electro nicĂ ii

ELECTRONICĂ II

Notiţe de cursCursul nr. 9

Conf. Dr. Ing. Gheorghe PANĂ[email protected]

mailto:[email protected]

Implementarea funcţiilor logicecu tranzistoare

IntroducereIntroducere

• Circuite logiceCircuite logice = circuite electronice cu ajutorul cărora se implementează funcţiile logice.

• Circuitele logice conţin dispozitive electronice care prezintă două stări limită: închis şi deschis, corespunzătoare celor două valori 0 şi 1 ale variabilelor din logica binară. Aceste dispozitive sunt diodele semiconductoare şi tranzistoarele bipolare şi unipolare.

04/24/23 Cursul nr. 9 2


• Stărilor logice 0 şi 1 li se asociază nivele de tensiune de la intrările şi ieşirile circuitului:

– Potenţialul scăzut (apropiat de potenţialul de 0 V al masei) se consideră stare logică 0;

– Potenţialul ridicat (apropiat de tensiunea sursei de alimentare) se consideră stare logică 1.

04/24/23 Cursul nr. 9 3


• Diodele semiconductoareDiodele semiconductoare pot fi utilizate în calitate de comutator static, ele prezentând un curent important în regim de conducţie (comutator închis) şi un curent foarte mic, practic nul, în regim de polarizare inversă (comutator deschis).

• Tranzistorul bipolarTranzistorul bipolar (în conexiunea emitor-comun, EC) prezintă trei regiuni pe caracteristicile curent-tensiune: regiunea de blocare sau “tăiere”, regiunea activă şi regiunea de saturaţie.

04/24/23 Cursul nr. 9 4


• Tranzistoarele unipolare (MOS)Tranzistoarele unipolare (MOS) prezintă în regim de comutare proprietăţi care le deosebesc de tranzistoarele bipolare:– Rezistenţa de ieşire în stare blocată este (1081012) , cu 23

ordine de mărime mai mare faţă de tranzistoarele bipolare;– În stare de conducţie prezintă o rezistenţă de ieşire de (1102)

în regiunea liniară, unde, de fapt, se folosesc în regim de comutare, pentru ca tensiunea pe tranzistor să fie mică. Comparativ, tranzistoarele bipolare au în regiunea de saturaţie o rezistenţă de ieşire de numai (130) .

– Rezistenţa de intrare este foarte mare: (10121014) ;

04/24/23 Cursul nr. 9 5


Tranzistorul bipolarTranzistorul bipolar este un comutator foarte eficient dacă pe bază (în conexiunea EC) i se aplică un impuls de curent (tensiune), care să facă trecerea bruscă a tranzistorului din regiunea de tăiere (punctul AA) până în regiunea de saturaţie (punctul CC), fără să rămână în zona activă (în jurul punctului BB).

04/24/23 Cursul nr. 9 6


04/24/23 Cursul nr. 9 7

Circuitul logic INVERSORINVERSOR

Circuitul logic SISI Circuitul logic SAUSAU

a) bipolarea) bipolare


b) Unipolare (MOS)b) Unipolare (MOS)

04/24/23 Cursul nr. 9 8

Circuitul logic INVERSORINVERSOR Circuitul logic SI-NUSI-NU Circuitul logic SAU-NUSAU-NU

Implementarea funcţiilor logicecu circuite integrate

IntroducereIntroducere• Circuitele care îndeplinesc o funcţie logică = porţi logiceporţi logice.• Se realizează sub formă de circuite integrate (CI).• Clasificare

– Circuite bipolare - caracterizate prin frecvenţă mare de lucru şi printr-o densitate a componentelor pe unitatea de suprafaţă a pastilei (cipului) de siliciu mai mică;

– Circuite unipolare (MOS) care au o densitate mai mare (cu 12 ordine de mărime) şi sunt mai lente decât circuitele bipolare.

04/24/23 Cursul nr. 9 9


Parametrii porţilor logiceParametrii porţilor logice

• tpd – timpul de (întârziere) propagare a informaţiei logice de la intrare către ieşire, [ns];

• Pd – puterea medie consumată de poartă, [mW];

• PQ – factor de calitate, egal cu produsul primilor doi parametri, [pJ]. PQ reprezintă un factor de merit al familiilor de CI.

04/24/23 Cursul nr. 9 10


• fmax – frecvenţa maximă de lucru, [MHz];

• fan-out – capacitatea maximă de încărcare la ieşire, [număr de intrări].

• marginea de zgomot (de c.c.) reprezintă diferenţa între valorile tensiunilor garantate pentru stările logice ale unui circuit care comandă (la ieşire) şi valorile tensiunilor permise ale unui circuit de acelaşi tip comandat (la intrare).

04/24/23 Cursul nr. 9 11


• Porţile logice care se caracterizează prin aceiaşi parametri se grupează în familii de CIfamilii de CI.

• CI bipolareCI bipolare cuprind familiile: TTL, HTTL, LPTTL, LPSTTL, TSL, ECL şi I2L.

• CI unipolareCI unipolare cuprind familiile: PMOS, NMOS şi CMOS.

04/24/23 Cursul nr. 9 12


• TTLTTL = TTransistor-TTransistor-LLogic• HTTLHTTL = HHigh-speed TTLTTL• LPTTLLPTTL = LLow-PPower TTLTTL• LPSTTLLPSTTL = LLow-PPower SSchottky TTLTTL• TSLTSL = TThree SState LLogic• ECLECL = EEmitter-CCoupled LLogic • II22LL = IIntegrated IInjection LLogic

04/24/23 Cursul nr. 9 13


• PMOSPMOS = PP-type MMetal-OOxide-SSemiconductor field effect transistors

• NMOSNMOS = NN-type MMetal-OOxide-SSemiconductor field effect transistors

• CMOSCMOS = CComplementary MMetal-OOxide-SSemiconductor

04/24/23 Cursul nr. 9 14

Implementarea funcţiilor logicefamilia TTL

04/24/23 Cursul nr. 9 15

Potențialele din noduri corespund situației A=B=1


04/24/23 Cursul nr. 9 16

Potențialele din noduri corespund situației A=1, B=0


Parametrii porţilor TTLParametrii porţilor TTL• tpd=10ns;

• Pd=10mW/poartă;

• PQ=10pJ;

• fmax=35MHz;• fan-out=10;• marginea de zgomot = 0.4V

04/24/23 Cursul nr. 9 17


• Inversorul logic cu trei stăriInversorul logic cu trei stări

04/24/23 Cursul nr. 9 18

Implementarea funcţiilor logicefamilia CMOS

04/24/23 Cursul nr. 9 19

Grilele celor două tranzistoare MOS fiind legate împreună, unul din cele două tranzistoare este întotdeauna blocat, ţinând seama de polaritatea semnalului aplicat pe grila comună. Astfel în regim static nu va exista o cale directă de curent între +VDD şi masă, singurul curent fiind cel rezidual prin tranzistorul blocat. Rezultă că puterea de c.c. (statică), consumată de circuitele CMOS este practic nulă.


04/24/23 Cursul nr. 9 20

Poarta de transmisie CMOSPoarta de transmisie CMOS

Când C=1 logic ( ) poarta de transmisie se deschide şi poate conduce curent în ambele sensuri.Când C=0 logic ( ), poarta de transmisie este blocată şi între intrare şi ieşire apare o rezistenţă de valoare foarte mare (109).

0C

1C


04/24/23 Cursul nr. 9 21

Poarta SI-NU Poarta SAU-NU

electro nicĂ ii

Documents