Çipat CMOS janë familja ideale e qarqeve logjike. Baza elementare e logjikave të ndryshme: skema, ttl, ttlsh, kmop

Nivelet logjike të mikroqarqeve CMOS me një furnizim 5 volt janë paraqitur në Fig. 9.

Kufijtë e niveleve logjike zero dhe një për mikroqarqet CMOS me një furnizim me energji pesë volt janë paraqitur në Fig. dhjetë.

Oriz. 10. Nivelet e sinjaleve logjike në hyrje të mikroqarqeve dixhitale CMOS.

Figura 10 tregon se kufiri i niveleve të funksionimit për të siguruar imunitetin ndaj zhurmës në CMOS është më shumë se 1,1 V. Kjo është pothuajse tre herë më shumë se ajo e TTL.

Me një ulje të tensionit të furnizimit, kufijtë e zeros logjike dhe asaj logjike zhvendosen në përpjesëtim me ndryshimin e tensionit të furnizimit.

Familjet e mikroqarqeve CMOP

Mikroqarqet e para CMOS nuk kishin dioda mbrojtëse në hyrje, kështu që instalimi i tyre paraqiti vështirësi të konsiderueshme. Kjo është një familje e mikroqarqeve të serisë K172. Familja tjetër e përmirësuar e mikroqarqeve të serisë K176 mori këto dioda mbrojtëse. Ajo është mjaft e përhapur në kohën e tanishme. Seria K1561 (analogu i huaj i këtyre mikroqarqeve është C4000V.) Kompleton zhvillimin e gjeneratës së parë të mikroqarqeve CMOS. Në këtë familje performanca ishte në nivelin 90ns dhe diapazoni i tensionit të furnizimit ishte 3..15V.

Një zhvillim i mëtejshëm i mikroqarqeve CMOS ishte seria SN74HC. Këto mikroqarqe nuk kanë homologë të brendshëm. Ata kanë një shpejtësi prej 27 ns dhe mund të funksionojnë në intervalin e tensionit 2..6 V. Ato përkojnë në gamën pinout dhe funksionale me mikroqarqet TTL, por nuk janë të pajtueshme me to në nivele logjike, prandaj, mikroqarqet e serisë SN74HCT (analoge shtëpiake - K1564), të pajtueshme me mikroqarqet TTL dhe në nivele logjike, u zhvilluan njëkohësisht.

Në këtë kohë, u përshkrua një kalim në një furnizim me energji tre volt. Për të, mikroqarqet SN74ALVC u zhvilluan me një kohë vonesë sinjali prej 5,5 ns dhe një gamë furnizimi prej 1,65..3.6V. Të njëjtat mikroqarqe janë të afta të funksionojnë me një furnizim me energji 2,5 volt. Në këtë rast, koha e vonesës së sinjalit rritet në 9 ns.

Familja më premtuese e mikroqarqeve CMOS është familja SN74AUC me një kohë vonesë sinjali prej 1.9 ns dhe një gamë të furnizimit me energji elektrike prej 0.8..2.7 V.

Mikroqarqet dixhitale logjike të çiftëzuara me emetues Informacione të përgjithshme rreth logjikës së çiftuar me emetues

Mikroqarqet e integruara të bazuara në logjikën e bashkuar me emetues (ECL) përdoren gjerësisht si bazë elementesh për kompjuterët me shpejtësi të lartë dhe pajisjet radio elektronike. Mikroqarqet e bazuara në ESL kanë një numër avantazhesh që siguruan avantazhin e tyre ndaj mikroqarqeve të tjera gjatë ndërtimit të kësaj klase pajisjesh:

1. Qarku i mirë dhe zhvillim teknik dhe, si pasojë, kosto relativisht e ulët në prodhim.

Përgjigje e shpejtë me konsum mesatar të energjisë ose përgjigje ultra e shpejtë me konsum të lartë të energjisë.

Energji e ulët e kalimit.

Imunitet i lartë relativ ndaj zhurmës.

Stabilitet i lartë i parametrave dinamikë me ndryshime në temperaturën e funksionimit dhe tensionin e furnizimit.

Kapacitet i madh ngarkese.

Rryma e konsumit e pavarur nga frekuenca e ndërrimit.

Aftësia e IC për të punuar në linja dhe ngarkesa komunikimi me rezistencë të ulët.

Çipset i gjerë funksional.

