CMOS (هيكل أشباه الموصلات لأكسيد المعدن التكميلي) - تكنولوجيا البناء الدوائر الإلكترونية. في حالة أكثر عمومية - CMDC (مع هيكل عازل معدني وأشباه الموصلات). سمة مميزةتتميز دوائر CMOS مقارنة بالتقنيات ثنائية القطب (TTL، ESL، وما إلى ذلك) باستهلاك منخفض جدًا للطاقة في الوضع الثابت (في معظم الحالات، يمكن الافتراض أن الطاقة يتم استهلاكها فقط أثناء تبديل الحالة )

الغالبية العظمى من الحديث رقائق المنطق، بما في ذلك المعالجات، استخدم دوائر CMOS. تستخدم تقنية CMOS ترانزستورات تأثير مجال البوابة المعزولة مع القنوات الموصلية المختلفة.

في الأجهزة التي تعتمد على شرائح CMOS، تكون إجراءات مكافحة الارتداد المعروفة من خلال تجربة شرائح TTL قابلة للتطبيق تمامًا، على سبيل المثال، تشغيل مشغل ثابت على عنصرين NAND أو NOR. ومع ذلك، فإن مقاومة الإدخال العالية للغاية لرقائق CMOS (في حدود مئات وآلاف الميجا أوم) والارتفاع النسبي مقاومة الإخراج(مئات الأوم - كيلو أوم واحد) يسمح لك بتبسيط دائرة الارتداد عن طريق إزالة المقاومات. أحد أشكال الدائرة هو جهاز تم تجميعه باستخدام عنصر منطقي واحد غير مقلوب.

هنا ينبغي أن يقال بضع كلمات عن العناصر المنطقية غير المقلوبة لسلسلة CMOS. معظم العناصر المنطقية في هذه السلسلة مقلوبة. كما هو مذكور أعلاه، تعمل الدوائر الدقيقة التي تحتوي على الحروف "PU" في تسميتها على مطابقة الدوائر الدقيقة CMOS مع الدوائر الدقيقة TTL. لهذا السبب، فإن تيارات الخرج الخاصة بها، عند تطبيق جهد الإمداد على مخرجاتها أو توصيل المخرجات بسلك مشترك في الجهاز وفقًا للدوائر، يمكن أن تصل إلى عشرات المللي أمبير، مما يؤثر سلبًا على موثوقية الأجهزة ويمكن أن يخدم كمصدر قوي للتدخل. تسمح المقاومة العالية للمدخلات للدوائر الدقيقة CMOS بالاستغناء عنها في بعض الحالات العناصر النشطةلقمع الثرثرة.

السلسلة الأكثر واعدة هي تلك المصنوعة على ترانزستورات MOS التكميلية (CMOS) (K176، K564، وما إلى ذلك). ليس لديهم مقاومات تحميل، وتعمل ترانزستورات MOS ذات التوصيلات الكهربائية المختلفة للقنوات كمفاتيح. عندما يكون جهد البوابة أكبر من العتبة، بالنسبة للترانزستورات ذات القناة نوع معينيتم فتح الترانزستور المقابل ويتم قفل الآخر. عند قيمة أخرى أكبر من قيمة العتبة للترانزستورات ذات الموصلية الكهربائية من النوع المعاكس، تتغير أماكن الترانزستورات المقفلة والمقفلة. تعمل هذه الهياكل بنجاح عندما يختلف جهد مصدر الطاقة على نطاق واسع (من 3 إلى 15 فولت)، وهو أمر بعيد المنال بالنسبة للعناصر المنطقية التي تشمل المقاومات. في الوضع الثابت، مع مقاومة الحمل العالية، لا تستهلك عناصر CMOS المنطقية أي طاقة تقريبًا.

وتتميز أيضًا بما يلي: استقرار مستويات إشارة الدخل واختلافها البسيط عن جهد مصدر الطاقة؛ مدخلات عالية ومقاومة منخفضة الإخراج. مناعة جيدة للضوضاء سهولة التنسيق مع الدوائر الدقيقة من سلاسل أخرى.

بوابات منطقية CMOS تؤدي وظيفة 3 NAND. ويستخدم ترانزستورات القناة المستحثة. تحتوي الترانزستورات VT1-VT3 على قناة من النوع وتكون مفتوحة عندما يقترب جهد البوابة من الصفر. تحتوي الترانزستورات على قناة من النوع وتكون مفتوحة عند بوابة فولتية أكبر من قيمة العتبة.

عند الصفر اشارة ادخالعلى الأقل أحد مدخلات العنصر المنطقي، يكون أحد الترانزستورات مفتوحًا ويكون جهد الخرج يساوي E. وفقط إذا كانت هناك إشارة منطقية واحدة عند جميع المدخلات (عادةً ما تساوي E)، فإن جميع الترانزستورات VT1 تكون مغلقة، والترانزستورات المتدرجة مفتوحة. الجهد الناتجيساوي إمكانات الناقل المشترك (المنطقي 0). وبالتالي، فإن الجمع بين التبديل المتدرج للترانزستورات مع القنوات التي لها نوع واحد من التوصيل الكهربائي، و اتصال موازيةأتاحت الترانزستورات ذات القنوات من نوع مختلف من التوصيل الكهربائي إمكانية تنفيذ وظيفة NAND.

إذا تم تبديل مجموعات من الترانزستورات المتدرجة والمتوازية، فسيتم تنفيذ العنصر الذي يؤدي الوظيفة. وهو يعمل على غرار سابقتها. تكون الترانزستورات مفتوحة إذا كانت بواباتها منطقية 1، ويتم قفلها عندما تكون إشارات الدخل منطقية 0.

من الواضح من الدوائر المدروسة أنه في الوضع الثابت يكون أحد الترانزستورات المتصلة على التوالي مغلقًا دائمًا والآخر مفتوحًا. منذ الترانزستور مغلقة لديها مقاومة عالية، ثم يتم تحديد التيار في الدائرة فقط من خلال القيم الصغيرة لتيارات التسرب ولا تستهلك الدائرة الدقيقة الطاقة الكهربائية عمليًا.

عادةً ما يتم استخدام الدائرة كعاكس أساسي مثبت عند مدخل LE. لمنع انهيار طبقة الأكسيد تحت بوابات ترانزستورات MOS، يتم عادةً استكمال دائرة العاكس بثنائيات تعمل وظائف الحماية. الثابت الزمني لهذه المكونات هو حوالي 10 ns. ولذلك، فإن تقديمها لا يتغير بشكل كبير الخصائص الديناميكيةالعناصر المنطقية. عند الدخول إلى دائرة الإدخال الإجهاد الساكنمن قطبية أو أخرى، تفتح الثنائيات المقابلة وتقصر دائرة مصدر الشحنة الساكنة إلى دائرة إمداد الطاقة. يعمل المقاوم ، الذي يشكل مع السعات الحاجزة للثنائيات ، دائرة متكاملة ، على تقليل معدل الزيادة في الجهد عند البوابة إلى القيمة التي يكون عندها الثنائيات VD2 و VD3 وقتًا للفتح.

