Базові елементи цифрових інтегрованих мікросхем (Глава 4 навчального посібника), страница 15

Перехідні процеси, спричинені швидким розряджанням навантажувальної ємності Сн через відносно малий опір R2 і повільним заряджанням її через великий опір R1, протікають аналогічно ключу з лінійним навантаженням (див. рис. 3.12,г). Підвищення швидкодії шляхом зменшення опорів транзисторів обмежено конструктивно-технологічною спроможністю збільшення їх крутості.

З огляду на те, що витік навантажувального транзистора VT1 не з’єднано зі спільним для обох транзисторів підшарком, його порогова напруга Uзо збільшується з підвищенням напруги між витоком і підшарком, що призво ить до зменшення вихідної напруги рівня лог. 1, бо U1=Eж-Uзо. Цей недолік усувається в модифікації БЕ з квазілінійним навантаженням (рис. 4.14,д): через велику напругу зміщення Eзм>Eж+Uзо напруга між заслоном і витоком транзистора VT1 завжди більша порогової, тому навантажівна лінія R'н (пунктир на рис. 4.14,в) виходить із точки uс=Eж і рівень лог. 1 дорівнює Eж. Крім того, внаслідок збільшення струму під час заряджання ємності Cн підвищується швидкодія. Проте така модифікація потребує додаткового джерела живлення Eзм та окремих відводів від заслонів, що збільшує площу елемента.

Логічна функція АБО-НЕ реалізується паралельним з’єднанням керувальних транзисторів (рис. 4.14,е), а функція І-НЕ – їх послідовним з’єднанням (рис. 4.14,є). Коефіцієнт об’єднання входів в останній схемі обмежується звичайно до Kоб£4 збільшенням вихідного рівня лог. 0 внаслідок зростання опору між виходом і землею при відчинених усіх керувальних транзисторах. Комбінуванням послідовних і паралельних з’єднань керувальних транзисторів реалізуються складніші функції, наприклад, І-АБО-НЕ тощо.

4.3.2. Базовий елемент КМОНТЛ

Базові елементи комплементарної МОН-транзисторної логіки (КМОНТЛ) складаються з транзисторів, що мають канали протилежного (доповняльного) типу провідності (рис. 4.15,а), причому обидва транзистори: VT1 – навантажувальний типу p-МОН та VT2 – керувальний типу n-МОН є активними, керуються сигналом х і виконуються з приблизно однаковими параметрами. БЕ прицює як двотактний каскад: транзистори VT1, VT2 по черзі вмикаються і вимикаються, як умовно показано за допомогою перемикачів S1, S2 на рис. 4.15,б. Позаяк завжди виконується рівність uс.в1+uс.в2=Eж, на вихідних характеристиках транзистора VT2 (рис. 4.15,в) навантажівні лінії – характеристики транзистора VT1 – виходять із точки (iс=0, uс.в=Eж).

У вимкненому статичному стані інвертора (перемикачі S1, S2 у положенні 1) при х=0 напругою низького рівня U0<Uзо транзистор VT2 зачинено, що відповідає його низькій вихідній характеристиці, знятій при uз.2=U0 (на рис.4.16,в) для наочності її ординату збільшено). При цьому між заслоном та витоком навантажувального транзистора VT1 типу p-МОН діє велика негативна напруга uз.в1=U0-Eж»-Eж, що перевищує за модулем порогову: |uз.в1|>|Uзо|. Внаслідок цього транзистор VT1 відчинено, чому відповідає його верхня характеристика, знята при uз.в1»-Eж. Перетин зазначених характеристик у точці 1 визначає вихідну напругу U1»Eж рівня лог. 1. Аналогічно у ввімкненому стані (перемикачі S1, S2 у положенні 2) при х=1 рівнем U1>Uзо транзистор VT2 відчинено, чому відповідає його верхня характеристика uз.2=U1, а транзистор VT1 зачинено, бо між його заслоном та витоком напруга uз.в1=U1-Eж»0 менша за порогову і, отже, його характеристика нижня, знята при uз.в1»0. Перетин цих характеристик у точці 2 вказує вихідну напругу U0»0 рівня лог. 0.

На передатній характеристиці (рис. 4.15,г) діапазонові вхідних напруг uх=U0...Uзо.2 відповідає рівень uy=U1, де зачинено транзистор VT2, а  діапазонові  uх=Eж-|Uзо.1|...U1 – рівень uy=U0, де зачинено транзистор VT1. Тому на цих ділянках крізний стоковий струм iс відсутній. На навколопороговій ділянці, при uх»Uп робочі точки обох транзисторів потрапляють на положисті частини їх ви-

хідних характеристик, тому досить незначної зміни вхідної напруги на Du»0 для стрибка точки перетину від А до В, що відповідає майже вертикальній ділянці АВ передатної характеристики. При цьому обидва транзистори виявляються відчиненими, тому через них протікає крізний стоковий струм iс (пунктир на рис. 4.15,г).