Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Μάθηµα 2ο. Λιούπης
Transistor διπολικής επαφής (BJT) I B B C E I C Στα ψηφιακά κυκλώµατα χρησιµοποιείται κατά κύριο λόγο ως διακόπτης Στο σχήµαφαίνεταιένα τυπικό BJT τύπου NPN I B : ρεύµα πουρέειµέσω της βάσης του transistor I C : ρεύµα πουρέειµέσω του συλλέκτη του transistor
Περιοχές Λειτουργίας BJT περιοχή επαφή ΒΕ επαφή BC ρεύµατα I B,I C παρατηρήσεις ενεργή (active) ορθά πολωµένη ανάστροφα πολωµένη I C = β I B β = συντελεστής κέρδους ρεύµατος του transistor αποκοπή (cutoff) ανάστροφα πολωµένη ανάστροφα πολωµένη I B = 0, I C =I CEO I CEO = ανάστροφο ρεύµα κορεσµού συλλέκτη, πρακτικά 0 κορεσµός (saturation) ορθά πολωµένη ορθά πολωµένη I C < β I B τάση µεταξύ συλλέκτηεκποµπού V CE 0.2V ή και χαµηλότερη αντίστροφη λειτουργία (reversed mode) ανάστροφα πολωµένη ορθά πολωµένη I E = β R I B β R = συντελεστής κέρδους αντίστροφης λειτουργίας
Λογική αντίστασης-τρανζίστορ Resistor-transistor logic (RTL) (1) V CC = 3.6V Εµφανίστηκε στις αρχές της δεκαετίας του 60 R C Το κύκλωµα υλοποιεί τη λογική συνάρτηση NOR A T 1 B T 2 V o Όταν Α & Β σεχαµηλή στάθµη Τ 1 & Τ 2 σε αποκοπή έξοδος σε υψηλή στάθµη Κάθε άλλος συνδυασµός Α & Β έξοδος σε χαµηλή στάθµη
Λογική αντίστασης-τρανζίστορ Resistor-transistor logic (RTL) (2) Πλεονεκτήµατα Ικανοποιητική καθυστέρηση διάδοσης για την εποχή (12ns) Ικανοποιητική κατανάλωση ισχύος (16mW) Μειονεκτήµατα Μικρό περιθώριο θορύβου (~0.4V) Μικρή οδηγητική ικανότητα (µέγιστο fanout=5)
Λογική διόδου-τρανζίστορ Diode-transistor logic (DTL) Το κύκλωµα υλοποιεί µια πύλη NAND V CC =5V R R C V 1 V 2 D1 D2 A D4 D5 R B T 1 V O V 3 D3
Οδηγητική ικανότητα πύλης DTL V CC V CC R V o =LOW Ι ΙL D1 D2 T 1 Ι OL R B
Ταχύτητα διάδοσης πύλης DTL Στις πύλες DTL γενικά ισχύει ότι t PLH > t PHL Η µετάβαση εξόδου από υψηλή σε χαµηλή στάθµη, επιτυγχάνεται γρήγορα µέσω του T 1, το οποίο βρίσκεται σε κορεσµό Ηαντίθετηµετάβαση καθυστερεί, λόγω της αργής φόρτισης των οδηγούµενων χωρητικοτήτων µέσω της R C της εκφόρτισης της βάσης του Τ 1 µέσω της R B
Λογική τρανζίστορ-τρανζίστορ Transistor-transistor logic (TTL) Πρόκειται για την κύρια τεχνολογία κατασκευής ψηφιακών κυκλωµάτων µε transistor διπολικής επαφής Μπορεί να θεωρηθεί µετεξέλιξη της τεχνολογίας DTL Βελτίωσε το κύριο µειονέκτηµα τηςdtl, δηλαδή τη µειωµένη ταχύτητα λειτουργίας