إذا كان مصدر الجهد منخفضا المقاومة الداخلية، ثم سوف يتدفق تيار أمامي كبير عبر الصمام الثنائي. لذلك، عند تشغيل المعدات التي تحتوي على مثل هذه العناصر المنطقية، يجب توفير جهد الإمداد قبل إشارة الإدخال، وعند إيقاف التشغيل، والعكس صحيح. في الحالات التي يكون فيها بعض الانخفاض في الأداء مقبولاً، يمكن تضمين المقاومات في دائرة الإدخال للحد المدخلات الحاليةعلى مستوى.

في عدد من الدوائر الدقيقة لزيادة الانحدار وظيفة النقلولزيادة سعة الحمولة، يتم توصيل عاكس واحد أو اثنين إضافيين بمخرج عاكس العنصر المنطقي. تحتوي الترانزستورات على عاكس إضافي زيادة القوة. بسببها، يتم تقليل مقاومة قنوات ترانزستورات العاكس المفتوحة من كيلو أوم إلى كيلو أوم. تتيح قيم مقاومة الخرج هذه عدم إدخال مقاومات تحد من التيار في دوائر الخرج التي تحمي ضدها دائرة مقصورةعند الخروج.

في عناصر منطق CMOS، يتم تنفيذ العناصر ذات الحالات الثلاث المستقرة ببساطة شديدة. للقيام بذلك، يتم توصيل ترانزستورين متكاملين يتم التحكم فيهما بواسطة إشارات عكسية على التوالي مع الترانزستورات العاكسة. إذا كانت الترانزستورات مغلقة عند إمداد الإشارات، فإن مقاومة الخرج للعاكس تكون موجودة أهمية عظيمة(العاكس في حالة المقاومة العالية الثالثة).

الحالة الثالثة موجودة في الدوائر الدقيقة الفردية، على سبيل المثال، في العناصر المنطقية من النوع، وكذلك في الوحدات الوظيفية المعقدة لسلسلة CMOS.

يمكن إجراء مطابقة عناصر منطق TTL مع عناصر منطق CMOS بعدة طرق:

1) تشغيل العناصر المنطقية CMOS ذات الفولتية المنخفضة، حيث تقوم إشارات العناصر المنطقية TTL بتبديل ترانزستورات العناصر المنطقية CMOS؛

2) استخدم عناصر منطق TTL مع مُجمِّع مفتوح، تشتمل دائرة الخرج الخاصة به على مقاوم متصل به مصدر إضافيتوتر؛

3) استخدم الدوائر الدقيقة لمحول المستوى عند مطابقة سلسلة CMOS مع سلسلة TTL وعند مطابقة سلسلة TTL مع سلسلة CMOS).

زيادة إذا لزم الأمر انتاج الطاقةيُسمح بالاتصال المتوازي للعديد من الدوائر الدقيقة. لمنع التداخل في دائرة الطاقة بين حافلات الطاقة، قم بتشغيله مكثف كهربائياالقدرة والموازية لها المكثفات السيراميكيةالقدرة لكل الجسم. ترتبط الأخيرة مباشرة بمخرجات الدوائر الدقيقة. يجب ألا تتجاوز سعة الحمل بشكل عام. إذا كانت سعة الحمل أكبر، يتم تركيب مقاومة إضافية على التوالي مع الخرج، مما يحد من تيار التفريغ الزائد. إذا كانت هناك زيادات في الجهد في إشارة الدخل، فيمكن توصيل مقاوم محدد بقيمة اسمية تصل إلى 10 كيلو أوم على التوالي مع دخل LE. يجب توصيل مدخلات LE غير المستخدمة بنواقل إمداد الطاقة أو توصيلها بالتوازي مع المدخلات المتصلة. خلاف ذلك، من الممكن حدوث أعطال للعازل الكهربائي تحت البوابة وعطل بسبب التأثير القوي للتداخل.

يُسمح بقصر دائرة أطراف إخراج الدوائر الدقيقة عند جهد إمداد منخفض.

أثناء التخزين والتركيب، احذر من الكهرباء الساكنة. لذلك، أثناء التخزين، تكون المحطات متصلة ببعضها البعض كهربائيًا. يتم تركيبها مع إيقاف تشغيل جهد الإمداد، ويكون استخدام الأساور إلزاميًا، حيث يتم توصيل جسم الكهربائيين بالأرض.

تُستخدم العناصر المنطقية لسلسلة CMOS على نطاق واسع في بناء أنظمة فعالة من حيث التكلفة الأجهزة الرقميةالسرعة المنخفضة والمتوسطة. وفي المستقبل، مع تحسن تكنولوجيا التصنيع الخاصة بهم، يمكنهم التنافس مع عناصر منطق TTL عند إنشاء أجهزة عالية السرعة.

عادة، عند تصميم المجسات والمعايرات، يتم استخدام مولدات النبض القصير لإنتاج إشارة ذات نطاق واسع وموحد. تتيح لك هذه الإشارة التحقق بسرعة من مجموعات أجهزة الراديو، سواء ذات التردد المنخفض (LF) أو التردد العالي (HF). علاوة على ذلك، كلما كانت مدة النبضة أقصر، كان ذلك أفضل - حيث يكون الطيف أوسع وأكثر تجانسًا.

كقاعدة عامة، تتكون هذه المولدات من مكونين رئيسيين: مولد النبض المستطيل نفسه ومشكل النبض القصير. وفي الوقت نفسه، يمكنك الاستغناء عن برنامج تشغيل خاص، لأنه موجود بالفعل في العنصر المنطقي للدائرة الدقيقة لهيكل CMOS.

دعونا نلقي نظرة على الرسم البياني

الشكل 4 - مولد RC

يوضح الشكل 4 مذبذب RC المعروف الذي يعمل فيه في هذه الحالةبتردد حوالي 1000 هرتز (يعتمد ذلك على تقييمات الأجزاء R1 وC1). يتم توفير إشارة مستطيلة منخفضة التردد من إخراج العنصر DD1.2 (دبوس 4) عبر سلسلة R2C3 إلى المقاوم المتغير R4 - فهو ينظم بسلاسة سعة الإشارة المقدمة إلى الوحدة التي يتم اختبارها.

يتم إخراج الإشارة عالية التردد (نبضات قصيرة) بشكل غير عادي إلى حد ما - تتم إزالة الإشارة من المقاوم المتغير R3 المتصل بدائرة الطاقة الخاصة بالدائرة الدقيقة. من خلال تحريك شريط تمرير هذا المقاوم، يتم ضبط مستوى إشارة الإخراج عالية التردد بسلاسة.

دعونا نفكر في مبدأ تشغيل برنامج التشغيل هذا باستخدام مخطط مبسط للعنصر المنطقي لبنية CMOS الموضح في الشكل 5.

الشكل 5 - رسم تخطيطي مبسط لهيكل بوابة CMOS

أساسها عبارة عن ترانزستورات ذات تأثير ميداني متصلين بسلسلة مع بوابة معزولة و أنواع مختلفةالموصلية القناة. إذا قمت بتوصيل المقاوم R1 على التوالي مع الترانزستورات، وقم بالتطبيق نبضات مربعة U1، سيحدث ما يلي (الشكل 3). نظرًا لحقيقة أن مدة جبهة النبض لا يمكن أن تكون متناهية الصغر، وكذلك بسبب القصور الذاتي للترانزستورات، في اللحظة التي تعمل فيها الجبهة، ستأتي لحظة يكون فيها كلا الترانزستورات في الحالة المفتوحة. سوف يتدفق من خلالها ما يسمى بالتيار ، والذي يمكن أن تتراوح قيمته من الوحدات إلى عشرات الملي أمبير ، اعتمادًا على نوع الدائرة الدقيقة وجهد مصدر الطاقة. سيتم تشكيل نبضات الجهد القصير U2 عبر المقاوم. علاوة على ذلك، سواء في وقت الجبهة والركود.

