Основные параметры ИМС ТТЛ различных серий ТТЛ

Основные параметры ИМС ТТЛ различных серий приведены в таблице 3.2. По сочетанию параметров наибольшее распространение получили ИМС серии SN74LS (серия 555). ИМС этой серии работают при напряжении питания +5В ± 5%.

Таблица 3.2 - Основные параметры ТТЛ различных серий

Серия	ТТЛ	ТТЛШ
К155	К134	К131	К555	КР1533	К531	КР1531
Аналог	SN74	SN74L	SN74H	SN74LS	SN74ALS	SN74S	SN74F
t01, нс
t10, нс
Рср, мВт
I0вх, мА	1,6	0,2		0,4	0,2		0,6
I1вх, мА	0,04	0,02	0,05	0,02	0,02	0,05	0,02
I0вых, мА

Обозначения:

· 74 — базовая ТТЛ - серия.

· 74L — серия с пониженным энергопотреблением;

· 74H — повышенное быстродействие;

· 74LS — с диодами Шоттки и пониженным энергопотреблением;

· 74ALS — улучшенная с диодами Шоттки и пониженным энергопотреблением;

· 74F — быстрая (Fast) с диодами Шоттки.

Неиспользуемые логические элементы ТТЛ

Микросхемы, выполняющие простейшие операции (И, И—НЕ, ИЛИ, ИЛИ—НЕ и др.). Обычно содержат в одном корпусе несколько независимых логических элементов, связанных только общим питанием. При составлении схемы дискретного устройства нередко случается, что отдельные логические элементы остаются свободными. Рекомендуется такие элементы включать так, чтобы их выходы имели высокий потенциал, для чего входы логиче­ских элементов И—НЕ и ИЛИ—НЕ соединяют с общей (земляной) шиной. В этом случае рассеиваемая мощность минимальна, а сами элементы можно использовать для создания логической «1» на входах других приборов.

Неиспользуемые входы ТТЛ

Выше были рассмотрены логические обоснования способов подключения свободных входов задействованных микросхем: эти входы следует либо соединять с работающими, либо к ним надо подводить постоянные напряжения, соответствующие уровням логического 0 или 1 — в зависимости от условий.

На практике с неиспользуемыми входами поступают следующим образом:

· объединяют с используемым с учетом выполняемых данным входом функций, если это не ведет к превышению нагрузочной способности предшествующего каскада;

· в тех случаях, когда на неиспользуемом входе должен быть уровень логического 0, указанный вход просто соединяют с общей шиной питания;

· для создания уровня логической 1 напряжение на входе должно находиться в пределах 2,4—3,6 В; непосредственное подключение входов ТТЛ к проводу питания U_п недопустимо из-за большого входного тока I¹_вх.

Логическую единицу «1» на входах ТТЛ обеспечивают одним из следующих способов:

· подключают к выходу свободного элемента, чаще всего И—НЕ, входы которого соединены с общей шиной (генератор константы «1»); максимальное число входов, подключаемых к элементу, определяется его нагрузочной способностью;

· на неиспользуемые входы подают напряжение 2,4—3,6В от отдельного источника питания;

· неиспользуемые входы подсоединяют к своему источ­нику питания (U_п) через ограничивающий резистор сопро­тивлением 1—2 кОм; к этому резистору допускается при­соединять до 20 входов микросхем ТТЛ серий К155 или 133;

· в крайнем случае неиспользуемые входы ТТЛ, на которых постоянно должна быть логическая 1, можно остав­лять свободными: за счет токов утечки на них устанавли­вается нужное напряжение, но надо иметь в виду, что этот способ ведет к уменьшению быстродействия и помехо­устойчивости, особенно при большой частоте переключе­ний, так как свободные входы подвержены действию наво­док.

Если у логического элемента И—ИЛИ—НЕ в секции И остаются лишние входы, их следует соединить с используемыми входами той же секции. Если вся секция И не при­меняется, на всех ее входах должен быть уровень логичес­кого 0. Неиспользуемые входы для подключения расшири­телей по ИЛИ оставляют свободными.