10. Lehtësia e përdorimit në kushtet e rritjes së densitetit të paketimit duke përdorur instalime elektrike të printuara me shumë shtresa dhe kabllo koaksiale dhe të sheshtë me rezistencë të ulët.

Aktualisht, IC-të ESL janë mikroqarqet më të shpejta me bazë silikoni të prodhuara nga industria si në vendin tonë ashtu edhe jashtë saj. Përvoja në hartimin e pajisjeve tregon se përdorimi i IS ESL është optimal për ndërtimin e pajisjeve elektronike radio me shpejtësi të lartë, në veçanti, kompjuterëve me shpejtësi të lartë, dhe më pak efektiv në zhvillimin e pajisjeve radio-elektronike me shpejtësi të vogël dhe të mesme. .

Performanca e lartë është për shkak të faktit se transistorët në këta elementë funksionojnë në një mënyrë të pangopur, si rezultat i së cilës akumulimi dhe resorbimi i transportuesve të ngarkesës së pakicës përjashtohet.

Strukturisht, elementi bazë i ESL përmban: një burim të tensionit referues (ION), një ndërprerës të rrymës (TC) dhe ndjekës të emetuesit.

Ndërprerësi i rrymës në hyrje bazohet në një qark me emetues të kombinuar (Fig. 11). Përparësitë e tij kryesore: qëndrueshmëria e rrymës totale të emetuesit / e = 1 NS 1 + Unë e2 në proces pune; disponueshmëria e daljeve direkte dhe inverse U jashtë 1, U jashtë2 .

Oriz. 11. Elementi bazë logjik ESL

Mikroqarqet moderne dixhitale ESL përfshijnë seritë IC 100, K100, 500, K500, 1500, KI500.

Koha tipike e vonesës së elementeve logjike të serisë IC K1550 0,7 ns, serisë K500 0,5 ... 2 ns; 138 seri 2.9 ns. Mikroqarqet ESL kanë imunitet ndaj zhurmës së tensionit të ulët dhe të lartë prej të paktën 125 mV dhe 150 mV, përhapja e tensionit të daljes në nivel të ulët 145 ... 150 mV, niveli i lartë 200 mV. Amplituda e sinjalit logjik U l deri në 800 mV. Në serinë 500 IC, niveli i integrimit është deri në 80 porta logjike në një çip; grup funksional i mikroqarqeve - 48 modifikime, fuqia e konsumuar nga elementi është P tenxhere = 8 ... 25 mW (në gjendje të pa ngarkuar), energjia e konsumuar gjatë ndërrimit është A = 50 pJ.

Elementi bazë logjik i IC K500, për shkak të pranisë së daljeve direkte dhe të kundërta, kryen njëkohësisht dy funksione: OSE JO dhe OSE... Në logjikën negative, funksionet kryhen DHE / DHE-JO. Qarku elektrik i elementit bazë të ESL përbëhet nga tre qarqe (Fig. 12): një ndërprerës i rrymës (TC), përcjellës të emetuesit të daljes (EP) dhe një burim i tensionit referues (ION).

Ndërprerësi aktual është ndërtuar në transistorë VT 1- VT5 dhe rezistenca R1- R7 dhe është një përforcues diferencial që funksionon në modalitetin e ndërprerësit me disa hyrje. Një rritje në numrin e hyrjeve TP arrihet me lidhjen paralele të transistorëve të hyrjes shtesë VT 1- VT 4.

LE-ja bazë funksionon si më poshtë. Kur aplikohet në të gjitha hyrjet e qarkut XI- X4 transistorë hyrës me tension të nivelit të ulët (-1,7 V). VT1- VT4 i mbyllur, tranzistor VT5 hapur, meqenëse tensioni në bazën e tij U OP = -1,3 V më lart.

Konsumi i lartë i energjisë dhe shpërndarja janë disavantazhet e mikroqarqeve ECL, që është pasojë e funksionimit të tyre në modalitetin e pangopur. Një rënie e vogël logjike, nga njëra anë, rrit performancën, dhe nga ana tjetër, zvogëlon imunitetin ndaj zhurmës.

Një shembull kryesor se sa komplekse dhe konfuze është në prioritizimin e projekteve të kërkimit dhe zhvillimit janë çipat CMOS dhe se si ato hyjnë në treg.

Fakti është se efekti i fushës që qëndron në themel të strukturës MOS u zbulua në fund të viteve 1920, por inxhinieria radio atëherë po përjetonte një bum në pajisjet vakum (tubat e radios) dhe efektet e gjetura në strukturat kristalore konsideroheshin jopremtuese.

