Логические элементы на КМОП-транзисторах

Июль 29, 2022

Главная
Разное
Логические элементы на КМОП-транзисторах

Содержание

2. Логические элементы на МОП-транзисторах
3. Полевой транзистор с изолированным затвором – это полевой транзистор, затвор которого электрически изолирован от проводящего канала
4. В соответствии со своей физической структурой, полевой транзистор с изолированным затвором носит название МОП-транзистор (Металл-Оксид-Полупроводник) МОП-транзисторы
5. МОП-транзистор с индуцированным каналом.
6. Обозначения на схеме:
7. Устройство: На основании (подложке) полупроводника с электропроводностью P-типа (для транзистора с N-каналом) созданы две зоны с
8. Работа: Подключим напряжение любой полярности между стоком и истоком. В этом случае электрический ток не пойдет,
9. Вольт-амперные характеристики (ВАХ) Как видно на графике а), вначале ток Iси растет прямопропорционально росту напряжения Uси.
10. Вольт-амперные характеристики (ВАХ) Потом, когда канал расширяется почти до максимума, ток Iси практически не растет. Этот
11. Преимущества: Благодаря очень высокому входному сопротивлению, цепь полевых транзисторов расходует крайне мало энергии, так как практически
12. Недостатки: Структура полевых транзисторов начинает разрушаться при меньшей температуре (150С), чем структура биполярных транзисторов (200С). Несмотря
13. Недостатки: При изготовлении мощных МОП-транзисторов, в их структуре возникает «паразитный» биполярный транзистор. Для того, чтобы нейтрализовать
14. Недостатки: Важнейшим недостатком полевых транзисторов является их чувствительность к статическому электричеству. Поскольку изоляционный слой диэлектрика на
15. Логические элементы на КМОП-транзисторах
16. Инвертор на КМОП-транзисторах Инвертор состоит из двух встречно включенных МОП-транзисторов: VT1 с каналом р-типа и VT2
17. Инвертор на КМОП-транзисторах Если напряжение на входе равно нулю, то транзистор VT2 заперт, а VT1 открыт.
18. Фактор, позволяющий создавать схемы с высокой степенью интеграции: В статическом состоянии потребляемая мощность микросхем равна нулю.
19. И-НЕ на КМОП-транзисторах Состоит из двух параллельно включенных МОП-транзисторов с каналом р-типа и двух последовательно включенных
20. И-НЕ на КМОП-транзисторах При поступлении на оба входа напряжений, соответствующих логической 1, на выходе логического элемента
21. ИЛИ-НЕ на КМОП-транзисторах Состоит из двух последовательно включенных МОП-транзисторов с каналом р-типа и двух параллельно включенных
22. Выходной инвертор с тремя устойчивыми состояниями В этом инверторе имеются дополнительные КМОП-транзисторы (VT1 иVT2), управляемые противофазными
23. Особенности применения микросхем на КМОП-транзисторах при построении цифровых устройств
24. Последовательность подачи питающего напряжения и входных сигналов При включении МОП-транзисторов так, как показано на рисунке образуется
25. Токоограничивающие резисторы на выходе и входе логического элемента Если на выходе КМОП-микросхемы включен конденсатор с достаточно
26. Подавление помех в цепи питания Для подавление помех в цепи питания между шиной питания и общей
27. Неиспользуемые входы КМОП-микросхемы Если вход не подсоединен, то на нем возникают непредсказуемые напряжения за счет наводок
28. Правила обращения с КМОП-транзисторами: В процессе хранения и транспортирования отдельных микросхем выводы их должны быть соединены
29. Сопряжение микросхем ТТЛ и КМОП Совместное использование логических элементов на ТТЛ и КМОП-транзисторах применяют для снижения
31. Скачать презентацию

Слайд 2

Логические элементы на МОП-транзисторах

Слайд 3

Полевой транзистор с изолированным затвором
– это полевой транзистор, затвор которого электрически

изолирован от проводящего канала полупроводника слоем диэлектрика. Благодаря этому, у транзистора очень высокое входное сопротивление (у некоторых моделей оно достигает 1017 Ом).
Принцип работы этого типа полевого транзистора основан на влиянии внешнего электрического поля на проводимость прибора.

