1.4 Комплементарные логические элементы на основе транзисторов "металл-окись-полупроводник"

Комплементарные логические элементы на основе транзисторов "металл-окись-полупроводник" (КМОП - типа) с индуцированными каналами разного типа проводимости обладают самыми лучшими показателями по потребляемой мощности. Схема КМОП - элемента типа И-НЕ показана на рисунке 1.6. Элемент содержит только МОП транзисторы двух типов: с индуцированным n-каналом (Т3, Т4) и с индуцированным p-каналом (Т1, Т2).

Рассмотрим принцип действия КМОП - элемента. Пусть, например, в исходном состоянии на обоих входах присутствует лог. 0. В этом случае верхние тразисторы Т1 и Т2 будут открыты, а нижние транзисторы Т3, Т4 будут закрыты. На выходе будет установлена лог. 1, но ток в микросхеме протекать не будет из-за закрытых транзисторов Т3, Т4. Если на входе Х1 присутствует лог.0, а на входе X2 - лог.1, то транзисторы Т1, Т4 будут открыты, а транзисторы Т2, Т3 - закрыты. На выходе при этом установится также значение лог.1. Смена входных сигналов приводит к смене состояний Т1, Т4 и Т2, Т3, и на выходе опять установится лог.1, но ток в схеме после переключения также равен нулю. Подача на оба входа лог.1 приводит к открытому состоянию Т3, Т4 и к закрытому состоянию Т1, Т2, при этом на выходе устанавливается лог.0, но и в этом состоянии ток в схеме также не проходит.

Следовательно, в КМОП-элементах энергия тратится только лишь во время переключений на перезаряд паразитных емкостей и емкостей нагрузки схемы. КМОП - элементы являются высокотехнологичными, так как не содержат в своих схемах разнородных элементов, таких как резисторы, диоды, биполярные транзисторы. К недостаткам КМОП - элементов можно отнести паразитное влияние p-n-p и n-p-n - переходов, которые возникают как побочные переходы в КМОП структурах, размещаемых на одной полупроводниковой подложке. Эти паразитные биполярные структуры иногда отрицательно сказываются на поведении КМОП - элементов, вызывая так называемый тиристорный эффект, искажающий передаточную характеристику элемента.

Рисунок 1.6 - Электрическая схема логического элемента КМОП-типа 2И-НЕ на транзисторах с индуцированными каналами n (T3, T4)- и p (T1, T2)-типа

1.5 Контрольные вопросы

1. Поясните принцип действия и приведите выходные статические характеристики n-p-n биполярного транзистора.

2. Приведите основные схемы включения транзистора.

3. Чем отличаются выходные ВАХ транзистора, включенного по схеме ОЭ и ОБ?

4. Приведите сравнительный анализ схем включения биполярного транзистора.

5. Какая структура и особенности работы МОП-транзистора?

6. Приведите условно-графические обозначения всех типов МОП- транзисторов и их проходные ВАХ.

7. Какое основное отличие МОП-транзистора с индуцированным каналом от МОП-транзистора со встроенным каналом?

8. Приведите сравнительный анализ частотных и временных параметров полевых транзисторов с p-n переходом и МОП-типа.

9. Биполярный транзистор с диодом Шоттки. Объясните его преимущества в ключевых каскадах.

10. Дайте классификацию логических элементов

11. Поясните принципы работы DTL-элемента.

12. Опишите таблицу истинности для элемента "исключающее ИЛИ".

13. Назовите недостатки DTL-элемента?

14. Поясните принцип работы TTL-элементов.

15. Опишите таблицу истинности для элемента 3ИЛИ-НЕ.

16. Какие недостатки характерны для TTL-элементов?

17. В чем принципиальное отличие элементов ТТL и ТТL-Шотки?

18. Поясните принцип работы КМОП-элементов.

19. От чего зависит потребляемая мощность КМОП-элемента?

20. Какие недостатки КМОП-элементов Вы знаете?

21. Какие технологические особенности присущи логическим элементам разного типа?

22. Какие устройства и органы управления содержит лабораторный стенд?