Pastaj, në vitet '40, tranzistori bipolar praktikisht u rihap dhe vetëm atëherë, kur kërkimet dhe përmirësimi i mëtejshëm i transistorëve bipolarë treguan se ky drejtim po çonte në një rrugë pa krye, shkencëtarët kujtuan efektin në terren.

Kështu u shfaq transistori MOS dhe më vonë mikroqarqet CMOS. Letër TE në fillim të shkurtesës do të thotë plotësues, pra plotësues. Në praktikë, kjo do të thotë që mikroqarqet përdorin çifte tranzistorë me saktësisht të njëjtat parametra, por një transistor ka një portë të tipit n dhe tranzistori tjetër ka një portë të tipit p. Në një mënyrë të huaj, mikroqarqet CMOS quhen CMOS(Gjysëmpërçues Komplementar Metal-Oksid). Përdoren edhe shkurtesat KMDP, K-MOP.

Ndër transistorët konvencionalë, një shembull i një çifti plotësues janë transistorët KT315 dhe KT361.

Së pari, seria K176 e bazuar në transistorë me efekt në terren u shfaq në tregun e komponentëve radio-elektronikë dhe, si zhvillim i mëtejshëm i kësaj serie, u zhvillua seria K561, e cila është bërë shumë e njohur. Kjo seri përfshin një numër të madh të çipave logjikë.

Meqenëse transistorët me efekt në terren nuk janë aq kritik për tensionin e furnizimit sa ato bipolare, kjo seri mundësohet nga një tension nga +3 në + 15 V. Kjo lejon që kjo seri të përdoret gjerësisht në pajisje të ndryshme, duke përfshirë ato me fuqi baterie. Për më tepër, pajisjet e montuara në mikroqarqet e serisë K561 konsumojnë shumë pak rrymë. Dhe nuk është çudi, sepse baza e mikroqarqeve CMOS është një transistor MOS me efekt në terren.

Për shembull, mikroqarku K561TP2 përmban katër rrokullisje RS dhe konsumon një rrymë prej 0,14 mA, dhe një mikroqark i ngjashëm i serisë K155 konsumon të paktën 10 - 12 mA. Mikroqarqet e bazuara në strukturat CMOS kanë një impedancë shumë të lartë hyrëse, e cila mund të arrijë 100 megohm ose më shumë, kështu që kapaciteti i tyre i ngarkesës është mjaft i madh. Në daljen e një mikroqarku, mund të lidhni hyrjet e 10 - 30 mikroqarqeve. Për mikroqarqet TTL, një ngarkesë e tillë do të shkaktonte mbinxehje dhe dështim.

Prandaj, dizajni i nyjeve në mikroqarqet duke përdorur transistorë CMOS bën të mundur përdorimin e zgjidhjeve më të thjeshta të qarkut sesa kur përdoren mikroqarqet TTL.

Jashtë vendit, analogu më i zakonshëm i serisë K561 është etiketuar si CD4000. Për shembull, CD4011 i huaj korrespondon me mikroqarkun K561LA7.

Duke përdorur mikroqarqet e serisë K561, nuk duhet të harrojmë disa nga nuancat e funksionimit të tyre. Duhet mbajtur mend se megjithëse mikroqarqet funksionojnë në një gamë të gjerë tensioni, kur voltazhi i furnizimit zvogëlohet, imuniteti i zhurmës zvogëlohet dhe pulsi "përhapet" pak. Kjo do të thotë, sa më afër maksimumit të jetë voltazhi i furnizimit, aq më të pjerrëta janë skajet e pulsit.

Figura tregon një element bazë klasik (portë) që përmbys sinjalin hyrës (element NOT). Kjo do të thotë, nëse një njësi logjike vjen në hyrje, atëherë një zero logjike hiqet nga dalja dhe anasjelltas. Këtu tregohet qartë një çift plotësues i tranzistorëve të tipit "n" dhe "p".

Figura e mëposhtme tregon elementin bazë 2I - JO. Shihet qartë se rezistorët që janë të pranishëm në një element të ngjashëm TTL të mikroqarkut mungojnë këtu. Nga dy elementë të tillë është e lehtë të merret një shkas, dhe nga një seri sekuenciale shkasash ka një rrugë të drejtpërdrejtë drejt numëruesve, regjistrave dhe pajisjeve të memories.