Слайд 4

В соответствии со своей физической структурой, полевой транзистор с изолированным затвором

носит название МОП-транзистор (Металл-Оксид-Полупроводник)
МОП-транзисторы делятся на два типа – со встроенным каналом и с индуцированным каналом. В каждом из типов есть транзисторы с N–каналом и P-каналом.

Слайд 5

МОП-транзистор с индуцированным каналом.

Слайд 6

Обозначения на схеме:

Слайд 7

Устройство:
На основании (подложке) полупроводника с электропроводностью P-типа (для транзистора с

N-каналом) созданы две зоны с повышенной электропроводностью N+-типа. Все это покрывается тонким слоем диэлектрика, обычно диоксида кремния SiO2. Сквозь диэлектрический слой проходят металлические выводы от областей N+-типа, называемые стоком и истоком. Над диэлектриком находится металлический слой затвора. Иногда от подложки также идет вывод, который закорачивают с истоком

Слайд 8

Работа:
Подключим напряжение любой полярности между стоком и истоком. В этом случае

электрический ток не пойдет, поскольку между зонами N+ находиться область P, не пропускающая электроны. Далее, если подать на затвор положительное напряжение относительно истока Uзи, возникнет электрическое поле. Оно будет выталкивать положительные ионы (дырки) из зоны P в сторону подложки. В результате под затвором концентрация дырок начнет уменьшаться, и их место займут электроны, притягиваемые положительным напряжением на затворе.
Когда Uзи достигнет своего порогового значения, концентрация электронов в области затвора превысит концентрацию дырок. Между стоком и истоком сформируется тонкий канал с электропроводностью N-типа, по которому пойдет ток Iси. Чем выше напряжение на затворе транзистора Uзи, тем шире канал и, следовательно, больше сила тока. Такой режим работы полевого транзистора называется режимом обогащения.
Принцип работы МДП-транзистора с каналом P–типа такой же, только на затвор нужно подавать отрицательное напряжение относительно истока.

Слайд 9

Вольт-амперные характеристики (ВАХ)
Как видно на графике а),
вначале ток Iси растет прямопропорционально росту

напряжения Uси. Этот участок называют омическая область (действует закон Ома), или область насыщения (канал транзистора насыщается носителями заряда ).

Слайд 10

Вольт-амперные характеристики (ВАХ)
Потом, когда канал расширяется почти до максимума, ток Iси практически

не растет. Этот участок называют активная область.
Когда Uси превышает определенное пороговое значение (напряжение пробоя PN-перехода), структура полупроводника разрушается, и транзистор превращается в обычный проводник. Данный процесс не восстановим, и прибор приходит в негодность.

Слайд 11

Преимущества:
Благодаря очень высокому входному сопротивлению, цепь полевых транзисторов расходует крайне мало

энергии, так как практически не потребляет входного тока.
Усиление по току у полевых транзисторов намного выше, чем у биполярных.
Значительно выше помехоустойчивость и надежность работы, поскольку из-за отсутствия тока через затвор транзистора, управляющая цепь со стороны затвора изолирована от выходной цепи со стороны стока и истока.
У полевых транзисторов на порядок выше скорость перехода между состояниями проводимости и непроводимости тока. Поэтому они могут работать на более высоких частотах, чем биполярные.

Слайд 12

Недостатки:
Структура полевых транзисторов начинает разрушаться при меньшей температуре (150С), чем структура

биполярных транзисторов (200С).
Несмотря на то, что полевые транзисторы потребляют намного меньше энергии, по сравнению с биполярными транзисторами, при работе на высоких частотах ситуация кардинально меняется. На частотах выше, примерно, чем 1.5 GHz, потребление энергии у МОП-транзисторов начинает возрастать по экспоненте. Поэтому скорость процессоров перестала так стремительно расти, и их производители перешли на стратегию «многоядерности».

Слайд 13

Недостатки:
При изготовлении мощных МОП-транзисторов, в их структуре возникает «паразитный» биполярный транзистор.