بمعنى آخر، سيتضاعف تردد النبضات الأصلية.

لا ينبغي أن تكون مقاومة المقاوم عالية لتجنب تعطيل وضع التشغيل لعناصر الدائرة الدقيقة. وهذا يعني أنه يمكن توصيل حمل منخفض المقاومة بمقاومة 50...75 أوم بالخرج عالي التردد.

بالنسبة للمولد قيد النظر، فإن الحد الأقصى لسعة النبضات عند خرج التردد العالي هو 100...150 مللي فولت، والتيار المستهلك من مصدر الطاقة لا يتجاوز 1.6 مللي أمبير. تم تصميم المولد للاستخدام عند اختبار مكبرات الصوت AF ومكبرات الصوت ثلاثية البرامج وأجهزة الاستقبال الراديوية على نطاقي LW وMW.

هياكل CMOS

حقل التأثير الترانزستور - جهاز أشباه الموصلات، والتي من خلالها تتدفق ناقلات الشحنة الرئيسية، وينظمها العرضية الحقل الكهربائي، والذي يتم إنشاؤه بواسطة الجهد المطبق بين البوابة والصرف أو بين البوابة والمصدر.

منذ مبدأ التشغيل تأثير الترانزستور الميدانيعتمد على حركة ناقلات الشحنة الرئيسية من نوع واحد (إلكترونات أو ثقوب)، وتسمى هذه الأجهزة أيضًا أحادية القطب، وبالتالي تتناقض مع الأجهزة ثنائية القطب.

يتم تصنيف ترانزستورات التأثير الميداني إلى أجهزة ذات وصلة تحكم p-n وبوابة معزولة، تسمى ترانزستورات MOS (أشباه الموصلات المعدنية العازلة)، والتي تسمى أيضًا ترانزستورات MOS (أشباه الموصلات المعدنية والأكسيدية)، والأخيرة تنقسم إلى ترانزستورات ذات قناة مدمجة وأجهزة ذات قناة مستحثة.

تشمل المعلمات الرئيسية لترانزستورات التأثير الميداني ما يلي: مقاومة الإدخال، والمقاومة الداخلية للترانزستور، وتسمى أيضًا الخرج، وانحدار خاصية بوابة التصريف، وجهد القطع، وبعض العوامل الأخرى.

الترانزستور ذو التأثير الميداني مع وصلة التحكم p-n هو ترانزستور ذو تأثير المجال حيث تحتوي لوحة أشباه الموصلات، على سبيل المثال من النوع n، على أقطاب كهربائية (الصرف والمصدر) في طرفي نقيض، والتي يتم من خلالها توصيلها بالتحكم المتحكم فيه. دائرة كهربائية. تتصل دائرة التحكم بالقطب الثالث (البوابة) وتتكون من منطقة ذات نوع مختلف من الموصلية، في هذه الحالة النوع p.

وشملت إمدادات الطاقة دائرة الإدخال، يخلق جهدًا عكسيًا عند تقاطع p-n واحد. يتم أيضًا تضمين مصدر التذبذبات المضخمة في دائرة الإدخال. عندما يتغير جهد الدخل، يتغير الجهد العكسي عند الوصلة p-n، وبالتالي يتغير سمك الطبقة المستنزفة (القناة n)، أي المساحة المقطع العرضيالمنطقة التي يمر من خلالها تدفق ناقلات الشحنة الرئيسية. هذه المنطقة تسمى القناة.

السمة المميزة لبنية CMOS مقارنة بهياكل MOS الأخرى (N-MOS، P-MOS) هي وجود ترانزستورات التأثير الميداني للقناة n وp؛ ونتيجة لذلك، فإن دوائر CMOS لديها المزيد السرعه العاليهالإجراءات وانخفاض استهلاك الطاقة، ولكنها تتميز أكثر تعقيدا العملية التكنولوجيةالتصنيع وانخفاض كثافة التعبئة والتغليف.

الدوائر المتكاملة لمنطق الترانزستور-الترانزستور عبارة عن تجميعات دقيقة ذات درجة منخفضة من التكامل، مبنية على ترانزستورات ثنائية القطب. عيبهم الرئيسي هو العدد الصغير لكل شريحة، فضلاً عن أهمية جهد الإمداد والاستهلاك الحالي الكبير إلى حد ما.

يُظهر الرسم البياني أعلاه عنصرًا منطقيًا بسيطًا - 3ط - لا. يعتمد على الترانزستور التقليدي ثنائي القطب متعدد الباعثات VT1. سيظهر مستوى الصفر المنطقي عند مخرجاته إذا كانت هناك مستويات عالية على جميع البواعث الثلاثة في نفس الوقت. يأخذ VT2 وظيفة الانعكاس (ليس عنصرًا)، والباعث المتعدد VT1 هو عنصر منطقي 3I.

على الرغم من العيوب المذكورة، فإن سلسلة TTL الأكثر شعبية، K155، تحظى بشعبية كبيرة اليوم، انظر إلى عدد أجهزة الراديو محلية الصنع التي يمكن تجميعها عليها.

سلسلة K155 هي الأكثر سلسلة ضخمة TTL. أنه يحتوي على أكثر من 100 تجميعات دقيقة تؤدي مختلف وظائف منطقيةوالعمليات (و، أو، لا، و - لا، أو - لا، المتأرجح، السجلات، العدادات، الجامع.

يكمن المستوى المنطقي في الدوائر الدقيقة لسلسلة TTL في نطاق الجهد من 2.4 فولت إلى 5 فولت)، ولا يزيد مستوى الصفر المنطقي عن 0.4 فولت.

يتم إنتاج جميع التجميعات الدقيقة تقريبًا في هذه السلسلة في حزمة قياسية ذات 14 سنًا. مع نقطة أو درجة مفتاح تشير إلى المحطة الأولى. الدبوس السابع هو الجسم أو السالب. 14 الكذب مقابل الأول هو زائد.

كانت الخطوة التالية في تطور K155 هي سلسلة K555، حيث تم الاحتفاظ بمبدأ TTL الأساسي، ولكن تمت إضافة الوصلات المجمعة للترانزستورات. لذلك، تم تسمية سلسلة K555 باسم TTLSh (صمام ثنائي TTL وشوتكي). في TTLSH، انخفض استهلاك الطاقة بنحو 2 مرات، وزاد الأداء بشكل حاد.

رقائق سيموس

الحرف K في بداية الاختصار يرمز إلى - مكمل. في الممارسة العملية، هذا يعني أن التجميع الدقيق يستخدم أزواجًا لها نفس المعلمات، لكن أحد الترانزستورات لديه بوابة من النوع n، والآخر، على التوالي، من النوع p. وتسمى أيضًا CMOS (أشباه الموصلات لأكسيد المعدن التكميلي).

