- •1. Основы микросхемотехники ИС
- •1.1. Основные термины и определения
- •1.2. Этапы и направления развития ИС
- •1.3. Классификация ИС
- •1.3.4. Классификация по степени интеграции
- •1.4. Последовательность разработки ИС
- •2. Основы цифровой техники
- •2.3. Основные логические операции
- •2.4. Формы представления логической функции
- •2.5. Структурное проектирование цифровых схем комбинационного типа
- •3. Основные параметры и характеристики ЦИС
- •3.1. Основные параметры ЦИС
- •3.2. Характеристики ЦИС
- •3.3. Определение измеряемых параметров по характеристикам
- •4.1. Формирование биполярных транзисторов
- •4.3. Эквивалентная модель интегрального n–p–n биполярного транзистора
- •4.4. Режимы работы биполярного транзистора
- •4.6. Статические ВАХ транзистора
- •5. Диоды в интегральных схемах
- •5.1. Модель идеального диода
- •5.2. Эквивалентная схема интегрального диода
- •5.3. Аппроксимации ВАХ диода
- •5.4. Варианты реализации интегральных диодов
- •6. Пассивные элементы ИС
- •6.1. Основные параметры резисторов
- •6.2. Реализация интегральных резисторов
- •6.4. Реализация интегральных конденсаторов
- •7. Элементная база статических ЦИС на биполярных транзисторах
- •7.1. Резисторно-транзисторная логика (РТЛ)
- •7.1.1. Характеристики РТЛ
- •7.2. Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ)
- •7.2.1. Принцип работы
- •7.2.2. Входная характеристика
- •7.2.3. Передаточная характеристика
- •7.2.4. Выходная характеристика
- •7.2.6. Многоярусные ЭСЛ (МяЭСЛ)
- •7.3. Диодно-транзисторная логика
- •7.3.1. Расчет передаточной и входной характеристик
- •7.3.2. Выходная характеристика
- •7.3.3. Влияние нагрузки на логические уровни
- •7.4. Транзисторно-транзисторная логика
- •7.4.1. ТТЛ-элемент с простым инвертором
- •7.4.2. Передаточная характеристика
- •7.4.3. Входная характеристика
- •7.4.4. Выходная характеристика
- •7.4.6. Основные параметры
- •7.4.7. Многоэмиттерный транзистор
- •7.4.8. ТТЛ-элемент со сложным выходным каскадом
- •7.4.9. Модификация логического элемента
- •7.5. Интегральная инжекционная логика
- •7.5.2. Реализация логических функций
- •8. Полевые транзисторы
- •8.1. Типы полевых транзисторов
- •8.2. Определение физических параметров
- •8.3. модель полевого транзистора
- •8.4. Режимы работы и уравнения ВАХ полевого транзистора
- •9. Элементная база на полевых транзисторах
- •9.2. Передаточная характеристика и параметры инвертора с линейной нагрузкой
- •9.3. Передаточная характеристика и параметры инвертора с нелинейной нагрузкой
- •9.4. Передаточная характеристика и параметры инвертора с квазилинейной нагрузкой
- •9.5. Передаточная характеристика и параметры инвертора с токостабилизирующей нагрузкой
- •9.6. Передаточная характеристика и параметры комплементарного инвертора
- •9.8. Логические элементы на МОП-транзисторах
- •9.9. Определение эквивалентной крутизны группы переключающих транзисторов
- •9.11. Влияние параметров транзисторов на характеристики логического элемента
- •9.12. Сопряжение ТТЛ- и КМОП-схем
A |
ЭСЛ |
F1 |
F1 |
B |
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
C |
ЭСЛ |
F2 |
F2 |
D |
|
F |
|
|
|
||
|
|
|
−UИП
Рис.7.23. Расширение функциональных возможностей ЭСЛэлемента при объединении выходов
Отметим, что:
1)максимальное количество ярусов при стандартном питании ограничивается тремя;
2)для обеспечения НАР работы транзисторов требуются формирователи опорных напряжений UОП2, UОП1 и
входных логических сигналов U A0 , U 1A , U B0 , U1B ;
3)для повышения стабильности логического уровня единицы используется отрицательное питание.
7.3. Диодно-транзисторная логика
Достоинства:
1)простая схемотехника;
2)простая технология (n–p–n-транзисторы, диоды и резисторы);
3)простая топология.
Недостатки:
1)узкая зона помехоустойчивости;
2)высокая потребляемая мощность;
3)низкая нагрузочная способность;
4)среднее быстродействие.
114
На рис.7.24 и 7.25 приведены условное обозначение и электрическая схема ДТЛ-элемента.
A &
F=AB И-НЕ
B
Рис.7.24. Условное обозначение ДТЛ-элемента
UИП1 UИП2
R1
|
R2 |
R4 |
|
|
UВЫХ |
||
|
Д1 |
||
UВХ1 |
T1 Д3 |
||
|
|||
|
T2 |
||
UВХ2 |
|
||
Д2 |
R3 |
||
|
|||
|
|
Рис.7.25. Электрическая схема ДТЛ-элемента 2И-НЕ
Табл.7.5 является таблицей истинности ДТЛ-элемента, выполняющего логическую функцию И-НЕ.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7.5 |
|
|
|
Таблица истинности ДТЛ-элемента |
||||||
UВХ1 |
|
UВХ2 |
|
|
|
UВЫХ |
|
Примечания |
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
1 |
|
Д1, Д2 открыты |
0 |
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
Д1 открыт, Д2 закрыт |
1 |
|
|
0 |
|
|
|
1 |
|
Д1 закрыт, Д2 открыт |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
0 |
|
Д1, Д2 закрыты |
1. При |
U |
ВХ1 |
= U 0 |
U |
ВХ2 |
= U1 |
(Д1 открыт, Д2 закрыт) |
||
|
|
|
|
|
115
Т1 в НАР ( IЭТ1 = 0 ); Т2 - в РО;
UВЫХ = UИП2 = U1 (без нагрузки).