Βασικό κύκλωµα πύληςttl (NAND) V CC =5V R C2 1.6K R C4 130Ω R B 4K T 4 D A BC T 1 T 2 R E 1K T 3 V O κύκλωµα εισόδου κύκλωµα οδήγησης (phase splitter) κύκλωµα εξόδου totem-pole
Κύκλωµα εισόδου V 1 V 1 V 1 V 2 V 2 V 2 V 3 V 3 V 3 E 1 E 2 E 3 B C Αποτελείται από ένα transistor πολλαπλών εκποµπών (multiemitter transistor) Ισοδυναµεί µετηδοµή εισόδων µε διόδους µιας πύλης DTL Η επιφάνεια πυριτίου που απαιτεί, είναι µικρότερη από αυτή των διακριτών διόδων DTL
συλλέκτης T 1 V CC =5V R C2 1.6K T 2 Κύκλωµα οδήγησης R E 1K βάση T 4 βάση T 3 Αποτελείται από το transistor T 2 και τις αντιστάσεις R C2 και R E Είναι κλασσικό κύκλωµα phase splitter και οδηγεί συµπληρωµατικάτατ 3 και Τ 4 (όταν το ένα άγει, το άλλο είναι σε αποκοπή και αντίστροφα) Το Τ 2 οδηγείται από τον συλλέκτη του Τ 1
Κύκλωµα εξόδουtotem-pole συλλέκτης T 2 εκποµπός T 2 V CC =5V R C4 130Ω T 4 T 3 D V O Αποτελείται από ένα transistor ανύψωσης (Τ 4 ) και ένα transistor καταβύθισης (Τ 3 ) δυναµικού Άγουν εναλλάξ οδηγούµενα από το Τ 2, δηλ. σε σταθερή κατάσταση εξόδου δεν υπάρχει αγώγιµο µονοπάτι µεταξύ V CC και GND Όταν Τ 4 άγει και Τ 3 σε αποκοπή, η έξοδος συνδέεται µε τοv CC µέσω της R C4 Όταν Τ 3 άγει και Τ 4 σε αποκοπή, τότε η τάση εξόδου ισούται µε V CE3(sat) 0.2V (LOW)
Λειτουργία βασικής πύλης TTL NAND (1) V CC =5V R C2 1.6K R C4 130Ω R B 4K T 4 ενεργό LOW HIGH HIGH T 1 σε κορεσµό σε αποκοπή T 2 R E 1K D V O T 3 σε αποκοπή HIGH
Λειτουργία βασικής πύλης TTL NAND (2) V CC =5V R C2 1.6K R C4 130Ω R B 4K T 4 σε αποκοπή HIGH HIGH T 1 σε κορεσµό T 2 D V O LOW HIGH αντίστροφη λειτουργία R E 1K T 3 σε κορεσµό
Λογικές στάθµες θορύβου της τεχνολογίας standard TTL 5 V CC = 5.0V 4 3 Εγγυηµένη περιοχή υψηλού δυναµικού για σήµατα εξόδου αποδεκτή τιµή υψηλού δυναµικού για σήµατα εισόδου Volts 2 V OH = 2.4V V IH = 2.0V 1 Εγγυηµένη περιοχή χαµηλού δυναµικού για σήµατα εξόδου V IL = 0.8V V OL = 0.4V γη = 0.0V µεταβατική απαγορευµένη περιοχή αποδεκτή τιµή χαµηλού δυναµικού για σήµατα εισόδου
Περιθώρια θορύβου της τεχνολογίας standard TTL NML = V IL(max) V OL(max) = 0.4V NMH = V OH(min) V IH(min) = 0.4V Οι τιµές V OL, V OH που φαίνονται στο προηγούµενο σχήµα αποτελούν τιµές χειρότερης περίπτωσης Στην πράξη τυπικές τιµές λειτουργίας σε κανονικές συνθήκες είναι V OL =0.2V και V OH = 3.4V, ενώ τα περιθώρια θορύβου είναι αρκετά µεγαλύτερα από τα προσδιοριζόµενα, µε πιοκρίσιµο τοπεριθώριοχαµηλής στάθµης (NML)