يوضح الشكل مثالاً لبوابة NOT الأساسية الكلاسيكية. أي أنه إذا وصلت وحدة إلى الإدخال، فسيكون الإخراج صفرًا منطقيًا والعكس صحيح.

عنصر 2أنا – لا. من السهل الحصول على اثنين من هذه العناصر المنطقية، ومن عدة قلابات - عداد ومسجل وجهاز تخزين أولي.

والآن عن ذبابة المرهم: عند الحد الأقصى لتردد التشغيل، تكون عناصر CMOS أدنى بشكل ملحوظ من المنطق الآخر القائم على الترانزستورات ثنائية القطب (TTL) وهي حساسة للغاية للكهرباء الساكنة.

الدوائر الدقيقة المبنية على هياكل KMDP

يتم استخدام الدوائر المتكاملة الرقمية القائمة على هياكل CMOS بشكل متزايد في تطوير الدوائر الإلكترونية المختلفة، والتي يوجد عدد لا بأس به منها أسباب وجيهة. تعد أجهزة KMDP المرحلية متعددة الاستخدامات وسهلة الاستخدام ولها خصائص فريدة غير معتادة بالنسبة للفئات الأخرى من الدوائر المتكاملة الرقمية.

تسمى هذه المرحلية التكميلية لأنها مصنوعة على أساس ترانزستورات CMOS، أي. يعتمد على أزواج من الترانزستورات ذات التأثير الميداني ذات الهيكل: معدن - أكسيد (عازل) - أشباه الموصلات، لها خصائص وقنوات متشابهة جدًا من أنواع مختلفة من الموصلية. تستهلك الدوائر المتكاملة المبنية على هذا المبدأ طاقة أقل بكثير من مصدر الطاقة مقارنة بجميع الدوائر المتكاملة الأخرى ويمكن أن تعمل في نطاق أوسع من مستويات جهد الإمداد. الكترونية ساعة اليدوأجهزة للسيارات الطبية الأجهزة الإلكترونية, أجهزة استقبال التلفزيونتعد الآلات الحاسبة المحمولة مجرد أمثلة قليلة للأجهزة التي تستخدم وحدات CMDP المرحلية.

تتمثل المزايا الرئيسية للدوائر المتكاملة الرقمية القائمة على هياكل CMOS في المقاومة العالية لمدخلات الترانزستورات (Rin) 10 12 أوم) و مستوى عالاندماج. عن طريق القيام أجهزة النبضفي العناصر المنطقية CMOS المتكاملة، لا تقتصر مقاومة مقاومات التوقيت بسبب مقاومة المدخلات العالية للترانزستورات على الجزء العلوي، لذلك لا ينبغي زيادة الحصول على نبضات ذات مدة طويلة السعة الكهربائيةالمكثفات توقيت.

الهياكل التكميلية عبارة عن أزواج تكميلية من الترانزستورات ثنائية القطب (p-n-p و n-p-n) أو MIS (قناة p و n-channel) ، والتي يمكنها تحسين أداء المرحلية بشكل كبير. يتم تصنيعها على ركيزة مشتركة في جيوب معزولة عن الركيزة أو السندات الإذنية تقاطعأو فيلم عازل. تصنع الترانزستورات التكميلية في شكل هياكل أفقية ورأسية.

في الترانزستورات ذات البنية الأفقية، يقع الباعث والقاعدة والمجمع على نفس المستوى الأفقي، وبالتالي فإن ناقلات الأقلية المحقونة في القاعدة لا تتحرك بشكل عمودي على سطح البلورة، ولكن على طولها. تسمى هذه الترانزستورات النهاية (الجانبية). في صناعة النهاية

ترانزستورات p-n-p - يتم تكوين الباعثات أثناء الانتشار الأساسي للترانزستورات n-p-n. ثم عن طريق نشر القاعدة الثانية باعث pnp- الترانزستور محاط بمجمع . قاعدة الترانزستور هي طبقة أشباه الموصلات الأصلية من النوع n بين هذه المناطق. يتم تحديد عرض القاعدة، وبالتالي قيمة معامل نقل التيار الأساسي، من خلال المسافة بين النوافذ المحفورة في وضع الصورة للباعث والمجمع.

في الهياكل الرأسية، تقع القاعدة أسفل الباعث (تتحرك ناقلات الأقلية المحقونة في اتجاه عمودي على سطح البلورة). الثلاثة جميعا مناطق pnp- تتكون الترانزستورات (المجمع والقاعدة والباعث) عن طريق الانتشار. يصعب تصنيع مثل هذه الهياكل التكميلية بسبب متطلبات الدقة العالية لتركيز الشوائب المشابهة. ومع ذلك، فإن الترانزستورات المصنعة باستخدام هذه التكنولوجيا لديها معامل نقل تيار أساسي أكبر من الترانزستورات ذات الهيكل الأفقي وجهد الانهيار العالي لوصلة المجمع.

السمة العامة الرئيسية لـ TTL هي الاستخدام الترانزستورات ثنائية القطب، والهياكل هي فقط p-p-p. يعتمد CMOS، كما يوحي اسمه، على ترانزستورات ذات تأثير ميداني مع بوابة معزولة من هيكل MOS، ومكملة، أي من كلا القطبين - كلاهما مع قناة w و/^. يظهر الشكل 1 تصميم الدائرة للعناصر المنطقية الأساسية TTL وCMOS. 15.1. في الغرب، يطلق عليهم أيضًا اسم الصمامات - وسنرى كيف يمكن تبرير هذا الاسم في نهاية الفصل.

لقد قمنا بالفعل برسم ترانزستور TTL متعدد الباعث في الفصل الأول - يمكن أن يحتوي على أكبر عدد تريده من الباعثات (في الممارسة العملية، حتى ثمانية)، وسيحتوي العنصر بعد ذلك على العدد المقابل من المدخلات. إذا تم قصر أي من بواعث الترانزستور VT1 على الأرض، فسيتم فتح الترانزستور، وسيتم إغلاق الترانزستور متغير الطور VT2 (نحن على دراية بعمله من الشكل 6.8). وبناء على ذلك، سيتم فتح ترانزستور الخرج VT3، وسيتم إغلاق VT4، وسيكون الخرج بمستوى منطقي مرتفع، أو مستوى منطقي واحد. إذا كانت جميع الباعثات متصلة بإمكانات عالية (أو ببساطة "معلقة" في الهواء)، فسيكون الوضع عكس ذلك - سيتم فتح VT2 بالتيار من خلال تقاطع المجمع الأساسي VT1 (يسمى تشغيل الترانزستور هذا "معكوس")، وسيتم ضبط الإخراج على الصفر بسبب الترانزستور المفتوح VT4. سيؤدي عنصر TTL هذا وظيفة "AND-NOT" (الصفر المنطقي عند الإخراج فقط عندما تكون جميع المدخلات واحدة).

TTL

مرحلة الإخراج لعنصر TTL هي نوع من المرحلة التكميلية ("الدفع والسحب") من الفئة B، المألوفة لنا من مكبرات الصوت التناظرية (انظر الشكل 8.2). ومع ذلك، فقد تبين أن إعادة إنتاج ترانزستورات pnp أمر صعب للغاية بالنسبة لتقنية TTL، ولهذا السبب يُطلق على مثل هذا الشلال أيضًا اسم التكميلي الزائف - يعمل الترانزستور العلوي VT3 في وضع تابع للباعث، والترانزستور السفلي في دائرة باعث مشتركة.

