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

Цифровые микросхемы КМОП



 

Увеличить быстродействие на порядок позволяет последовательное соединение p- и n-канальных МОП-транзисторов. Тогда в схеме не нужен, а заряд и разряд паразитных нагрузочных емкостей будут происходить через относительно небольшие сопротивления каналов R и R p- и n-каналов.

На рис. 4.4 представлено последовательное соединение комплементарных МОП-транзисторов. Это инвертор (логический элемент НЕ).

Нижний транзистор с n-каналом (VT2) называют входным, верхний с каналом p-типа (VT1) – нагрузочным. Исток транзистора VT1 подключен к положительному полюсу источника питания (+Uип), исток входного (VT2) – к общему проводу. Входной сигнал поступает на затворы обоих транзисторов, выходное напряжение снимается с объединенных стоков. Когда движок потенциометра находится в нижнем положении, затворы обоих транзисторов получают нулевой потенциал. В этом случае транзистор VT2 закрыт, а VT1 – открыт, на объединенных стоках устанавливается высокий потенциал, равный Uип. Если движок потенциометра перевести в верхнее положение, верхний транзистор будет закрыт, а нижний – открыт, на объединенных стоках устанавливается нулевой потенциал. Промежуточные положения движка потенциометра позволяют получить передаточную характеристику инвертора (рис. 4.4, б).

 

а б

Рис. 4.4. Схема для снятия передаточной характеристики (а)

и характеристика инвертора (б)

 

Анализируя передаточную характеристику инвертора, можно сделать следующие выводы:

· Логические уровни у схемы равны соответственно: нижний – нулю, верхний – Uи.п. Полезный сигнал на выходе равен напряжению питания (никакая другая схемотехника не обеспечивает этих возможностей).

· Работоспособность схемы не зависит от напряжения питания начиная со значений Uи.п > 2Uпор, т.е. схема может работать при весьма больших разбросах значений напряжения питания, если начальный его уровень выбран с соответствующим запасом.

Затвор полевого транзистора и подложка, разделенные слоем диоксида кремния SiО2, образуют конденсатор (Свх). Это входная емкость полевого транзистора и инвертора. Она имеет величину от 5 до 15 пф. Емкость этого конденсатора невелика, а сопротивление утечки составляет примерно 1012 Ом, что создает благоприятные условия для накапливания статических зарядов. Известно, что напряжение между обкладками конденсатора связано с величиной заряда соотношением U = q / C. Если заряд (например, за счет электризации) достигнет значительной величины (ему некуда стекать), напряжение между затвором и подложкой превысит величину напряжения пробоя тонкого слоя диэлектрика и транзистор выйдет из строя.

Для защиты входной цепи инвертора к затворам присоединен стабилитрон VD1 (см. рис. 4.4). Для исключения возможности пробоя от статического или наведенного от силовых сетей электричества в структуре инвертора предусматриваются и другие элементы защиты (рис. 4.5).

Цепь защиты входа состоит из резистора R сопротивлением 0,5÷1,5 кОм и диодов VD1, VD2, VD3, которые замыкают повышенные входные напряжения либо на источник питания Uип, либо на общую шину. Диоды VD1, VD2 защищают изоляцию затвора от пробоя. В зависимости от значения и полярности перегрузочного напряжения диоды либо проводят в прямом направлении (падение напряжения на диоде Uд.пр = 0,7–0,8 В), либо оказываются в режиме лавинного пробоя, который наступает при обратном напряжении 30–35 В. Лавинный пробой диодов имеет обратимый характер и на работоспособности микросхемы не отражается. Последовательный резистор R (0,5÷1,5 кОм) ограничивает скачок тока при заряде емкости Свх, защищая выход предыдущей микросхемы от импульсной перегрузки. Эта RC-цепь создает временную задержку 6–7 нс. Диод VD3 защищает вход от ошибочной перемены полярности входного сигнала.

 

 

Рис. 4.5. Полная схема инвертора с защитными цепями

 

Диоды VD4VD6 защищают выход инвертора от пробоя. Диоды VD4VD5 не создаются специально – это составная часть структуры микросхемы. Диод VD6 защищает инвертор от ошибочной перемены полярности питания. Такой диод создают в структуре специально. Защитные элементы на принципиальных схемах обычно не изображают.




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