Me të gjitha cilësitë pozitive të qarqeve të integruara të serisë K561, ato, natyrisht, kanë të meta. Së pari, për sa i përket frekuencës maksimale të funksionimit, mikroqarqet CMOS janë dukshëm inferiorë ndaj mikroqarqeve me logjikë të ndryshme dhe që funksionojnë në transistorë bipolarë.

Frekuenca në të cilën seria K561 punon me besim nuk kalon 1 MHz. Për të përputhur mikroqarqet e bazuara në strukturat MOS me seri të tjera, për shembull, TTL, përdoren konvertuesit e nivelit K561PU4, K561LN2 dhe të tjerë. Këto mikroqarqe sinkronizojnë gjithashtu shpejtësinë, e cila mund të ndryshojë nga seria në seri.

Por pengesa më e madhe e mikroqarqeve në strukturat plotësuese MOS është ndjeshmëria më e fortë e mikroqarqeve ndaj elektricitetit statik. Prandaj, fabrikat dhe laboratorët janë të pajisur me vende të veçanta pune. Në tavolinë, e gjithë puna kryhet në një fletë metalike, e cila është e lidhur me një autobus të përbashkët tokësor. Me këtë autobus janë të lidhur si trupi i saldatorit ashtu edhe byzylyku ​​metalik i veshur në dorën e punëtorit.

Disa mikroqarqe dalin në shitje të paketuara në fletë metalike, e cila lidh të gjitha lidhjet me njëra-tjetrën. Kur punoni në shtëpi, është gjithashtu e nevojshme të gjeni një mënyrë që ngarkesa statike të kullojë të paktën në tubin e ngrohjes. Gjatë instalimit, telat e rrymës bashkohen së pari, dhe vetëm atëherë të gjitha të tjerat.

Logjika Plotësuese MOS (CMOS - CMOS - CMOS - Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) sot është kryesore në prodhimin e qarqeve të mëdha të integruara për grupe mikroprocesorësh, mikrokontrollues, kompjuterë personalë VLSI, IC memorie. Përveç IC-ve me integrim të lartë, disa gjenerata të serive CMOS të integrimit të vogël dhe të mesëm janë lëshuar për të krijuar kornizë elektronike për LSI dhe qarqe të thjeshta elektronike. Ai bazohet në inverterin e konsideruar më parë (Figura 2.9) në transistorë MOS plotësues (plotësues) me një kanal të induktuar të përçueshmërisë së ndryshme të tipit p dhe n, të bërë në një substrat të përbashkët (zinxhirët mbrojtës të hyrjes nuk tregohen).

Fig 3.8. Portat logjike CMOS me dy hyrje a) AND-NOT, b) OSE-NOT

Ashtu si në rastin e një inverteri të thjeshtë, një veçori e LE është prania e dy niveleve të transistorëve në lidhje me terminalin e daljes. Funksioni logjik i kryer nga i gjithë qarku përcaktohet nga transistorët e nivelit të ulët. Për të zbatuar AND-NOT në logjikën pozitive, transistorët me një kanal n janë të lidhur në seri me njëri-tjetrin, me një kanal p - paralelisht, dhe për zbatimin e OSE-JO - anasjelltas (Figura 3.8).

Strukturat CMOS të mikroqarqeve janë afër çelësave idealë: në modalitetin statik, ato praktikisht nuk konsumojnë energji, kanë një hyrje të madhe dhe rezistencë të ulët në hyrje, imunitet të lartë ndaj zhurmës, kapacitet të lartë ngarkese, stabilitet të mirë të temperaturës, funksionojnë në mënyrë të qëndrueshme në një gamë të gjerë tensionesh furnizimi. (nga +3 në + 15 B). Sinjali i daljes është pothuajse i barabartë me tensionin e furnizimit me energji elektrike. Kur Ep = + 5V, nivelet logjike janë në përputhje me logjikën standarde TTL / TTLSh. Tensioni i pragut në çdo tension të furnizimit është i barabartë me gjysmën e tensionit të furnizimit U pore = 0,5 Ep, i cili siguron imunitet të lartë ndaj zhurmës.

Portat logjike me një numër të madh hyrjesh organizohen në të njëjtën mënyrë. Në nomenklaturën e mikroqarqeve CMOS ka LE AND, OR, AND-NOT, OR-NOT, AND-OR-NOT, me numrin e hyrjeve deri në 8. Ju mund të rrisni numrin e variablave hyrëse duke përdorur elementë logjikë shtesë që i përkasin e njëjta seri IC.