أرز. 15.1. دوائر عناصر TTL وCMOS الأساسية

بالمناسبة، نلاحظ أنه نظرًا لعدم توفر ترانزستورات p-w-p، فقد تبين أن إعادة إنتاج دائرة "OR" لتقنية TTL أمر صعب الكسر، ويختلف تصميم دائرتها بشكل كبير عن ذلك الموضح في الشكل. 15.1 الرسم التخطيطي الأساسي لعنصر "AND-NOT".

ملاحظات في الهامش

في الأيام الأولى لتكنولوجيا الترانزستور، تم استخدام مراحل تكميلية زائفة مشابهة لمرحلة إخراج TTL - يا للرعب! - لتعزيز الصوت. أدى هذا البناء إلى محاولات عديدة لتكييف العناصر المنطقية، والتي، في جوهرها، هي مكبر للصوت مع مكاسب كبيرة إلى حد ما (عدة عشرات)، لتضخيم الإشارات التناظرية. وغني عن القول أن النتائج كانت كارثية للغاية، حتى مع وجود عنصر CMOS الذي تم تصميمه بشكل أكثر تناسقًا.

كما يتبين من الرسم البياني، فإن عنصر TTL غير متماثل إلى حد كبير في كل من المدخلات والمخرجات. عند الإدخال، يجب أن يكون الجهد المنطقي الصفري قريبًا إلى حد ما من الأرض، بجهد عند الباعث يبلغ حوالي 1.5 فولت (مع مصدر TTL قياسي يبلغ 5 فولت) ترانزستور الإدخالمقفل بالفعل. علاوة على ذلك، عند تطبيق الصفر، من الضروري التأكد من إزالة تيار باعث أساسي كبير إلى حد ما - حوالي 1.6 مللي أمبير لعنصر قياسي، ولهذا السبب يتم تحديد عناصر TTL دائمًا الحد الأقصى للمبلغمتصلة في نفس الوقت بإخراج عناصر أخرى من هذا القبيل (قياسي - لا يزيد عن اثني عشر). وفي الوقت نفسه، قد لا يتم توفير المدخلات المنطقية على الإطلاق. ومع ذلك، من الناحية العملية، يجب توفيره - وفقًا للقواعد، يجب توصيل مدخلات TTL غير المستخدمة بمصدر الطاقة من خلال مقاومات 1 كيلو أوم.

الوضع أسوأ عند الإخراج: يتم توفير الجهد الصفري المنطقي بواسطة ترانزستور مفتوح وهو بالفعل قريب جدًا من الصفر - حتى مع وجود حمل على شكل عشرات المدخلات من عناصر أخرى مماثلة، فإنه لا يتجاوز 0.5 فولت، و تنص معايير إشارة TTL على قيمة لا تزيد عن 0.8 فولت. لكن جهد الوحدة المنطقية بعيد تمامًا عن مصدر الإمداد ويبلغ 5 فولت عند إمداده أفضل سيناريو(بدون تحميل) من 3.5 إلى 4 فولت، لكن عملياً تنص المعايير على قيمة 2.4 فولت.

يؤدي هذا الموازنة بين أعشار فولت (جهد صفر 0.8 فولت، وتبديل جهد العتبة من 1.2 إلى 2 فولت، وجهد الوحدة 2.4 فولت) إلى حقيقة أن جميع الدوائر الدقيقة TTL يمكن أن تعمل في نطاق ضيق إلى حد ما من جهد الإمداد - تقريبًا من 4.5 إلى 5.5 فولت، والعديد منها من 4.75 إلى 5.25 فولت، أي 5 فولت ±5%. الحد الأقصى المسموح به لجهد الإمداد لسلاسل TTL المختلفة هو من 6 إلى 7 فولت، وعندما يتم تجاوزه، فإنها عادةً ما تحترق بلهب واضح. يؤدي أيضًا انخفاض وغير متماثل بالنسبة إلى عتبة مصدر الطاقة للعنصر إلى ضعف المناعة ضد الضوضاء.

أكبر (وأكثر خطورة من الآخرين) عيب TTL هو استهلاكه العالي - ما يصل إلى 2.5 مللي أمبير لكل عنصر من هذا القبيل، وهذا لا يأخذ في الاعتبار التيارات المتدفقة عند المدخلات واستهلاك الحمل عند الإخراج. لذلك يجب على المرء أن يتساءل لماذا لا تحتاج شرائح TTL التي تحتوي على العديد من العناصر الأساسية، مثل العدادات أو السجلات، إلى مشعاع تبريد. يعد الجمع بين مناعة الضوضاء المنخفضة والاستهلاك العالي خليطًا متفجرًا إلى حد ما، وعند توصيل لوحات الأسلاك بدوائر TTL الدقيقة، يتعين عليك تثبيت مكثف فصل في كل حالة. كل ما سبق معًا كان من شأنه أن يجبر المرء منذ فترة طويلة على التخلي عن تقنية TTL تمامًا، ولكن حتى وقت ما كان لديهم شيء واحد ميزة لا يمكن إنكارها: الأداء العالي والذي بالنسبة للعنصر الأساسي بالشكل الموضح في الشكل. 15.1، يمكن أن يصل إلى عشرات الميغاهيرتز.

في مزيد من التطويراتبعت TTL خط تقليل الاستهلاك والتحسين الخصائص الكهربائية، وذلك بشكل رئيسي من خلال استخدام ما يسمى. تقاطعات شوتكي، حيث يمكن أن يكون انخفاض الجهد 0.2-0.3 فولت بدلاً من 0.6-0.7 فولت المعتاد (تقنية TTLSh، المشار إليها بالحرف S في اسم السلسلة، التناظرية المحلية هي السلسلة 531 و530). التكنولوجيا الأساسية التي شكلت أساس سلسلة 74، والتي انتشرت على نطاق واسع في الستينيات والسبعينيات، دون أحرف إضافية في التسمية (النظائر هي الشهيرة سلسلة محلية 155 و 133)، الآن غير مستخدم عمليا. يمكن الآن اختيار شرائح TTL من سلسلة 74LSxx منخفضة الطاقة (سلسلة 555 و533) أو سلسلة 74Fxx عالية السرعة (سلسلة 1531). علاوة على ذلك، فإن استهلاك الأخير يساوي تقريبًا استهلاك السلسلة الأساسية القديمة بسرعة أعلى (تصل إلى 125 ميجاهرتز)، ولكن بالنسبة للأول فإن الأمر على العكس من ذلك - يتم الحفاظ على الأداء عند المستوى الأساسي، ولكن استهلاك الطاقة يتم تقليله ثلاث إلى أربع مرات.

كموس

تعتبر عناصر CMOS أقرب بكثير إلى فكرة ما يجب أن يكون عليه العنصر المنطقي المثالي. بادئ ذي بدء، كما هو واضح من الشكل. 15.1، فهي متناظرة عمليًا، سواء في الإدخال أو الإخراج. إن ترانزستور تأثير المجال المفتوح عند الخرج (إما نوع /? للنوع المنطقي، أو النوع للصفر المنطقي) هو في الواقع، كما نعلم.