Для того, чтобы нейтрализовать его влияние, подложку закорачивают с истоком. Это эквивалентно закорачиванию базы и эмиттера паразитного транзистора. В результате напряжение между базой и эмиттером биполярного транзистора никогда на достигнет необходимого, чтобы он открылся (около 0.6В необходимо, чтобы PN-переход внутри прибора начал проводить). Однако, при быстром скачке напряжения между стоком и истоком полевого транзистора, паразитный транзистор может случайно открыться, в результате чего, вся схема может выйти из строя.

Слайд 14

Недостатки:
Важнейшим недостатком полевых транзисторов является их чувствительность к статическому электричеству. Поскольку изоляционный

слой диэлектрика на затворе чрезвычайно тонкий, иногда даже относительно невысокого напряжения бывает достаточно, чтоб его разрушить.
Поэтому внешние корпуса полевых транзисторов стараются создавать таким образом, чтоб минимизировать возможность возникновения нежелательного напряжения между электродами прибора. Одним из таких методов является закорачивание истока с подложкой и их заземление. Также в некоторых моделях используют специально встроенный диод между стоком и истоком. При работе с интегральными схемами (чипами), состоящими преимущественно из полевых транзисторов, желательно использовать заземленные антистатические браслеты. При транспортировке интегральных схем используют вакуумные антистатические упаковки

Слайд 15

Логические элементы на КМОП-транзисторах

Слайд 16

Инвертор на КМОП-транзисторах
Инвертор состоит из двух встречно включенных МОП-транзисторов: VT1 с

каналом р-типа и VT2 с каналом n-типа. Их затворы объединены и являются входом инвертора. Исток и подложка у МОП-транзистора с каналом р-типа соединяются с источником Uп, а у МОП-транзистора с каналом n-типа – с общей шиной. Общая точка стоков этих транзисторов служит выходом. При этом их p-n-переходы исток-подложка, сток-подложка всегда заперты.

Слайд 17

Инвертор на КМОП-транзисторах
Если напряжение на входе равно нулю, то транзистор VT2

заперт, а VT1 открыт. На выходе инвертора напряжение равно напряжению источника питания Uп.
Если напряжение на входе равно напряжению источника питания Uп, то транзистор VT1 закрыт, а транзистор VT2 открыт и выходное напряжение равно нулю.

Слайд 18

Фактор, позволяющий создавать схемы с высокой степенью интеграции:
В статическом состоянии потребляемая

мощность микросхем равна нулю.
В схеме на КМОП-транзисторах практически всегда в паре работают транзисторы с разными видами каналов, затворы которых объединены. В результате в статическом состоянии в одном из транзисторов канал для протекания тока всегда будет отсутствовать.
Кроме того, вытекающий в нагрузку ток будет равен нулю, т.к. под затвором входной цепи микросхемы нагрузки находится диэлектрик.

Слайд 19

И-НЕ на КМОП-транзисторах
Состоит из двух параллельно включенных МОП-транзисторов с каналом р-типа

и двух последовательно включенных МОП-транзисторов с каналом n-типа.
Входной сигнал управляет парой МОП-транзисторов с каналами разной проводимости, при этом всегда один из транзисторов будет открыт, а другой закрыт.

Слайд 20

И-НЕ на КМОП-транзисторах
При поступлении на оба входа напряжений, соответствующих логической 1,

на выходе логического элемента должно появиться напряжение , соответствующее логическому 0.
При поступлении хотя бы на один их входов напряжения, соответствующего логическому 0, на выходе должно появиться напряжение соответствующее логической 1.

Слайд 21

ИЛИ-НЕ на КМОП-транзисторах
Состоит из двух последовательно включенных МОП-транзисторов с каналом р-типа

и двух параллельно включенных МОП-транзисторов с каналом n-типа
При поступлении хотя бы на один из входов напряжения, соответствующего логической 1, на входе должно появиться напряжение, соответствующее логическому 0.
При поступлении на оба входа напряжений, соответствующих логическому 0 , на выходе должно появиться напряжение, соответствующее логической 1.