Industria vendase prodhon disa seri universale CMOS: K164, K176, K561, K564, K1561, K1564.

K176 - standard CMOS t s = 200 ns, I tenxhere £ 100 μA

K564, K561, K1561 - CMOS i avancuar t s = 15 ns (15 V), I tenxhere = 1-100 μA

K1564 - CMOS me shpejtësi të lartë (analog funksional i serisë 54HC) t h = 9-15 ns, Upit = 2-6 V, I tenxhere £ 10 μA

Karakteristikat kryesore teknike të serisë IC K564 (K561) janë dhënë më poshtë:

Tensioni i furnizimit U p, V …………………………… ..3-15

Konsumi i energjisë

Në modalitetin statik, μW / rast ………… 0.1

Në f = 1 MHz, U p = 10 V, C n = 50 pF, mW ... ... ... .20

Shpërndarja e lejueshme e energjisë. MW / ndërtesë… ..500

Tensioni i hyrjes, V ………………… .nga -0,5V në U p + 0,5V

Tensioni i daljes, V

Niveli i ulët …………………………… jo më shumë se 0.05V,

Niveli i lartë ………………… jo më pak se U p + 0,5V

Vonesa mesatare e përhapjes së sinjalit në C n = 15 nf

Për U p = + 5 V, ns ……………………………… 50

Për U p = + 10 V, ns ……………………………… ..20,

Temperatura e punës, 0 С

Seria 564 ………………………… ..nga -60 në +125

Seria K561 …………………………. Nga -40 në +85

Nëse zhvillimi i serisë TTL, kryesisht shkoi drejt uljes së konsumit të energjisë, atëherë seria CMOS u zhvillua drejt rritjes së shpejtësisë. Në fund, teknologjia CMOS fitoi. Brezat e mëvonshëm të logjikës standarde lëshohen vetëm në të. Kështu, gjenerata e dytë e mikroqarqeve standarde logjike prodhohet duke përdorur teknologjinë CMOS, por ruan pajtueshmërinë e plotë funksionale me serinë TTL.

Mikroqarqet e integruara të logjikës tranzistor-transistor janë mikro-komunime të një shkalle të ulët integrimi, të ndërtuara mbi transistorë bipolarë. Disavantazhi i tyre kryesor është një sasi e vogël për kristal, si dhe kritika ndaj tensionit të furnizimit dhe një konsum mjaft i madh aktual.

Diagrami pak më sipër tregon një porta të thjeshtë logjike - 3I - JO... Ai bazohet në një transistor konvencional bipolar me shumë emetues VT1. Niveli logjik zero në daljen e tij do të shfaqet nëse ka nivele të larta në të tre emetuesit në të njëjtën kohë. VT2 merr përsipër funksionin e përmbysjes (JO porta), dhe me shumë emitues VT1 është një portë logjike 3I.

Megjithë disavantazhet e listuara, seria më e njohur TTL, K155 është shumë e njohur sot, shikoni se sa dummies radio mund të grumbulloni.

Seria K155 është seria më e madhe TTL. Ai përmban më shumë se 100 mikroamblema që kryejnë funksione dhe operacione të ndryshme logjike (AND, OSE, JO, DHE - JO, OSE - JO, nxitës, regjistra, numërues, shtues.

Niveli i një njësie logjike në mikroqarqet e kësaj serie TTL qëndron në diapazonin e tensionit nga 2.4 V në 5 V), dhe niveli i një zero logjike nuk është më shumë se 0.4 V.

Pothuajse të gjitha mikro-montimet në këtë seri janë të disponueshme në një paketë standarde me 14 kunja. Me një pikë ose pikë kyçe që shënon kunjin e parë. Kunja e 7-të është rasti ose minus. 14 shtrirja përballë të parës është një plus.

Hapi tjetër në evolucionin e K155 ishte seria K555, në të cilën u ruajt parimi bazë TTL, por u shtua në kryqëzimet kolektore të transistorëve. Prandaj, seria K555 u quajt TTLSh (TTL dhe diodë Schottky). Në TTLC, konsumi i energjisë është ulur me rreth 2 herë, dhe shpejtësia është rritur ndjeshëm.

Shkronja K në fillim të shkurtesës qëndron për - plotësuese... Në praktikë, kjo sugjeron që çifte me të njëjtat parametra përdoren në mikromontim, por një transistor ka një portë të tipit n, dhe tjetri, përkatësisht, të tipit p. Ata quhen gjithashtu CMOS (Gjysëmpërçues Komplementar Metal-Oksid).