2. ПриU ВХ1 = U ВХ2 = U 1 (Д1, Д2 закрыты) Т1 в НАР; Т2 в РН;
UВЫХ = UКЭН = U0 (без нагрузки).
Если хотя бы на одном входе задан U0, соответствующий входной
диод открыт (Д1, Д2); T1 работает в НАР с IЭТ1 = 0, Т2 в РО и на выходе U1.
Только, когда на всех входах задан U1, входные диоды Д1, Д2 закрыты, T1 работает в НАР, а Т2 в РН и на выходе U0.
7.3.1. Расчет передаточной и входной характеристик
Рассмотрим одновходовую схему ДТЛ-элемента (рис.7.26).
UИП1 |
UИП2 |
|
R1 |
|
|
R2 |
R4 |
|
UВЫХ |
||
Д1 |
T1 Д3 |
|
UВХ1 |
||
T2 |
||
|
R3 |
Рис.7.26. Одновходовая электрическая схема ДТЛ-элемента
1. На участке AВ 0 < UВХ < UВХГР1 .
Ток протекает только через R1, R2 и Д1,
116
Д1 открыт → UБТ1 |
=UВХ + UД1Н , |
|
|
||||||
так как |
UБ |
Т1 |
< UД3 |
ГР |
+ UБЭ1 |
|
|
||
|
|
|
ГР , то T1 работает в НАР с IЭ |
||||||
= 0, Д3 открыт с IД = 0, Т2 работает в РО (UБ ЭТ 2 = U R3 = 0) . То- |
|||||||||
гда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UВЫХ = UИП2 − IКТ 2 R4 = UИП2 (так |
как |
IКT 2 = 0 ) |
|||||||
(рис.7.27), |
|
|
|
UИП1 − UД1Н − UВХ |
|
|
|
||
|
I |
ВХ = |
|
|
|||||
|
|
|
R1 + R2 |
(рис.7.28). |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Граничное условие перехода на следующий участок определяется моментом, когда ток потечет через транзистор Т1, диод Д3 и резистор R3:
UВХГР1 = UД3ГР + UБЭ1ГР − UД1Н .
2. На участке ВС при UВХГР1 |
< UВХ < UВХГР2 ток протекает от |
||
UИП1 через R1, R2: одна часть тока через Д1, другая - через T1, Д3, |
|||
R3. |
|
|
|
Тогда Д1 открыт, Т1 в НАР, Д3 открыт, Т2 в НАР с IЭ = 0. |
|||
С увеличением UВХ растет UR3 |
(0 <U R3 <UБЭT2 ) . При этом |
||
UВЫХ = UИП2 (см. рис.7.27), |
|
||
UВЫХ |
|
|
|
U 1 =UИП A |
В С |
|
|
|
|
UВЫХ = UВХ |
|
|
UБ1 |
|
3UБЭН |
UБЭН |
|
UБЭН |
|
UБ2 |
D |
||
U 0=UКЭН |
|
E |
F |
UВХГР1 |
UВХГР3 UВХГР4 |
UВХ |
UВХГР2
Рис.7.27. Передаточная характеристика ДТЛ-элемента
117
|
|
|
|
|
|
|
IВХ = IR1 − IR3 ≈ |
|
|
|||||
≈ |
U |
ИП1 |
− U |
Д Н |
− U |
ВХ |
− |
UВХ + UД1 |
− UБЭ1 |
− UД3 |
|
|||
|
|
|
|
|
Н |
|
|
(см. рис.7.28) |
||||||
|
|
R1 + R2 |
|
|
|
|
|
R3 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
IВХ |
|
|
|
|
|
UВХГР3 |
|
|
|
|
||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
E |
F UВХ |
|
|||
|
I |
U0 UВХ |
|
UВХ |
|
|
UВХ |
U1 |
|
|
||||
|
|
|
|
ГР1 |
|
|
ГР2 |
ГР4 |
|
|
|
D
I0 С
АВ
Рис.7.28. Входная характеристика ДТЛ-элемента Граничное условие перехода на следующий участок определяется
моментом открывания транзистора Т2, т.е. UБЭТ 2 = UБЭГР . Тогда
UВХГР 2 = UБЭ 2ГР + UД3Н + UБЭ1Н − UД1Н ~ UБЭГР + UБЭН .
3. На участке СD при UВХГР 2 < UВХ < UВХГР3 ток протекает от UИП1 через R1, R2: одна часть тока течет через Д1, другая - через T1, Д3, далее часть тока течет через R3 и часть - через Т2.
Тогда Д1 открыт, Т1 в НАР, Д3 открыт, Т2 в НАР.
UВЫХ = UИП2 – IК2R4 (см. рис.7.27),
IВХ = I R1 − IR3 − (1− αN )IЭТ 2 (см. рис.7.28).
118