Схемотехника

СХЕМЫ И ЭЛЕКТРОНИКА-2

• Увеличение быстродействия ИС МДП требует увеличения токов перезарядки емкости нагрузки. Однако это ограничивается ростом потребляемой мощности и увеличением нестабильности выходных логических уровней. Преодолеть указанное противоречие можно или технологическим путем, создавая транзисторы с меньшей входной емкостью, или схемотехническим путем, применяя схему ключа на транзисторах с каналами разного типа (комплементарные транзисторы). Эти ключи, с одной стороны, позволяют значительно увеличить токи заряда емкости нагрузки, а с другой, максимально уменьшить мощность, которая рассеивается в элементе.

• Напомним, что ключ на комплементарных транзисторах при правильном выборе параметров входящих в него элементов в статическом режиме работы практически не потребляет мощности от источника питания.
• Потребляемая элементом мощность в статическом режиме равняется мощности, которая отдается им на нагрузку. А т. к. нагрузкой элемента являются входные цепи аналогичных элементов, которые носят чисто емкостный ха­рактер, то мощность, отобранная от источника питания, расходуется только в динамическом режиме на заряд этой емкости, т. е. имеет минимально воз­можное значение.

• Логические элементы на комплементарных ключах

• Принципиальная электрическая схема транзисторного ключа ИС КМОП

• Она может быть разбита на три части:

• входной ограничитель напряжения с диодами и резисторами;

• собственно ключ на КМОП-транзисторах;

• выходная цепь диодов.

• Входное сопротивление транзисторов, используемых в схеме ключа, достигает значений до 1012 Ом, При толщине изоляции между затво­ром и полупроводником порядка 50...70 мкм его собственное напряжение пробоя составляет порядка 150...200 В. Это предполагает введение в элемент специальной схемы защиты от статического электричества, которое может попасть на его вход в процессе монтажа или хранения. Роль этой схемы вы­полняет входной ограничитель с диодами и резисторами на элементах VD1, VD2, VD3 и R1 Данная схема ограничивает напряжение на входе транзистор­ного ключа в диапазоне от Un - 0,7 В до Un+ 0,7 В.

• Элементы выходной цепи из диодов (VD4, VD5, VD6) образованы соответствующими областями самого транзисторного ключа и с точки зрения его ра­боты не являются обязательными. Наличие этих диодов накладывает дополнительные ограничения на использование элемента. Всегда должно выполняться неравенство
• U вх - U вых  < U п
•  В противном случае диоды входного ограничителя и выходной цепи могут открываться, что вызовет шунтирование цепи питания элемента. Последнее может быть причиной его пробоя. Поэтому напряжение питания на КМОП- схемы должно всегда подаваться до включения и сниматься после отключения входного информационного сигнала.

• Схематично БЛЭ КМОП-типа повторяют схемы элементов n-МОП- и р- МОП-типов. Отличие состоит в том, что всегда используются пары транзисторов. При этом, если для реализации заданной логической функции транзисторы с каналом п-типа включаются последовательно, то парные им транзисторы p-типа включаются параллельно, и наоборот. В качестве примера ниже приведены принципиальные электрические схемы, которые реализуют логические операции 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ. Для упрощения на приведенных схемах не показаны элементы входных и выходных цепей ключа.

• Принципиальные электрические схемы БЛЭ КМОП-типа

• 2И-НЕ 2ИЛИ-НЕ

• К особенностям схем БЛЭ следует также отнести отсутствие дополнительного нагрузочного транзистора. Его роль выполняет один из транзисторов ключа.

• Анализ схем позволяет сделать важный практический вывод о том, что ана­логично БЛЭ ТТЛ для БЛЭ КМОП параллельное включение нескольких их выходов запрещено.

• Следует также указать, что КМОП-элементы обладают высокой помехо­устойчивостью — до 40% напряжения питания.

• В ЛЭ КМОП очень просто реализуют элементы с тремя устойчивыми состояниями. Для этого последовательно с транзисторами инвертора включают два комплементарных транзистора VT1, VT4, управляемых инверсными сигналами

• а) Инвертор с тремя выходными состояниями; б)Cогласование ЛЭ ТТЛ с ЛЭ КМОП.

• Согласование ЛЭ ТТЛ с ЛЭ КМОП можно выполнить несколькими способами:
• Питать ЛЭ КМОП малым напряжением (+5 В), при которых сигналы ЛЭ ТТЛ переключают транзисторы ЛЭ КМОП;
• 2) Использовать ЛЭ ТТЛ с открытым коллектором, в цепь выхода которых включён резистор, подключенный к дополнительному источнику напряжения (рисунок б).
• При хранении и монтаже следует опасаться статического электричества. Поэтому при хранении выводы микросхем электрически замыкают между собой. Монтаж их производится при выключенном напряжении питания, причём обязательно использование браслетов, с помощью которых тело электромонтажников соединяется с землёй.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