Figura tregon një shembull të një porte klasike logjike NOT. Kjo do të thotë, nëse dikush arrin në hyrje, atëherë dalja do të jetë tashmë një zero logjike dhe anasjelltas.

Elementi 2 Unë - JO... Nga disa prej këtyre elementeve logjike është e lehtë për t'u marrë, dhe nga disa shkaktarë - një numërues, një regjistër dhe pajisje elementare të memories.

Dhe tani për një mizë në vaj: në frekuencën maksimale të funksionimit, elementët CMOS janë dukshëm inferiorë ndaj logjikës së tjera në transistorët bipolarë (TTL) dhe ato janë jashtëzakonisht të ndjeshme ndaj elektricitetit statik.

IC-të dixhitale të bazuara në strukturat CMDP përdoren gjithnjë e më shumë në zhvillimin e qarqeve të ndryshme elektronike, për të cilat ka arsye shumë të mira. KMDP IMS janë pajisje shumë të gjithanshme dhe lehtësisht të përdorura që kanë veti unike që nuk janë tipike për klasat e tjera të IMS dixhitale.

Këto IC quhen komplementare sepse janë bërë në bazë të transistorëve CMDP, d.m.th. bazuar në çifte tranzistorë me efekt në terren me strukturë: metal - oksid (dielektrik) - gjysmëpërçues, me karakteristika shumë të ngjashme dhe kanale të llojeve të ndryshme të përçueshmërisë. IC-të e ndërtuara mbi këtë parim konsumojnë dukshëm më pak energji nga burimi i energjisë sesa të gjitha IC-të e tjera dhe mund të funksionojnë në një gamë më të gjerë të niveleve të tensionit të furnizimit. Orët elektronike të dorës dhe pajisjet e makinave, pajisjet elektronike mjekësore, marrësit e televizorit, kalkulatorët portativë janë vetëm disa shembuj të pajisjeve që përdorin CMDP IMS.

Përparësitë kryesore të IC-ve dixhitale të bazuara në strukturat CMOS janë një impedancë e madhe hyrëse e transistorëve (R in) 10 12 Ohm) dhe një nivel i lartë integrimi. Kur kryeni pajisje pulsi në elementë logjikë të integruar të CMOS, rezistenca e rezistorëve të kohës nuk kufizohet nga lart për shkak të rezistencave të larta hyrëse të transistorëve, prandaj, për të marrë impulse me kohëzgjatje të gjatë, kapaciteti elektrik i kondensatorëve të kohës nuk duhet të rritet.

Strukturat plotësuese janë çifte plotësuese të transistorëve bipolarë (p-n-p dhe n-p-n) ose MIS (p-channel dhe n-channel), të cilët mund të përmirësojnë ndjeshëm karakteristikat e IC. Ato janë bërë në një nënshtresë të zakonshme në xhepa të izoluar nga nënshtresa ose nga një kryqëzim pn ose nga një film dielektrik. Transistorët plotësues bëhen në formën e strukturave horizontale dhe vertikale.

Në transistorët me strukturë horizontale, emetuesi, baza dhe kolektori janë të vendosura në të njëjtin rrafsh horizontal, kështu që transportuesit e pakicës të injektuar në bazë lëvizin jo pingul me sipërfaqen e kristalit, por përgjatë saj. Transistorë të tillë quhen transistorë fundorë (lateralë). Në prodhimin e fund

Transistorët p-n-p - formimi i emetuesve kryhet gjatë difuzionit bazë të transistorëve n-p-n. Pastaj, përmes difuzionit të dytë të bazës, emetuesi i tranzistorit pnp rrethohet nga një kolektor. Baza e tranzistorit është shtresa origjinale gjysmëpërçuese e tipit n midis këtyre rajoneve. Prandaj, gjerësia e bazës dhe vlera e koeficientit të transferimit aktual të bazës dhe përcaktohen nga distanca midis dritareve të gdhendura në modalitetin e fotografisë për emetuesin dhe kolektorin.

Në strukturat vertikale, baza ndodhet nën emetuesin (bartësit e pakicave të injektuara lëvizin në një drejtim pingul me sipërfaqen e kristalit). Të tre rajonet e tranzistorit pnp (kolektor, bazë dhe emetues) formohen nga difuzioni. Struktura të tilla plotësuese janë të vështira për t'u prodhuar për shkak të kërkesave të larta të saktësisë për përqendrimin e dopanteve. Sidoqoftë, transistorët e bërë duke përdorur këtë teknologji kanë një koeficient më të lartë të transferimit të rrymës bazë sesa transistorët me një strukturë horizontale dhe një tension të lartë prishjeje të kryqëzimit të kolektorit.

