Базові елементи цифрових інтегрованих мікросхем (Глава 4 навчального посібника), страница 19

При реалізаціі логічних функцій базовим є розглянутий елемент НЕ, а також АБО-НЕ, який утворюється паралельним з’єднанням колекторів n-p-n-транзисторів (рис. 4.18,д). Якщо хоча б на одному зі входів діє рівень лог. 1, відповідний транзистор відчиняється, струм навантаження замикається через нього, тому у=0. Лише при всіх вхідних рівнях лог. 0 n-p-n-транзистори елемента зачиняються і струм навантаження замикається до бази БЕ-навантаження, тобто у=1.

Інші логічні функції реалізуються шляхом колекторних об’єднань за формулами алгебри логіки при переході з базису АБО-НЕ. Наприклад, функцію І здійснюють на підставі закону де Морґана (рис. 4.18,е) за допомогою двох елементів НЕ та одного  АБО-НЕ. Необхідно тільки кожне колекторне об’єднання підмикати до окремого навантаження, аби уникнути змагань між базовими струмами навантажувальних транзисторів.

Таким чином, завдяки відсутності в структурі І2Л ізолювальних областей та мінімуму металевих міжз’єднань покращується технологічність виготовлення ІС, зростає ступінь інтеграції, зменшуються паразитні ємності, що разом із відсутністю в схемі резисторів  спричиняє зменшення сталих часу ємності і, отже, підвищення швидкодії. Якщо джерело живлення Eж підімкнути безпосередньо до елемента, тобто до емітерного переходу транзистора VT2 (див. рис. 4.18,а), то можна використовувати джерело з низькою напругою Eж=Uпр. Проте для стабілізації інжектованого струму вмикають додатковий резистор R (звичайно поза ІС) і застосовують напругу живлення Eж=1...5 В. Позаяк в увімкненому стані керованого транзистора його базовий і колекторний струми однакові, елемент може функціонувати при малих струмах I=1 нА...1 мА, тобто при наднизькій споживаній потужності. Все це сприяє поширенню технології I2Л у ВІС, де головний недолік елементів – низька завадостійкість U1з – не виявляється.

Запитання та вправи

4.1. Для БЕ типу 1) ТТЛ, 2) ЕСЛ, 3) МОНТЛ, 4) КМОНТЛ, 5) І2Л виконайте завдання: а) на основній схемі для обох статичних станів позначте у всіх її точках типові значення напруг; б) на передатній характеристиці позначте в двох статичних станах вхідні і вихідні логічні рівні та порогову напругу, а також визначіть статичну завадостійкість; в) поясніть по схемі вплив навантажувальної ємності на швидкодію.

4.2. Наведіть принципові електричні схеми, що реалізують зазначені логічні функції на елементах заданого типу: 1) на модифікованих БЕ ТТЛ: а) , б), в) , г) x1x2x3, д) x1+x2, е) x1x2+x3, є) ; 2) на двовходових БЕ ЕСЛ: а) x1+x2+x3, б) , в) , г) , д) ; 3) на БЕ МОНТЛ: а), б) , в) , г) x1Åx2; 4) на БЕ КМОНТЛ:          а) , б) , в) , г) ; 5) на БЕ І2Л: а) x1+x2+x3, б), в) x1x2x3, г) , д) ; 6) на однотактних динамічних елементах МОНТЛ: а) , б) , в) ; 7) на двотактних динамічних елементах МОНТЛ: а) , б) , в) .

4.3. Чому не можна з’єднувати виходи елементів ТТЛ і КМОНТЛ за базовою схемою на спільну лінію зв’язку? Виходи яких модифікацій можна       об’єднати на спільне навантаження?

4.4. За допомогою яких засобів у модифікованих елементах ТТЛ досягають: а) підвищення навантажівної здатності, б) підвищення швидкодії, в) зменшення споживаної потужності, г) підвищення завадостійкості, д) захисту від неприпустимих вхідних напруг негативної полярності, е) можливість об’єднання виходів кількох елементів-передавачів на спільну лінію?

4.5. Якими причинами зумовлена висока швидкодія БЕ ЕСЛ? В  яких пристроях доцільно використовувати БЕ ЕСЛ?

4.6. В якому діапазоні з найменшою похибкою комутуються напруги двоспрямованим аналоговим ключем КМОНТЛ?

4.7. Які переваги має динамічний елемент МОНТЛ “без відношення” перед елементом “з відношенням”?

4.8. Чому до одного виходу БЕ І2Л не можна підімкнути декілька входів навантажувальнихних елементів? Як усувається цей недолік?

4.9. Порівняйте основні типи БЕ за такими характеристиками: а) швидкодією, б) ощадливістю щодо споживаної потужності, в) енергією перемикання, г) завадостійкістю, д) навантажівною здатністю, е) ступенем інтеграції.