Часть 1

. OUTPUT CURRENT UP TO 1,5A OUTPUT VOLTAGE 0F 3:5,2:6,8:8,5:9: 12,1; 13; 24 V

■THERMAL OVERLOAD PROTECTION

. SHORTCIRCUIT PROTECTION

■OUTPUT TRANSITION SOA

PROTECTION DESCRIPTION

The L7800 series af tree-terminal positive reigulators is available in TO-220 ISOWATT220 TO-3 and D2РАК packages and several fixed output voltages, making it useful in a wide range of applications.Theseregulators can piovide local oncard regulation, teriminating the distribution problems associated with single point regulation. Each type employs intenal current limiting, thermal shut-down and safe area protection, making it essentially indestructible. If adequate heat sinking is provided, itey can deliver over 1А output current. Although designed primarily as fixed voltage regulators, these devices can be used with external components to obtalnadjistable voltages and currents.

Рис. 13.20. Фрагменты технической информации на ИМС (см. также с. 262)

261

Рис. 13.20. Окончание

262

Контрольные вопросы

1.По каким признакам классифицируют интегральные схемы?

2.Приведите параметры ИМС.

3.Что такое серии ИМС?

4.Как маркируются и обозначаются на схемах ИМС?

5.Чем определяется сопротивление пленочного резистора?

6.От чего зависит площадь, занимаемая пленочным конденсатором на подложке гибридной интегральной схемы?

7.Чем отличаются биполярные транзисторы интегральных схем от дискретных транзисторов?

8.Каким образом реализуются диоды в полупроводниковых интегральных схемах и какие особенности при этом необходимо учитывать?

9.Каким образом реализуются резисторы в полупроводниковых интегральных схемах?

10.Каким образом реализуются конденсаторы в полупроводниковых интегральных схемах?

11.Зачем в ИМС изготавливают МЭТ и МКТ?

263

Тема. 14. Простейшие логические функции и логические элементы

Термины: система счисления, арифметические и логические опе-

рации, алгебра логики, инверсия, дизъюнкция, конъюнкция, элемент Пирса, элемент Шеффера, диодная матрица, транзисторный ключ, логический ноль и логическая единица, помехоустойчивость, работа переключения, время переключения, быстродействие, комбинационные

ипоследовательные (накопительные) логические элементы.

14.1.Логические функции и их реализация

14.2.Схемотехника простейших логических элементов

14.3.Характеристики и параметры цифровых ИМС

14.4.Классификация логических устройств

Способ записи чисел цифровыми знаками называется системой счисления. Основанием системы счисления q называется общее количество цифр, используемых в данной позиционной системе для записи чисел. Если принять q = 10, 2, 8, 16 и т.д., то будем иметь соответственно десятичную, двоичную, восьмеричную, шестнадцатеричную системы счисления. В табл. 14.1 приведен натуральный ряд чисел в различных системах счисления.

Применение двоичной системы счисления в цифровой электронике обеспечивает более высокую скорость выполнения операций и более высокую надежность электронной аппаратуры, т.к. элементной базой для ее построения служат элементы с двумя устойчивыми состояниями. В ряде случаев в цифровой технике применяются двоично-десятичные коды. Для

264

преобразования чисел из десятичной системы в двоично-десятичные коды необходимо каждую цифру в числе заменить соответствующей тетрадой (эквивалентом), а именно:

0 – 0000; 1 – 0001; 2 – 0010; 3 – 0011; 4 – 0100; 5 – 0101; 6 – 0110; 7 – 0111; 8 – 1000; 9 – 1001.

Например:

2934,5(10) > 0010.1001.0011.0100,0101 (2-10)

Над числами в двоичной системе счисления выполняются арифметические и логические операции. К арифметическим относятся четыре операции: сложение, вычитание, умножение и деление. Алгоритм выполнения арифметических операций такой же, как и в десятичной системе счисления. Помимо арифметических операций существуют логические операции, которые относятся к поразрядным (операции выполняются внутри каждого разряда без переносов и заемов).

Логические операции. Для описания алгоритмов работы цифровых устройств разработан соответствующий математический аппарат, который получил название булевой алгебры или алгебры логики. Алгебра логики занимается изучением логических операций и оперирует двумя понятиями: высказывание истинно или ложно. При этом истинное высказывание принимается за логическую единицу, а ложное – за логический ноль. В алгебре логики высказывания могут быть простыми и сложными. Высказывание, значение истинности которого не зависит от значения истинности других высказываний, называется простым. При анализе и синтезе логических схем простое высказывание рассматривается как независимая переменная х, принимающая два значения: «0» или «1». Сложное высказывание зависит от простых высказываний и также может принимать два значения: «0» или «1». Зависимость сложного высказывания от простых носит название логической или переключательной функции у.

у= f(x1 ,x2 … xn).

14.1.Логические функции и их реализация

1.Логическое отрицание (или инверсия). Записывается эта функция так: y = x . Данная функция реализуется логическим элементом, который

называется инвертором или элементом НЕ (рис. 14.1).

Каждый логический элемент характеризуется таблицей состояний на входе и выходе, которую называют таблицей истинности. Таблица истинности для элемента НЕ изображена на рис. 14.2.

265

2. Вторая логическая функция называется дизъюнкцией, или логическим сложением. y = x1 x2 ... xn. Элемент, реализующий функцию

дизъюнкции, называется ИЛИ (рис. 14.3, 14.4).

Конъюнкция, или логическое умножение. Элемент, реализующий функцию конъюнкции, называется И (рис. 14.5, 14.6). y = x1 x2 ... xn.