Dallimi themelor midis qarqeve CMOS dhe teknologjisë nMOS është se nuk ka rezistenca aktive në qark. Një palë tranzistorë me një lloj kanali të ndryshëm është i lidhur në çdo hyrje të qarkut. Transistorët me një kanal të tipit p janë të lidhur nga një substrat me një burim energjie, prandaj, formimi i një kanali në to do të ndodhë me një ndryshim mjaftueshëm të madh potencial midis nënshtresës dhe portës, dhe potenciali në portë duhet të jetë negativ. në lidhje me nënshtresën. Kjo gjendje sigurohet duke aplikuar një potencial tokësor (d.m.th., logjikë 0) në portë. Transistorët me një kanal të tipit n janë të lidhur nga një substrat me tokën, prandaj, formimi i një kanali në to do të ndodhë kur potenciali i furnizimit me energji të aplikohet në portë (d.m.th., logjika 1). Furnizimi i njëkohshëm i një çifti të tillë transistorësh me lloje të ndryshme kanalesh të një njësie logjike zero ose logjike çon në faktin se një transistor i çiftit do të jetë domosdoshmërisht i hapur, dhe tjetri i mbyllur. Kështu, krijohen kushte për lidhjen e daljes ose me furnizimin me energji elektrike ose me tokëzimin.

Pra, në rastin më të thjeshtë, për qarkun e inverterit (Fig. 16.10) në A = 0, transistori VT1 do të jetë i hapur dhe VT2 do të mbyllet. Prandaj, dalja e qarkut F do të lidhet përmes kanalit VT1 me furnizimin me energji elektrike, i cili korrespondon me gjendjen e njësisë logjike: F = 1. Kur A = 1, transistori VT1 do të mbyllet (në portë dhe nënshtresa janë të njëjtat potenciale), dhe VT2 është i hapur. Rrjedhimisht, dalja e qarkut F do të lidhet përmes kanalit të tranzistorit VT2 në tokë. Kjo korrespondon me gjendjen e zeros logjike: F = 0.

Shtimi logjik (Fig. 16.11) kryhet për shkak të lidhjes serike të kanaleve p të transistorëve VT1 dhe VT2. Kur furnizohet të paktën një njësi, nuk formohet një kanal i vetëm për këta transistorë. Në të njëjtën kohë, për shkak të lidhjes paralele të VT3 dhe VT4, hapet transistori përkatës në pjesën e poshtme të qarkut, i cili siguron lidhjen e daljes F me tokën. Rezulton F = 0 nëse të paktën një 1 logjik është dhënë - ky është një rregull OSE-JO.

Funksioni NAND kryhet për shkak të lidhjes paralele të VT1 dhe VT2 në pjesën e sipërme të qarkut dhe lidhjes serike të VT3 dhe VT4 në pjesën e poshtme (Fig. 16.12). Kur aplikohet të paktën një hyrje zero, nuk formohet një kanal i vetëm në VT3 dhe VT4, dalja do të shkëputet nga toka. Në të njëjtën kohë, të paktën një transistor në pjesën e sipërme të qarkut (në portën e të cilit aplikohet një zero logjike) do të sigurojë lidhjen e daljes F me furnizimin me energji elektrike: F = 1 kur të paktën një zero është zbatohet - rregulli NAND.

Përmbledhje e shkurtër

Në varësi të bazës së elementit, dallohen teknologji të ndryshme për prodhimin e IC-ve. Ato kryesore janë TTL në transistorët bipolarë dhe nMOS dhe CMOS në tranzistorë me efekt në terren.

Termat kyç

Teknologjia nMOS tranzistorë me efekt në terren me një kanal të tipit n të induktuar.

Tampon për 3 shtete- pjesa dalëse e qarkut TTL, duke siguruar mundësinë e kalimit në gjendjen e tretë, me rezistencë të lartë.

Teknologjia CMOS- Teknologjia e prodhimit të IC bazuar në tranzistorë me efekt në terren me kanale të të dy llojeve të përçueshmërisë elektrike.

Koleksionist i hapur- një variant i zbatimit të pjesës tampon të elementeve TTL pa një rezistencë në qarkun e ngarkesës, i cili nxirret jashtë qarkut.