مجرد مقاومة، والتي يمكن أن تتراوح بالنسبة لعناصر CMOS التقليدية من 100 إلى 300 أوم (نعني هنا بـ CMOS "التقليدي" أو "الكلاسيكي" سلسلة 4000A أو 4000V، انظر أدناه). للحصول على تناسق إضافي، عادة ما يتم وضع عاكسين مماثلين لتلك المبينة في الشكل على التوالي عند الخرج. 15.1 على اليمين (هل من المؤسف على الترانزستورات إذا لم يزيد الاستهلاك؟). ولذلك، فإن الإخراج لا يتأثر بحقيقة أنه يوجد في الذراع السفلي للدائرة "AND-NOT" نوعان من الترانزستورات على التوالي.

بالنسبة للدائرة "OR"، ستكون هذه الترانزستورات في الجزء العلوي من الذراع - وهي متناظرة تمامًا مع الدائرة "AND"، والتي تعد أيضًا ميزة إضافية لتقنية CMOS مقارنةً بـ TTL. يرجى أيضًا ملاحظة أن مرحلة خرج العاكس لم يتم إنشاؤها وفقًا لدائرة مرحلة "الدفع والسحب"، أي أنها ليست متابعات لجهد التدفق، ولكنها ترانزستورات في دائرة ذات مصدر مشترك، متصلة بواسطة مصارف، مما يسمح لك للحصول على زيادة الجهد الإضافي.

في الممارسة العملية، تؤدي ميزات تصميم العنصر إلى حقيقة أنه في الدوائر الدقيقة CMOS:

عند الخرج المفرغ، يكون الجهد المنطقي واحدًا مساويًا تقريبًا لجهد الإمداد، والجهد المنطقي الصفري يساوي تقريبًا جهد الأرض؛

عتبة التبديل قريبة من نصف جهد الإمداد.

لا تستهلك المدخلات أي تيار تقريبًا، نظرًا لأنها بوابات معزولة لترانزستورات MOS؛

في الوضع الثابت، لا يستهلك العنصر بأكمله أيضًا التيار من مصدر الطاقة.

من الموضع الأخير، يترتب على ذلك أن الدائرة بأي درجة من التعقيد، والتي تم إنشاؤها باستخدام عناصر CMOS، في حالة "مجمدة" وحتى بترددات تشغيل منخفضة، لا تتجاوز اثنتي عشرة أو كيلوهرتز، تستهلك عمليا أي طاقة! من هنا يتضح كيف أن الحيل مثل ساعات اليد، التي يمكن أن تعمل على بطارية صغيرة لسنوات، أو وضع السكون لوحدات التحكم الدقيقة، حيث تستهلك من 1 إلى 50 ميكرو أمبير لجميع عشرات الآلاف من العناصر المنطقية التي تتكون منها، أصبح ممكنا.

نتيجة أخرى للميزات المذكورة أعلاه هي الحصانة الاستثنائية للضوضاء، حيث تصل إلى نصف جهد الإمداد. ولكن هذا ليس كل الفوائد. يمكن للدوائر الدقيقة CMOS من السلسلة "الكلاسيكية" أن تعمل في نطاق جهد الإمداد من 2 إلى 18 فولت، والدوائر الحديثة عالية السرعة - من 2 إلى 7 فولت. والشيء الوحيد الذي يحدث في هذه الحالة هو عندما

عندما ينخفض ​​مصدر الطاقة بشكل حاد، ينخفض ​​الأداء وتتدهور بعض الخصائص الأخرى.

بالإضافة إلى ذلك، تعمل ترانزستورات خرج CMOS، مثل أي ترانزستورات أخرى ذات تأثير ميداني، كمصادر تيار عند التحميل الزائد (على سبيل المثال، في وضع الدائرة القصيرة) - عند جهد إمداد يبلغ 15 فولت، سيكون هذا التيار حوالي 30 مللي أمبير، عند 5 فولت - حوالي 5 مللي أمبير. علاوة على ذلك، قد يكون هذا، من حيث المبدأ، وضع تشغيل طويل الأجل لهذه العناصر، والشيء الوحيد الذي يجب التحقق منه هو ما إذا كانت قيمة إجمالي التيار المسموح به من خلال خرج الطاقة، والتي عادة ما تكون حوالي 50 مللي أمبير؛ تجاوزت. وهذا يعني أنه قد يتعين عليك تحديد عدد المخارج المتصلة في نفس الوقت بحمل منخفض المعاوقة. بطبيعة الحال، لا يوجد حديث عن المستويات المنطقية في هذا الوضع، فقط عن التيار المتدفق أو المتدفق.

وهنا نأتي إلى العيب الرئيسي لتقنية CMOS "الكلاسيكية" - الأداء المنخفض مقارنة بـ TTL. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن البوابة المعزولة لترانزستور MOS عبارة عن مكثف ذو سعة كبيرة إلى حد ما - في العنصر الأساسيما يصل إلى 10-15 بيكو فاراد. بالاشتراك مع مقاومة الخرج للدائرة السابقة، يشكل هذا المكثف مرشحًا ترددات منخفضة. عادة، لا يتم أخذ خصائص التردد في الاعتبار فحسب، بل أيضًا وقت تأخير انتشار الإشارة إلى عنصر منطقي واحد. يحدث التأخير بسبب حقيقة أن الجزء الأمامي من الإشارة ليس عموديًا بشكل صارم، ولكنه مائل، وسيبدأ جهد الخرج في الزيادة (أو النقصان) فقط عندما يصل جهد الإدخال إلى قيمة كبيرة (من الناحية المثالية، نصف جهد الإمداد) . يمكن أن يصل وقت التأخير إلى 200-250 ns في سلسلة CMOS المبكرة (قارن - سلسلة TTL الأساسية تحتوي على 7.5 ns فقط). في الممارسة العملية، مع جهد إمداد يبلغ 5 فولت، هو الحد الأقصى تردد التشغيللا يتجاوز تردد CMOS "الكلاسيكي" 1-3 ميجاهرتز - حاول بناء مولد إشارة مستطيل باستخدام عناصر منطقية باستخدام أي من الدوائر التي سيتم مناقشتها في الفصل 16، وسترى أنه بالفعل على تردد 1 ميجاهرتز يكون شكل الإشارة سوف تشبه إلى حد كبير موجة جيبية من المستطيل.

نتيجة أخرى لوجود سعة إدخال عالية هي أنه عند التبديل، يبدو أن النبض الحالي يعيد شحن هذه السعة، أي أنه كلما زاد تردد التشغيل، زاد استهلاك الدائرة الدقيقة، ويُعتقد أنه عند ترددات التشغيل القصوى، يتم استهلاكها يمكن مقارنتها باستهلاك TTL (حسب على الأقل، سلسلة TTL 74LS). ومما يزيد الأمر تفاقمًا حقيقة أنه بسبب جبهات النبض الطويلة ، يكون العنصر هادئًا منذ وقت طويليكون في الحالة النشطة عندما يكون كل من ترانزستورات الخرج مفتوحة قليلاً (أي يحدث ما يسمى بتأثير "من خلال التيار").

