкого уровня элемента DD1, тогда ток базы транзистора:

Ток через сопротивление R7 будет определяться условием

Теперь найдем сопротивление резистора R7:

Найдем сопротивление R4

Чтобы транзистор VT4 находился в режиме отсечки во время работы транзисторной пары VT3 – VT5 необходимо соблюсти следующее условие:

Условие выполняется за счет диодаVD5

Ток коллектора транзистора VT3 будет определяться:

Найдем ток базы транзистора VT3:

Из следующего соотношения найдем токи:

;

Из условия насыщенности транзистора:

Отсюда находим R3:

4.2. Расчет и выбор элементов питающей схемы.

Представленная схема должна обеспечить токи высокого и низкого уровня на коллекторе транзистора VT1. Принцип работы схемы показан на рисунке 5. При подаче импульса управления диоды VD1 и VD2 закрываются, ток поступает на базу VT1 и транзистор открывается – на выходе логический “0”. При подаче 0 VD1 и VD2 –открыты, VD3 и VD4 – закрыты, VT1 закрыт, на выходе – “1”.

1 3 4

2

Рис. 4.

Рис. 5.

Выбираем диоды [1]: подходит по максимальным токам и напряжению 2Д238BC, прямое падение напряжения Uo=0.7В.

Когда транзистор VT1 закрыт:

Выбираем тип резистора [2]: МЛТ-0.125-8М2 5%.

Сопротивление R6 необходимо для снятия заряда с базы транзистора, для перехода его из режима насыщения в режим отсечки, как правило падение тока на нем в активном режиме транзистора не превышает 10-20%. Возьмем 20%, тогда ток базы транзистора VT1 будет определяться как:

Зная ток базы транзистора не сложно найти величину резистора R6:

Выбираем тип резистора [2]: МЛТ-0.125-270М 5%.

Найдем сопротивление резистора R1:

Возьмем резистор типа [2]: МЛТ-0.125-100М 5%.

Возьмем транзистор КТ396А9, удовлетворяющий необходимым параметрам.

5.Построение выходной характеристики сложного инвертора.

Рис. 6.

Условие перехода из активного режима в режим насыщения:

При :

Выходная характеристика:

Рис. 7.

6.Список литературы:

1. Полупроводниковые приборы. Транзисторы. Дополнение первое: справочник. – М.: Рикел, Радио и связь, 1994. – 232с.: ил.

2. Резисторы: Справочник / В.В. Дубровский, Д.М. Иванов, Н.Я. Пратусевич и др.; Под ред. И.И. Четвертакова и В.М. Терехова. – 2-е изд., перераб. и дор. – М.: Радио и связь, 1991. – 528с.: ил.

3. Микросхемотехника: Учебное пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1990. – 496 с.: ил.

4. Расчет элементов цифровых устройств: Учебное пособие/ Л.Н.Преснухин, Н.В. Воробьев, А.А. Шишкевич; Под ред. Л.Н. Преснухина. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. Шк., 1991. – 526 с.: ил