Рис.7.46. Схема ТТЛ-элемента с диодами Шотки

7.5. Интегральная инжекционная логика

Логические элементы интегральной инжекционной логики (И2Л) используются в БИС. Основой И2Л-элемента является структура, показанная на рис.7.47,а. Этот элемент состоит из токозадающего горизонтального p–n–p-транзистора Тp и переключающего вертикального n–p–n-транзистора Тn (рис.7.47,б). Базовая область Тp совмещена с эмиттерной областью Тn и заземлена, а коллекторная область Тp совмещена с базовой областью Тn.

139

Рис.7.47. И2Л-инвертор: а - физическая структура; б - электрическая схема

Достоинства:

1)высокая степень интеграции;

2)малое напряжение питания;

3)малая потребляемая мощность.

Недостатки:

1)малое значение логического перепада (0,4 - 0,6) В;

2)низкая помехоустойчивость.

7.5.1.И2Л-элементы

Рассмотрим работу схемы И2Л. На инжекторный p–n-переход для смещения его в прямом направлении с помощью резистора R, подключеного к выводу 1, подается напряжение UИП. Ток инжекции дырок определяется сопротивлением R:

IЭ = UИП -UБЭН .

R

Часть дырок, инжектированных эмиттерным p–n-переходом горизонтального p–n–p-транзистора Тp, составляет коллекторный

ток Ii = aN × IЭ , попадающий в область базы n–p–n-транзистора Тn. Это приводит к нарушению условия электронейтральности базы и протеканию тока через эмиттерный переход. Транзистор Тp, включенный по схеме с общей базой, обладает большим выходным сопротивлением. Таким образом, инжекторный транзистор Тp можно заменить генератором тока Ii (рис.7.48).

140

Tn

Ii

Рис.7.48. Схема инвертора с источником тока

Базовый ток переключающего транзистора Тn, как показано ранее, определяется резистором R небольшого номинала и может быть использован для большого числа инжекторов. Ток инжектора может изменяться в широких пределах: от 1 нА до 1 мА. Это позволяет, во-первых, использовать оптимальное питание базовых цепей; во-вторых, управлять быстродействием элемента. На трех элементах строится цепочка инверторов (рис.7.49).

Рис.7.49. Цепочка из трех инверторов

Если входной сигнал А = 1, то инжекционный ток I1 течет в базу транзистора Т1, который работает в режиме насыщения. Его кол-

лекторный ток равен току инжекции I2. Напряжение UКЭН , соот-

ветствующее уровню U 0 , недостаточно, чтобы открыть эмиттер-

ный переход Т2. Транзистор работает в НАР с IЭ = IЭ0 = 0 . Соответственно ток инжекции I3 откроет эмиттерный переход Т3

и напряжение на базе транзистора равняется UБ3 = UБЭН + I3 × rБ .

141

Таким образом, n–p–n-транзисторы выполняют функцию переключателей тока инжекторов.

7.5.2. Реализация логических функций

Простейший логический элемент можно построить на основе двух инверторов с помощью монтажного соединения их выходов (рис.7.50,а). В результате монтажного соединения реализуется операция логического умножения выходных сигналов инверто-

ров: F = A × B = A + B . F = 1 только тогда, когда A = B =1 , что соответствует закрытому состоянию транзисторов Т1, Т2. F = 0, если хотя бы один из транзисторов находится в открытом состоянии. Над входными сигналами выполняется операция ИЛИ-НЕ, которая называется "монтажное И". Возможна реализация логического элемента с использованием многоколлекторной транзисторной структуры. На рис.7.50,б приведена схема двухвходового логического элемента, выполненного на двухколлекторном переключающем транзисторе.

Рис.7.50. Схемы логических элементов ИЛИ-НЕ: а - с одноколлекторными транзисторами; б - с двухколлекторными транзисторами

142