Слайд 22

Выходной инвертор с тремя устойчивыми состояниями
В этом инверторе имеются дополнительные КМОП-транзисторы

(VT1 иVT2), управляемые противофазными сигналами EZ и
При EZ=1 оба транзистора открыты, и инвертор работает как обычно. При EZ=0 транзисторы VT1 иVT4 закрыты и инвертор находится в третьем состоянии, характеризуемом очень большим выходным сопротивлением. Это позволяет легко организовать работу нескольких логических элементов на общую шину передачи информации в микро-ЭВМ.

Слайд 23

Особенности применения микросхем на КМОП-транзисторах при построении цифровых устройств

Слайд 24

Последовательность подачи питающего напряжения и входных сигналов
При включении МОП-транзисторов так, как

показано на рисунке образуется тиристор между шинами питания.
При включении тиристора происходит замыкание шины питания и общей шины, и в результате большой мощности, рассеиваемой на микросхеме, возможно ее повреждение.
В этом случае напряжение питания на КМОП-микросхемы следует всегда подавать раньше подачи любых входных сигналов, а выключение микросхем следует выполнять в обратном порядке.

Слайд 25

Токоограничивающие резисторы на выходе и входе логического элемента
Если на выходе КМОП-микросхемы

включен конденсатор с достаточно большой емкостью, то в моменты переключений через нее протекают большие токи заряда. Чтобы не допустить повреждение прибора между выходом микросхемы и конденсатором включают резистор.

Слайд 26

Подавление помех в цепи питания
Для подавление помех в цепи питания между

шиной питания и общей шиной включают конденсаторный фильтр: электролитический конденсатор и параллельно ему несколько керамических конденсаторов

Слайд 27

Неиспользуемые входы КМОП-микросхемы
Если вход не подсоединен, то на нем возникают непредсказуемые

напряжения за счет наводок и связей через паразитные емкости.
Поэтому свободные входы микросхемы обязательно соединяют с шиной питания или общей шиной.

Слайд 28

Правила обращения с КМОП-транзисторами:
В процессе хранения и транспортирования отдельных микросхем выводы

их должны быть соединены между собой, например металлической фольгой
Нельзя производить смену микросхем при включенном питании
При монтаже микросхем нужно заземляться с помощью проводящего браслета
Пайку выводов необходимо вести в следующей последовательности: общий, питание, остальные контакты, применяя при этом низковольтный паяльник с заземленным жалом

Слайд 29

Сопряжение микросхем ТТЛ и КМОП
Совместное использование логических элементов на ТТЛ и

КМОП-транзисторах применяют для снижения затрат и оптимизации схемных решений.
Соединяют напрямую при одинаковом напряжении питания и без дополнительной нагрузке
Добавляют на входе микросхему ТТЛ с открытым коллектором и повышенным коллекторным напряжением для увеличения напряжения на выходе элемента до уровня ЛЭ на КМОП-транзистора

Логические элементы на КМОП-транзисторах

Содержание

Логические элементы на МОП-транзисторах

Полевой транзистор с изолированным затвором – это полевой транзистор, затвор которого электрически

В соответствии со своей физической структурой, полевой транзистор с изолированным затвором

МОП-транзистор с индуцированным каналом.

Обозначения на схеме:

Устройство: На основании (подложке) полупроводника с электропроводностью P-типа (для транзистора с

Работа:Подключим напряжение любой полярности между стоком и истоком. В этом случае

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) Как видно на графике а),вначале ток Iси растет прямопропорционально росту

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) Потом, когда канал расширяется почти до максимума, ток Iси практически

Преимущества:Благодаря очень высокому входному сопротивлению, цепь полевых транзисторов расходует крайне мало

Недостатки:Структура полевых транзисторов начинает разрушаться при меньшей температуре (150С), чем структура

Недостатки:При изготовлении мощных МОП-транзисторов, в их структуре возникает «паразитный» биполярный транзистор.