Контрольные вопросы:

1. Почему ИМС ТТЛ логики являются самыми распространненными?

2. Какую особенность имеет многоэмиттерный транзистор в схеме базового логического элемента ТТЛ?

3. Из каких каскадов состоит схема базового логического элемента ТТЛ логики 155-ой серии?

4. Обьяснить работу схемы ТТЛ при высоком и низком уровнях входного сигнала.

5. Какие значения принимают входные и выходные токи и напряжения при разных уровнях входного сигнала базового элемента ТТЛ?

6. Какое назначение в схеме ТТЛ имеет диод VД5?

7. Какое назначение имеют элементы схемы ТТЛ R3, R4, VT3 в схеме базового элемента ТТЛ 155 серии?

8. Каково назначение диодов и транзисторов Шоттки в схемах базового логического элемента ТТЛШ?

9. Каковы основные особенности транзисторов Шоттки?

10. Можно ли по схеме ТТЛШ выполнить БИС?

11. Какими параметрами обладают ИМС ТТЛШ различных серий?

12. Каково назначение VD3, VD4, R3, R4, VT2, VD5, VT3, VT4, R5 в схеме базового элемента маломощных микросхем ТТЛШ 555 серии (рисунок 3.7 а)?

13. Как поступают с неиспользуемыми логическими элементами ТТЛ?

14. Как поступают с неиспользуемыми входами ТТЛ?

Базовый логический элемент КМОП – технологии

Студент должен

Знать:

· принцип работы базового логического элемента КМОП-технологии и его параметры;

· различия в традиционных сериях ТТЛ и КМОП;

· таблицы логических состояний для основных функциональных логических схем.

Уметь:

· читать электрические схемы.

МОП транзисторы

Широкое распространение имеют ИМС на основе полевых транзисторов структуры МОП – металл-окисел-полупроводник.

Достоинствами микросхем на полевых транзисторах по сравнению с ТТЛ микросхемами являются:

1. Малая потребляемая мощность при высокой помехоустойчивости и нагрузочной способности.

2. Меньшие размеры, что позволяет при простой технологии иметь высокую степень интеграции.

3. Очень высокое входное сопротивление и малое выходное.

4. Большой диапазон напряжения питания (3-15В).

5. Малая температурная зависимость.

Действие МОП транзисторов основано на управлении рабочим током при помощи электрического поля, создаваемого входным напряжением. Рабочий ток в полевых транзисторах задается носителем заряда одного знака электронами или дырками. Различают транзисторы p- или n – канальные в зависимости от рода носителей заряда.

В цифровой технике используются МОП транзисторы с индуцированным каналом. Рассмотрим устройство n – канального транзистора, основой которого является p – подложка, на поверхности которой созданы две области истока и стока с проводимостью n – типа (рисунок 3.8).

Рисунок 3.8

На поверхности между истоком и стоком расположена металлическая пленка затвор, изолированная от подложки тонким слоем диэлектрика SiО₂ (двуокись кремния). (Сопротивление SiО₂ велико R=10¹² Ом и выше, I_вх=10 мА при t=20⁰ C входное сопротивление носит чисто ёмкостный характер Х_с).

Участок подложки под затвором между истоком и стоком образует проводящий канал. В транзисторе с n-каналом носителями заряда служат электроны. Канал изображают штриховой линией. Напряжение питания подают на сток и исток. У транзистора n-типа сток имеет «+» относительно истока (И «-»). Вывод подложки П соединяют с истоком. Входное напряжение подают на затвор (рисунок 3.9).

Рисунок 3.9

Рассмотрим работу n - канального транзистора при различных уровнях входного напряжения.

1. На затворе напряжение отсутствует (U_вх=0). Токопроводящий канал из электронов не образуется. Транзистор - заперт I_с-и= 0; U_вых=1.

