Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Транзисторно-транзисторные логические элементы



 

В настоящее время в интегральной схемотехнике транзисторно-транзисторные логические элементы (TTL- типа) и особенно с диодами Шоттки (TTLШ - типа) являются достаточно распространенными по сравнению с другими типами логических элементов. Они представляют собой технологически улучшенный вариант элементов DTL-типа. В TTL-элементах вместо диодов используются многоэмиттерные транзисторы. Схемы простейших TTL-элементов представлены на рисунках 1.3, 1.4.

На логическом элементе, приведенном на рисунке 1.3, выполняется функция 3И-НЕ. Элемент работает аналогично DTL-элементу, только вместо диодов применяется многоэмитерный транзистор.

Рисунок 1.3 - Электрическая схема TTL-элемента ЗИ-НЕ

 

TTL-элементы можно усложнять и улучшать, используя дополнительные усилители. На рисунке 1.4 показан базовый TTL-элемент с фазоинвертором, использующийся в ИС низкой и средней степени интеграции.

Рисунок 1.4 - Электрическая схема TTL-элемента ЗИ-НЕ с повторителем

 

На базе элемента И-НЕ может быть построен более сложный элемент, выполняющий логическую функцию 3И-2ИЛИ-НЕ (рисунок 1.5).

В настоящее время TTL-элементы применяются практически только в "силовых" логических схемах, во входных и в выходных цепях БИС, благодаря сочетанию таких качеств как высокая нагрузочная способность и быстродействие при относительно невысоком потреблении.

Широкое распространение получили микросхемы серии ТТL с диодами Шоттки, которые обладают более высоким быстродействием и низким потреблением в сравнении с обычными ТТL-схемами.


 

Рисунок 1.5 - Электрическая схема TTL - элемента типа 3И-ИЛИ – НЕ

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?

 

1.6 Краткое описание учебного лабораторного стенда "Цифровая электроника"

 

Лицевая панель стенда разбита на 11 функциональных полей. Три поля "ИС" содержат сокеты для микросхем с разным количеством выводов (16,18 и 24). Вокруг каждой сокеты расположены контакты, подключенные к соответствующим контактам сокет.

В верхней части панели расположено поле "ИНДИКАТОРЫ", содержащее 16 индикаторных светодиодов, подключенных к контактам.

В нижней части панели расположены три поля "Счетчик" (А, В и С) с индикаторами состояний, контактами и управляющими кнопками. С помощью счетчиков можно задавать четырехразрядные логические комбинации на входах изучаемых интегральных схем в ручном или автоматическом режиме. Счетчики производят счет в ручном режиме от кнопки "Счет" или от встроенного генератора прямоугольных импульсов при установке перемычки (область "Генераторы"). С помощью кнопки "Сброс" можно обнулять счетчик.

Область "Генераторы" содержит управляющие элементы и контакты, с которых можно подавать на изучаемую схему регулируемое постоянное напряжение (0-5 В), одиночные прямоугольные импульсы, либо последовательность прямоугольных или пилообразных импульсов.

Кроме того, на лицевой панели стенда расположены контакты общей шины стенда (область "Общ."), напряжения питания (область +5 В, +12 В, -12 В) и выключатель питания стенда с индикатором (область "Сеть").

 

1.7 Порядок выполнения практикума

 

В счет часов самостоятельной работы выполните следующее:

- получите от преподавателя вариант тестируемых микросхем (таблица 1) на занятии, предшествующему данному практикуму;

 

Таблица 1.1 – Типы тестируемых логических ИС

 

Вариант Типы тестируемых микросхем
К155ЛН1, К155ЛИ1, К155ЛА1, К155ЛП5
К155ЛН1, К155ЛА4, К155ЛЕ1, К155ЛП12
К155ЛН5, К561ЛА3, К155ЛЕ1, К155ЛП5

 

- изучите основы построения и принципы действия логических элементов типа НЕ, И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, исключающее ИЛИ и исключающее ИЛИ-НЕ по основной и дополнительной литературе, приведенной в настоящем пособии;

-проработайте методические указания к настоящему практикуму;

-нарисуйте схемы включения всех предложенных к проверке микросхем, используя общепринятые, приведенные в справочниках для выполнения электрических схем обозначения логических элементов, источников питания, светодиодов, общих шин, клемм и проводников, переключателей (тумблеров) логических уровней. При этом входные логические сигналы на микросхему необходимо подавать от встроенного в стенд счетчика. Пример выполнения схемы включения показан на рисунке 1.7. Условно-графические обозначения логических элементов приведены в п.1.12 настоящего раздела.

 

Рисунок 1.7 - Пример выполнения схемы включения микросхемы

 

- составьте таблицы истинности для тестируемых логических элементов;

 

ВНИМАНИЕ!

При выполнении практикума в лабораторном классе:

Соблюдайте правила техники безопасности при работе со стендом и приборами как с электрическими установками! Сетевое питание на стенд и питание на тестируемые схемы подавайте только после полного монтажа схемы и проверки монтажа преподавателем!

 

- заполните таблицу истинности для различных логических элементов (таблица 1.2);

 

Таблица 1.2 –Таблица истинности логических элементов

 

Комбинации входных переменных Значение выходной логической функции Y
И ИЛИ И-НЕ ИЛИ-НЕ Исключающее ИЛИ Исключающее ИЛИ-НЕ
           
           
           
           

 

- представьте преподавателю все таблицы истинности и схемы включения, ответьте на контрольные вопросы и получите у преподавателя разрешение на проведение практикума;

- повторите методические указания к настоящему практикуму и ознакомтесь с органами управления и индикации на лицевой панели стенда и лицевой панели осциллографа;

- вставьте в сокету стенда одну из испытуемых логических микросхем типа НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ заданного преподавателем варианта в соответствии с таблицей 1;

- проверьте перемычки (электрические проводники с контактами) на отсутствие обрывов и внимательно соберите с помощью перемычек схему включения микросхемы согласно схем, составленных при подготовке к работе;

- проверьте самостоятельно монтаж схемы и представьте его для проверки преподавателю или лаборанту;

- получите экспериментально таблицы истинности, задавая на входы микросхемы поочередно все комбинации входных логических воздействий с выходов счетчиков в ручном режиме и наблюдая отклики на выходе схемы с помощью светодиодов. Сравните экспериментальные таблицы истинности с таблицами, составленными до проведения опыта;

- измерьте мощность, потребляемую микросхемой;

- определите статическую передаточную характеристику (СПХ) микросхемы в соответствии с п. 1.8 настоящего пособия;

- определите постоянные времени Т10 и Т01 и параметры входных и выходных сигналов по методике п.1.9;

- определите задержку распространения сигнала по методике п.1.9;

- демонтируйте схему, аккуратно сложите все проводники и компоненты и вместе со стендом передайте лаборанту;

- подготовьте отчет по практикуму и представьте его для защиты и получения зачета.

 




©2015 studenchik.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.