Недостатки:Важнейшим недостатком полевых транзисторов является их чувствительность к статическому электричеству. Поскольку изоляционный

Логические элементы на КМОП-транзисторах

Инвертор на КМОП-транзисторахИнвертор состоит из двух встречно включенных МОП-транзисторов: VT1 с

Инвертор на КМОП-транзисторахЕсли напряжение на входе равно нулю, то транзистор VT2

Фактор, позволяющий создавать схемы с высокой степенью интеграции:В статическом состоянии потребляемая

И-НЕ на КМОП-транзисторахСостоит из двух параллельно включенных МОП-транзисторов с каналом р-типа

И-НЕ на КМОП-транзисторахПри поступлении на оба входа напряжений, соответствующих логической 1,

ИЛИ-НЕ на КМОП-транзисторахСостоит из двух последовательно включенных МОП-транзисторов с каналом р-типа

Выходной инвертор с тремя устойчивыми состояниямиВ этом инверторе имеются дополнительные КМОП-транзисторы

Особенности применения микросхем на КМОП-транзисторах при построении цифровых устройств

Последовательность подачи питающего напряжения и входных сигналовПри включении МОП-транзисторов так, как

Токоограничивающие резисторы на выходе и входе логического элементаЕсли на выходе КМОП-микросхемы

Подавление помех в цепи питанияДля подавление помех в цепи питания между

Неиспользуемые входы КМОП-микросхемыЕсли вход не подсоединен, то на нем возникают непредсказуемые

Правила обращения с КМОП-транзисторами:В процессе хранения и транспортирования отдельных микросхем выводы

Сопряжение микросхем ТТЛ и КМОПСовместное использование логических элементов на ТТЛ и

Похожие презентации

Полевой транзистор с изолированным затвором
– это полевой транзистор, затвор которого электрически

Устройство:
На основании (подложке) полупроводника с электропроводностью P-типа (для транзистора с

Работа:
Подключим напряжение любой полярности между стоком и истоком. В этом случае

Вольт-амперные характеристики (ВАХ)
Как видно на графике а),
вначале ток Iси растет прямопропорционально росту

Вольт-амперные характеристики (ВАХ)
Потом, когда канал расширяется почти до максимума, ток Iси практически

Преимущества:
Благодаря очень высокому входному сопротивлению, цепь полевых транзисторов расходует крайне мало

Недостатки:
Структура полевых транзисторов начинает разрушаться при меньшей температуре (150С), чем структура

Недостатки:
При изготовлении мощных МОП-транзисторов, в их структуре возникает «паразитный» биполярный транзистор.

Недостатки:
Важнейшим недостатком полевых транзисторов является их чувствительность к статическому электричеству. Поскольку изоляционный

Инвертор на КМОП-транзисторах
Инвертор состоит из двух встречно включенных МОП-транзисторов: VT1 с

Инвертор на КМОП-транзисторах
Если напряжение на входе равно нулю, то транзистор VT2

Фактор, позволяющий создавать схемы с высокой степенью интеграции:
В статическом состоянии потребляемая

И-НЕ на КМОП-транзисторах
Состоит из двух параллельно включенных МОП-транзисторов с каналом р-типа

И-НЕ на КМОП-транзисторах
При поступлении на оба входа напряжений, соответствующих логической 1,

ИЛИ-НЕ на КМОП-транзисторах
Состоит из двух последовательно включенных МОП-транзисторов с каналом р-типа

Выходной инвертор с тремя устойчивыми состояниями
В этом инверторе имеются дополнительные КМОП-транзисторы

Последовательность подачи питающего напряжения и входных сигналов
При включении МОП-транзисторов так, как

Токоограничивающие резисторы на выходе и входе логического элемента
Если на выходе КМОП-микросхемы

Подавление помех в цепи питания
Для подавление помех в цепи питания между

Неиспользуемые входы КМОП-микросхемы
Если вход не подсоединен, то на нем возникают непредсказуемые

Правила обращения с КМОП-транзисторами:
В процессе хранения и транспортирования отдельных микросхем выводы

Сопряжение микросхем ТТЛ и КМОП
Совместное использование логических элементов на ТТЛ и