يؤدي هذا التشديد نفسه للواجهات مع مدخلات ذات مقاومة عالية إلى انخفاض في مناعة الضوضاء عند التبديل - إذا كانت الإشارة "مستقرة" في المقدمة تدخل عالي التردد، فإن هذا يمكن أن يؤدي إلى تبديل متعدد للمخرجات، كما كان الحال مع المقارنة (انظر الفصل 13). لهذا السبب، غالبًا ما تشير مواصفات الدوائر الدقيقة إلى المدة القصوى المطلوبة لحواف إشارة التحكم.

ومع ذلك، في CMOS الحديثة، على عكس "الكلاسيكية"، تم التغلب على معظم العيوب المرتبطة بالأداء المنخفض (على الرغم من تقليل نطاق مصدر الطاقة المسموح به). مزيد من التفاصيل حول سلسلة CMOS موصوفة أدناه، ولكن الآن بضع كلمات أخرى حول ميزات هذه الدوائر الدقيقة.

يجب أن تكون المدخلات غير المستخدمة لعنصر CMOS متصلة في مكان ما - إما بالأرض أو بالطاقة (ليس هناك حاجة لمقاومات، لأن الإدخال لا يستهلك التيار)، أو دمجها مع مدخل مجاور - وإلا فإن التداخل عند مثل هذا الإدخال عالي المعاوقة سوف يحدث تعطيل عمل الدائرة بشكل كامل. علاوة على ذلك، ومن أجل تقليل الاستهلاك، يجب أن يتم ذلك أيضًا فيما يتعلق بالعناصر غير المستخدمة في نفس الحالة (ولكن ليس لجميع المحطات الطرفية غير المستخدمة بالطبع). يمكن أيضًا أن يكون مدخل CMOS "العاري"، بسبب مقاومته العالية، سببًا في زيادة "وفيات" الرقائق عند تعرضها للكهرباء الساكنة، ولكن في الممارسة العملية، يتم دائمًا تحويل المدخلات باستخدام الثنائيات، كما هو موضح في الشكل 1. 11.4. يتم أيضًا تحديد التيار المسموح به من خلال هذه الثنائيات في المواصفات.

CMOS، أشباه الموصلات ذات التماثل التكميلي/أكسيد المعدن ) - تكنولوجيا بناء الدوائر الإلكترونية. تستخدم تقنية CMOS ترانزستورات تأثير مجال البوابة المعزولة مع قنوات ذات موصلية مختلفة. من السمات المميزة لدوائر CMOS مقارنة بالتقنيات ثنائية القطب (TTL، ESL، وما إلى ذلك) استهلاك الطاقة المنخفض جدًا في الوضع الثابت (في معظم الحالات، يمكن الافتراض أن الطاقة يتم استهلاكها فقط أثناء تبديل الحالة). السمة المميزة لبنية CMOS مقارنة بهياكل MOS الأخرى (N-MOS، P-MOS) هي وجود ترانزستورات التأثير الميداني للقناة n وp؛ ونتيجة لذلك، تتمتع دوائر CMOS بسرعة أعلى واستهلاك أقل للطاقة، ولكنها تتميز في الوقت نفسه بعملية تصنيع أكثر تعقيدًا وكثافة تعبئة أقل.

الغالبية العظمى من رقائق المنطق الحديثة، بما في ذلك المعالجات، تستخدم دوائر CMOS.

قصة

كانت دوائر CMOS المبكرة معرضة جدًا للتفريغ الكهروستاتيكي. الآن تم حل هذه المشكلة إلى حد كبير، ولكن عند تثبيت شرائح CMOS، يوصى باتخاذ تدابير لإزالة الشحنات الكهربائية.

تم استخدام الألومنيوم في وقت مبكر لصنع البوابات في خلايا CMOS. في وقت لاحق، فيما يتعلق بظهور ما يسمى بالتكنولوجيا المدمجة ذاتيًا، والتي تضمنت استخدام البوابة ليس فقط كعنصر هيكلي، ولكن في نفس الوقت كقناع عند الحصول على مناطق مصدر الصرف، بدأ السيليكون متعدد البلورات في يمكن استخدامها كبوابة.

تكنولوجيا

المخطط 2I-NOT

على سبيل المثال، فكر في دائرة بوابة 2I-NOT مبنية باستخدام تقنية CMOS.

• إذا تم تطبيق مستوى عالٍ على كلا المدخلين A وB، فإن كلا الترانزستورين الموجودين في الجزء السفلي من الدائرة يكونان مفتوحين، ويكون كلا الترانزستورين العلويين مغلقين، أي أن الخرج متصل بالأرض.
• إذا قمت بتطبيق واحد على الأقل من المدخلات مستوى منخفضسيكون الترانزستور المقابل مفتوحًا في الأعلى ومغلقًا في الأسفل. وبالتالي، سيتم توصيل الخرج بجهد الإمداد وفصله عن الأرض.

لا توجد مقاومة للحمل في الدائرة، لذلك في الحالة الثابتة، تتدفق فقط تيارات التسرب عبر دائرة CMOS من خلال الترانزستورات خارج الدائرة، ويكون استهلاك الطاقة منخفضًا جدًا. عند التبديل الطاقة الكهربائيةيتم إنفاقها بشكل أساسي على شحن سعات البوابات والموصلات، وبالتالي فإن الطاقة المستهلكة (والمبددة) تتناسب مع تردد هذه المفاتيح (على سبيل المثال، سرعة ساعة المعالج).

سلسلة من رقائق المنطق CMOS الأجنبية الصنع

سلسلة من رقائق المنطق CMOS المنتجة محليًا

• على ترانزستورات CMOS (CMOS):
  • تتوافق 164 و176 و561 و564 مع السلسلة 4000، لكن 164 و176 تحتوي على مصدر طاقة 9 فولت فقط؛
  • 1554 - سلسلة 74AC؛
  • 1561 - سلسلة 4000 ب؛
  • 1564 - سلسلة 74HC؛
  • 1594 - سلسلة 74ACT؛
  • 5564 - سلسلة 74HCT؛

أرز. 16.10.

الفرق الأساسي بين دوائر CMOS وتقنية nMOS هو غياب المقاومات النشطة. يتم توصيل زوج من الترانزستورات بنوع مختلف من القنوات بكل مدخل للدائرة. يتم توصيل الترانزستورات ذات القناة من النوع p بواسطة الركيزة بمصدر الطاقة، لذلك سيحدث تكوين قناة فيها عندما يكون فرق الجهد بين الركيزة والبوابة كبيرًا بدرجة كافية، ويجب أن يكون الجهد عند البوابة سالبًا نسبة إلى الركيزة. يتم ضمان هذه الحالة من خلال تطبيق الإمكانات الأرضية على البوابة (أي المنطقية 0). يتم توصيل الترانزستورات ذات القناة من النوع n بواسطة الركيزة بالأرض، وبالتالي فإن تكوين قناة فيها سيحدث عند تطبيق مصدر الطاقة المحتمل على البوابة (أي منطقي 1). إن تطبيق الصفر المنطقي أو الصفر المنطقي في نفس الوقت على هذه الأزواج من الترانزستورات ذات أنواع مختلفة من القنوات يؤدي إلى حقيقة أن أحد ترانزستور الزوج سيكون بالضرورة مفتوحًا والآخر مغلقًا. وبالتالي، يتم تهيئة الظروف لتوصيل الخرج إما بمصدر طاقة أو بالأرض.