Qarqet e ngarkesës rezistente- Qarqet TTL, në të cilat gjendja e qarkut tampon përcaktohet nga gjendja e jo një, por dy transistorëve.

Logjika tranzistor-transistor- teknologji për prodhimin e IC-ve të bazuara në transistorë bipolarë.

Shkurtesat e pranuara

CMOS - plotësues, metal, oksid, gjysmëpërçues

Set praktikash

Ushtrime për Leksionin 16

Ushtrimi 1

Opsioni 1 për ushtrimin 1.Vizatoni një diagram skematik të një elementi me 3 hyrje OSE JO duke përdorur teknologjinë nMOS.

Opsioni 2 për ushtrimin 1.Vizatoni një diagram të një porte NAND me 3 hyrje duke përdorur teknologjinë nMOS.

Opsioni 3 për ushtrimin 1.Vizatoni një diagram skematik të një elementi OR-NOT me 4 hyrje duke përdorur teknologjinë nMOS.

Ushtrimi 2

Opsioni 1 për ushtrimin 2.Vizatoni një diagram skematik të një elementi me 3 hyrje OSE JO duke përdorur teknologjinë CMOS.

Opsioni 2 për ushtrimin 2.Vizatoni një diagram skematik të një elementi NAND me 3 hyrje duke përdorur teknologjinë CMOS.

Opsioni 3 për ushtrimin 2.Vizatoni një diagram skematik të një elementi me 4 hyrje OSE JO duke përdorur teknologjinë CMOS.

Ushtrimi # 3

Opsioni 1 për ushtrimin 3.Vizatoni një diagram të një elementi me 3 hyrje APO JO sipas teknologjisë TTL.

Opsioni 2 për ushtrimin 3.Vizatoni një diagram të një porte NAND me 3 hyrje duke përdorur teknologjinë TTL.

Opsioni 3 për ushtrimin 3.Vizatoni një diagram të një elementi me 4 hyrje APO JO sipas teknologjisë TTL.

Ushtrimi 4

Opsioni 1 për ushtrimin 4.Vizatoni një diagram të një elementi OR me 3 hyrje duke përdorur teknologjinë nMOS.

Opsioni 2 për ushtrimin 4.Vizatoni një diagram të një elementi me 3 hyrje I duke përdorur teknologjinë nMOS.

Opsioni 3 për ushtrimin 4.Vizatoni një diagram të një elementi OR me 4 hyrje duke përdorur teknologjinë nMOS.

Ushtrimi numër 5

Opsioni 1 për ushtrimin 5.Vizatoni një diagram skematik të një elementi OR me 3 hyrje duke përdorur teknologjinë CMOS.

Opsioni 2 për ushtrimin 5.Vizatoni një diagram të një elementi me 3 hyrje DHE sipas teknologjisë CMOS.

Opsioni 3 për ushtrimin 5.Vizatoni një diagram skematik të një elementi OR me 4 hyrje duke përdorur teknologjinë CMOS.

Ushtrimi 6

Opsioni 1 për ushtrimin 6.Vizatoni një diagram të një elementi OR me 3 hyrje duke përdorur teknologjinë TTL.

Opsioni 2 për ushtrimin 6.Vizatoni një diagram të një elementi I me 3 hyrje sipas teknologjisë TTL.

Opsioni 3 për ushtrimin 6.Vizatoni një diagram të një elementi OR me 4 hyrje duke përdorur teknologjinë TTL.

Ushtrimi 7

Opsioni 1 për ushtrimin 7.Vizatoni një diagram të një elementi 2I-OR-NOT duke përdorur teknologjinë TTL.

Opsioni 2 për ushtrimin 7.Vizatoni një qark të një elementi 2I-OR-NOT duke përdorur teknologjinë CMOS.

Opsioni 3 për ushtrimin 7.Vizatoni një qark të një elementi 2I-OR-NOT duke përdorur teknologjinë nMOS.

Ushtrimi # 8

Opsioni 1 për ushtrimin 8.Vizatoni një diagram skematik të një porte me 3 hyrje OSE-JO me një tampon me 3 gjendje.

Opsioni 2 për ushtrimin 8.Vizatoni një diagram skematik të një porte NAND me 3 hyrje me kolektor të hapur.

Opsioni 3 për ushtrimin 8.Vizatoni një portë OSE me 3 hyrje me një tampon me 3 gjendje.