Рис. 14.5. УГО элемента 2И Рис. 14.6. Таблица истинности элемента 2И

Элементы НЕ, ИЛИ, И представляют собой функционально полный набор логических элементов. Только при помощи этих элементов можно выполнить любую сколь угодно сложную функцию.

3. Элемент Пирса. Этот элемент, реализующий функцию отрицания дизъюнкции, называется ИЛИ-НЕ (рис. 14.7, 14.8). y = x1 x2.

4. Элемент Шеффера. Этот элемент, реализующий функцию отрицания конъюнкции, называется И-НЕ (рис. 14.9, 14.10). y = x1 x2.

266

5. Исключающее ИЛИ – это элемент ИЛИ, который исключает два одинаковых состояния на входе (рис. 14.11, 14.12).

Маркировка логических элементов. Вторая и третья группы в обозначении цифровых ИМС показывают, какой логический элемент перед нами. Например:

Рис. 14.13. Варианты маркировки логических элементов

Следует заметить, что отдельные логические элементы в интегральном исполнении в настоящее время не выпускаются по причине нецелесообразности.

14.2.Схемотехника простейших логических элементов

1.Элемент НЕ (рис. 14.14, 14.15). В общем случае представляет транзисторный ключ на полевом или биполярном транзисторе.

2. Элемент ИЛИ. В простейшем случае реализуется на полупровод- никовых диодах (рис. 14.16). Таблица истинности – рис. 14.17. Необходи- мым условием для работы является:

1)Uвх1 > Uип;

2)R >> Ri.пр..

3. Схема И (рис. 14.18). Элементы И-НЕ и ИЛИ-НЕ реализуются под- ключением на выход диодной матрицы транзисторного инвертора. R >> Rпр..

Рис. 14.18. Реализация И на диодах

4. Исключающее ИЛИ (рис. 14.19)

Рис. 14.19. Схема и таблица истинности исключающее ИЛИ

База каждого из входных транзисторов VT1, VT2 соединена с эмит- тером другого транзистора. На транзисторе VTЗ собран инвертор, или транзисторный ключ.

268

14.3. Характеристики и параметры цифровых ИМС

Логические и схемотехнические возможности базовых функциональных элементов определяются совокупностью электрических и функциональных параметров, которые являются основными для микросхем.

Основные параметры цифровых ИМС определяют допустимые сочетания схем в устройстве и в обобщенном виде характеризуют их работоспособность в сложных устройствах. Основные параметры цифровых ИМС, число которых одинаково для всех типов микросхем, определяются по измеряемым электрическим параметрам (входным и выходным токам и напряжениям), число которых зависит от типа микросхемы. Поэтому основные параметры являются общими для всех существующих и возможных логических ИМС и позволяют сравнивать между собой микросхемы различных типов.

К характеристикам цифровых ИМС относятся:

∙ Входные характеристики (рис. 14.20) – это зависимость входного тока Iвх. ИМС от величины входного напряжения. Iвх.. = f(Uвх..).

Рис. 14.20. Входные характеристики

Кривая 1 – для ИМС, у которых входной ток максимален при логическом нуле на входе. Кривая 2 – это характеристика ИМС, у которых входной ток максимален при логической единице на входе.

∙ Передаточные характеристики. Это зависимость выходного напряжения ИМС от входного (рис. 14.21).

Рис. 14.21. Передаточные характеристики

269

Кривая 1 – для ИМС с инверсией. Кривая 2 – для ИМС без инверсии.

Параметры ИМС

Параметры ИМС подразделяются на две группы – статические и динамические.

1.Статические параметры характеризуют работу ИМС при статических 0 или 1 на входе и выходе.

К статическим параметрам относятся:

1.Напряжение источника питания Uип.

2.Входные и выходные напряжения логического нуля и логической

единицы: Uвх.0, Uвх.1, Uвых.0, Uвых.1.

3.Входные и выходные токи логического нуля и логической едини-

цы: Iвх.0, Iвх.1, Iвых.0, Iвых.1.

4.Коэффициент разветвления Кр (иногда обозначается n) показывает

количество входов микросхем нагрузок, которые можно подключить к данной микросхеме без потери ее работоспособности (характеризует нагрузочную способность ИМС).Однако увеличение n, т.е. увеличение числа нагрузок, ухудшает помехоустойчивость и быстродействие.

5.Нагрузочная способность ИС в значительной степени определяется типом применяемого в них инвертора. Для простейшего инвертора, состоящего из одного транзистора, n = 2...4, для сложных n = 10...20.

В схемах на основе МДП-транзисторов входы последующих схем в статическом режиме практически не нагружают выходов предыдущих. Это дает возможность иметь очень большой коэффициент разветвления по выходу. Однако в динамическом режиме емкости присоединенных входов замедляют переходной процесс и увеличивают ток, потребляемый данной схемой.

6.Коэффициент объединения по входу Коб. (иногда обозначают т) – это максимальное число входов, которое может иметь логический элемент.

Сего увеличением расширяются логические возможности микросхемы за счет выполнения более сложных функций на одном типовом элементе. Увеличение коэффициента объединения по входу ухудшает другие параметры микросхемы: быстродействие, помехоустойчивость, нагрузочную способность. Чаще всего он не превышает 8, что определяется ограниченным числом выводов ИС. Для увеличения т в ИМС вводят специальную схему (логический расширитель), подключение которой к основному элементу позволяет увеличить его до 10 и более.

270