لذلك، في أبسط الحالات، بالنسبة لدائرة العاكس (الشكل 16.10) عند A = 0، سيكون الترانزستور VT1 مفتوحًا وسيتم إغلاق VT2. وبالتالي، سيتم توصيل خرج الدائرة F من خلال القناة VT1 إلى مصدر الطاقة، والذي يتوافق مع الحالة المنطقية: F=1. عند A=1، سيتم إغلاق الترانزستور VT1 (البوابة والركيزة لهما نفس الإمكانات)، وسيكون VT2 مفتوحًا. ولذلك، سيتم توصيل خرج الدائرة F من خلال قناة الترانزستور VT2 إلى الأرض. وهذا يتوافق مع حالة الصفر المنطقية: F=0.

يتم تنفيذ الإضافة المنطقية (الشكل 16.11) عن طريق توصيل القنوات p للترانزستورات VT1 و VT2 على التوالي. عندما يتم توفير وحدة واحدة على الأقل، لا يتم تشكيل قناة واحدة لهذه الترانزستورات. في الوقت نفسه، بفضل الاتصال المتوازي لـ VT3 وVT4، يتم فتح الترانزستور المقابل في الجزء السفلي من الدائرة، مما يضمن اتصال الإخراج F بالأرض. يتبين أن F=0 عند تطبيق 1 منطقي واحد على الأقل - هذه هي قاعدة OR-NOT.

أرز. 16.11.

يتم تنفيذ وظيفة NAND من خلال اتصال متوازي لـ VT1 و VT2 في الجزء العلوي من الدائرة والاتصال التسلسلي لـ VT3 و VT4 في الجزء السفلي (الشكل 16.12). إذا تم تطبيق الصفر على مدخل واحد على الأقل، فلن يتم تشكيل قناة واحدة على VT3 وVT4، وسيتم فصل الإخراج عن الأرض. في الوقت نفسه، سيوفر ترانزستور واحد على الأقل في الجزء العلوي من الدائرة (على البوابة التي يتم تطبيق الصفر المنطقي عليها) توصيل الخرج F بمصدر الطاقة: F = 1 عند تطبيق صفر واحد على الأقل - قاعدة وليس.

أرز. 16.12.

ملخص موجز

يعتمد على قاعدة العنصر، يميز تقنيات مختلفةمن إنتاج آي سي. أهمها TTL على الترانزستورات ثنائية القطب و nMOS و CMOS قيد التشغيل تأثير الترانزستور الميدان.

الشروط الاساسية

تقنية nMOS تأثير الترانزستور الميدانمع قناة مستحثة من النوع n.

3-الدولة العازلة- جزء الإخراج من دائرة TTL، مما يوفر إمكانية الانتقال إلى الحالة الثالثة ذات المعاوقة العالية.

تقنية سيموس- تكنولوجيا إنتاج IC على أساس تأثير الترانزستور الميدانمع قنوات كلا النوعين من التوصيل الكهربائي.

جامع مفتوح- خيار تنفيذ الجزء العازل لعناصر TTL بدون مقاوم في دائرة الحمل، والذي تتم إزالته خارج الدائرة.

دوائر الحمل المقاومة- دوائر TTL التي يتم فيها تحديد حالة الدائرة العازلة من خلال حالة ليس ترانزستورًا واحدًا، بل ترانزستورين.

منطق الترانزستور الترانزستور- تكنولوجيا إنتاج الدوائر المتكاملة على أساس الترانزستورات ثنائية القطب.

الاختصارات المقبولة

كموس –أكسيد معدني متمم أشباه الموصلات

عدة الممارسة

تمارين للمحاضرة 16

التمرين 1

الخيار 1 للتمرين 1.رسم دائرة لعنصر NOR ثلاثي المداخل باستخدام تقنية nMOS.

الخيار 2 للتمرين 1.رسم دائرة لعنصر NAND ثلاثي المدخلات باستخدام تقنية nMOS.

الخيار 3 للتمرين 1.رسم دائرة لعنصر NOR ذو 4 مداخل باستخدام تقنية nMOS.

تمرين 2

الخيار 1 للتمرين 2.رسم دائرة بوابة NOR ذات 3 مداخل باستخدام تقنية CMOS.

الخيار 2 للتمرين 2.رسم دائرة بوابة NAND ذات 3 مداخل باستخدام تقنية CMOS.

الخيار 3 للتمرين 2.رسم دائرة بوابة NOR ذات 4 مداخل باستخدام تقنية CMOS.

التمرين 3

الخيار 1 للتمرين 3.رسم دائرة لعنصر NOR ثلاثي المداخل باستخدام تقنية TTL.

الخيار 2 للتمرين 3ارسم رسمًا تخطيطيًا لعنصر NAND ثلاثي المدخلات باستخدام تقنية TTL.

الخيار 3 للتمرين 3.رسم دائرة لعنصر NOR ذو 4 مداخل باستخدام تقنية TTL.

التمرين 4

الخيار 1 للتمرين 4.رسم دائرة مكونة من 3 مداخل أو عنصر باستخدام تقنية nMOS.

الخيار 2 للتمرين 4.رسم دائرة مكونة من 3 مداخل وعناصر باستخدام تقنية nMOS.

الخيار 3 للتمرين 4.رسم دائرة مكونة من 4 عناصر أو عناصر باستخدام تقنية nMOS.

التمرين 5

الخيار 1 للتمرين 5.رسم دائرة بوابة أو ذات 3 مداخل باستخدام تقنية CMOS .

الخيار 2 للتمرين 5ارسم مخططًا لدائرة مكونة من 3 مداخل وعناصر باستخدام تقنية CMOS.

الخيار 3 للتمرين 5.رسم دائرة بوابة أو ذات 4 مداخل باستخدام تقنية CMOS.

التمرين 6

الخيار 1 للتمرين 6.رسم دائرة مكونة من 3 مداخل أو عنصر باستخدام تقنية TTL .

الخيار 2 للتمرين 6.رسم دائرة مكونة من 3 مداخل وعناصر باستخدام تقنية TTL.

الخيار 3 للتمرين 6.رسم دائرة مكونة من 4 مداخل أو عنصر باستخدام تقنية TTL.

التمرين 7

الخيار 1 للتمرين 7ارسم مخططًا لعنصر 2I-OR-NOT باستخدام تقنية TTL.

الخيار 2 للتمرين 7ارسم مخططًا لعنصر 2I-OR-NOT باستخدام تقنية CMOS.

الخيار 3 للتمرين 7ارسم رسمًا تخطيطيًا لعنصر 2AND-OR-NOT باستخدام تقنية nMOS.

التمرين 8

الخيار 1 للتمرين 8ارسم دائرة لبوابة NOR ذات 3 مداخل مع مخزن مؤقت ذو 3 حالات.

الخيار 2 للتمرين 8ارسم دائرة بوابة NAND ذات 3 مداخل ومجمع مفتوح.

الخيار 3 للتمرين 8ارسم دائرة لبوابة أو ذات 3 مداخل مع مخزن مؤقت ذو 3 حالات.