2. Если затворе действует положительное напряжение U_вх=U_зи > 0, то возникающее при этом электрическое поле будет отталкивать дырки вглубь полупроводника. При некотором пороговом напряжении (U_пор=1,5 3В) между стоком и истоком накапливается достаточный слой электронов – создается проводящий канал, сопротивление которого зависит от концентрации в нем электронов. (Следовательно, изменяя U_зи меняется ток транзистора). Потечет ток стока I_с, U_вых=0 (т.к. I_с через R_н не течет и падение напряжения на R_н нет).

3. Если на затворе действует отрицательное напряжение U_вх=U_зи < 0. токопрводящий канал не образуется, ток стока отсутствует.

Статические характеристики n – канального транзистора показаны на рисунке 3.10.

а) б)

Рисунок 3.10

а) входные характеристики; б) выходная характеристика

Из рассмотренных процессов работы транзистора следует:

1. В структуре транзистора нет p-n переходов, значит и потерь на преодоление потенциальных барьеров нет.

2. Мощность потребляемая по входу отсутствует Р_вх=0 т.к. входное сопротивление R_вх очень велико (SiО₂ -изолятор).

3. Направление тока через транзистор определяется полярностью внешней ЭДС, а она может быть любая. На практике полярность питания обычно положительна.

Принцип работы и свойства транзисторов n и p-каналами одинаковы, но есть различия:

1. n-канальные транзисторы более быстродействующие, т.к. подвижность электронов примерно в 3 раза выше чем дырок.

2. Структура приповерхностного слоя в равновесном состоянии оказывается разной, и, следовательно, у n-канального транзистора пороговое напряжение U_пор меньше.

КМОП - структуры

На практике из ИМС наибольшее применение имеют КМОП - структуры. (комплиментарные полевые транзисторы со структурой металл – окись -полупроводник).

Комплиментарной называют пару МОП транзисторов с каналами разного типа проводимости. КМОП структуру можно получить соединив последовательно n- и р- канальные транзисторы.

Особенность конструкции приборов КМОП - структуры состоит в том, что транзисторы с каналами п- и р -типа выполнены на общей подложке (рисунок 3.11).

Рисунок 3.11

Особый р - карман служит для электрической изоляции n - канального транзистора от подложки, имеющей тот же тип проводимости. Электриче­ские и временные параметры обоих транзисторов близки. На рисунке 3.11 показана также схема защиты входов транзис­торов от перегрузок о которой будет сказано ниже.

Параметры микросхем КМОП - структуры близки к иде­альным: в статическом режиме они практически не потреб­ляют мощности, имеют очень большое входное и малое вы­ходное сопротивления, высокую помехозащищенность, боль­шую нагрузочную способность, довольно высокое быстро­действие, хорошую температурную стабильность. Выходной сигнал практически равен напряжению источника питания. Комплиментарные структуры допускают высокую плотность размещения элементов, что обеспечивает им преиму­щественное применение в больших интегральных схемах (БИС), представляющих собой законченные функциональ­ные блоки из тысяч элементов на одном кристалле полу­проводника. Современные микросхемы на КМОП-структурах устойчиво работают в широком диапазоне питающих напряжений, от 3 до 15 В, что позволяет питать их от раз­личных источников, а также сопрягать по входам и выхо­дам с микросхемами ТТЛ и операционными усилителями.

Основной недостаток серийных микросхем КМОП - структуры сравнительно с ТТЛ — меньшее быстродействие, (f_вх ≤ 3÷5 МГц). Во многих случаях, когда этот параметр не играет решающей роли, например в устройствах про­мышленной автоматики, медицинской аппаратуре, конт­рольно-измерительных приборах, приборах измерения вре­мени, этим микросхемам отдается предпочтение.

Сравнительно невысокое быстродействие не является принципиальным свойством КМОП - структур, это времен­ное явление, которое преодолевается по мере совершенст­вования конструкции микросхем и их технологии.

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: