3) Комбинационные логические схемы. Принципы построения.

Комбинационные схемы - это схемы, у которых выходные сигналы Y = (у1, у2, ..., уm) в любой момент дискретного времени однозначно определяются совокупностью входных сигналов Х = (х1, х2,..., хn), поступающих в тот же момент времени t. Реализуемый в КС способ обработки информации называется комбинационным потому, что результат обработки зависит только от комбинации входных сигналов и формируется сразу при поступлении входных сигналов. Поэтому одним из достоинств комбинационных схем является их высокое быстродействие. Преобразование информации однозначно описывается логическими функциями вида Y=f(Х). Логические функции и соответствующие им комбинационные схемы подразделяют на регулярные и нерегулярные структуры. Регулярные структуры предполагают построение схемы таким образом, что каждый из ее выходов строится по аналогии с предыдущими. В нерегулярных структурах такая аналогия отсутствует. Многие регулярные структуры положены в основу построения отдельных ИС малой и средней степени интеграции или отдельных функциональных частей БИС и СБИС. Из регулярных комбинационных схем наиболее распространены дешифраторы, шифраторы, схемы сравнения, комбинационные сумматоры, коммутаторы и др.  Для построения любой КС необходима таблица истинности ее функционирования (составляется или задается), затем составляется функция зависимости каждого выхода схемы от входа (в форме СДНФ, которую затем можно перевести в упрощенную форму) и производится построение схемы на определенных логических элементах (чаще всего на И-НЕ и ИЛИ-НЕ). Как правило, построение и расчет любой схемы осуществляется начиная с ее выхода. Допустим задано булево выражение :  . Первый этап: выполняется логическое сложение (т.е. логическая операция ИЛИ), считая входными переменными функции  ,  ,  .  Второй этап: к входам элемента ИЛИ подключаются логические элементы И, входными переменными которых являются уже A, B, C и их инверсии: Третий этап: для получения инверсий   и   на соответствующих входах ставят инверторы: Как видно из построения, любые логические функции могут быть представлены как аргументы других более сложных функций, и наоборот: любую сколь угодно сложную функцию можно представить как совокупность стандартных функций.

Билет 15

.1) Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, через который протекает поток основных носителей зарядов, регулируемый поперечным электрическим полем, которое создаётсянапряжением, приложенным к одному из электродов такого прибора, называемым затвором. Полевые транзисторы классифицируют на приборы с управляющим p-n-переходом и с изолированным затвором, так называемые МДП («металл-диэлектрик-полупроводник»)-транзисторы, которые также называют МОП («металл-оксид-полупроводник»)-транзисторами, причём последние подразделяют на транзисторы со встроенным каналом и приборы с индуцированным каналом.К основным параметрам полевых транзисторов причисляют: входное сопротивление, внутреннее сопротивление транзистора, так же называемое выходным, крутизну стокозатворной характеристики, напряжение отсечки и некоторые другие.Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом[2] — это полевой транзистор, в котором пластина из полупроводника, например n-типа (Рис. 1), имеет на противоположенных концах электроды (сток и исток), с помощью которых она включена в управляемую цепь. Управляющая цепь, подключается к третьему электроду (затвор) и образована областью с другим типом проводимости, в данном случае p-типом.Источник питания, включенный во входную цепь, создаёт на единственном p-n-переходе обратное напряжение. Во входную цепь также включается и источник усиливаемых колебаний. При изменении входного напряжения изменяется обратное напряжение на p-n-переходе, в связи с чем меняется толщина обедненного слоя (n-канал), то есть площадь поперечного сечения области, через которую проходит поток основных носителей заряда. Эта область называется каналом. К основным характеристикам полевых транзисторов относятся:

     стокозатворная характеристика – это зависимость тока стока IС от напряжения на затворе UЗИ (рис. 2.4, а);

     стоковая характеристика – это зависимость IС от UСИ при постоянном напряжении на затворе (рис. 2.4, б)

IС = f (UСИ), при UЗИ = const.

2. Вариант схемы каскада с ОС с автосмещением приведен на рисунке 2.36, схемы для областей СЧ,ВЧ и НЧ приведены, соответственно, на рисунках 2.37а,б,в.

Рисунок 2.36. Усилительный каскад с ОС

Каскад с ОС называют еще "истоковым повторителем" или "повторителем напряжения, т.к., аналогично каскаду с ОК, можно показать, что коэффициент передачи по напряжению этого каскада меньше единицы, и что каскад с ОС не инвертирует фазу входного сигнала.

Графический анализ работы усилительного каскада с ОС проводится как для ОЭ (см. раздел 2.5).

3. Генераторами сигналов называются электронные схемы, формирующие переменное напряжение требуемой формы и частоты.Можно выделить четыре типа наиболее известных и используемых на практике сигналов: прямоугольной, треугольной, пилообразной и синусоидальной форм.Строятся генераторы на основе транзисторов, операционных усилителей и компараторов. Генераторы сигналов прямоугольной формы строятся также на основе логических элементов.Задание необходимой частоты осуществляется при помощи RC-цепей или кварцевых резонаторов, если необходима высокая стабильность. Генераторы «незатухающих» гармонических сигналов – это автогенераторы, в составе которых можно выделить две основные части: усилитель и цепь обратной связи (ЦОС), характеризующуюся коэффициентом передачи цепи обратной связи: γ = Uoc/Uвых, где Uoc – напряжение на выходе цепи обратной связи; Uвых – напряжение на выходе усилителя с коэффициентом усиления К. Произведение Кγ называют петлевым усилением. Обобщенная схема автогенератора приведена на ри с. 9.1.

Причиной возникновения сигнала являются шумы теплового происхождения, существующие в элементах схемы. При этом для возникновения генерации необходимо выполнение двух условий:

K γ ³ 1; (9.1)

∆jК + ∆jγ = 2pn , n = 0, 1, 2, ..., (9.2)

где ∆jК, ∆jγ – сдвиги фаз в усилителе и в ЦОС.

Выражение (9.1) называется условием баланса амплитуд и показывает, что при самовозбуждении сигнал на выходе цепи обратной связи должен быть не меньше сигнала на входе усилителя, т. е. усиление усилителя на частоте генерации должно полностью компенсировать ослабление сигнала при прохождении цепи обратной связи. Условие (9.2) называется условием баланса фаз и показывает, что на частоте генерации фаза сигнала, прошедшего по всей цепочке «усилитель – цепь обратной связи», должна совпасть с исходной, т. е. суммарный фазовый сдвиг, наблюдаемый в автогенераторе, должен быть равен 2pn. Чтобы автоколебания возникали не на произвольной частоте, а на заранее выбранной, необходимо, чтобы оба условия генерации – баланс амплитуд (9.1) и баланс фаз (9.2) – быстро нарушались по обе стороны от расчетной частоты генерации. Для этого либо усилитель, либо ЦОС (чаще именно ЦОС) выполняют частотно- и фазово-избирательной с помощью RC- или LC-цепочек. Рост амплитуды сигнала на первой стадии генерации (при Кγ > 1) сменяется стабилизацией (при Kγ » l) из-за нелинейности амплитудной (или передаточной) характеристики усилителя (см. рис. 5.2 и 6.3).

Более подробно рассмотрим генераторы RC-типа: они просты в реализации, имеют малые габаритные размеры и массу. Однако форма сигнала несколько отличается от гармонической и существенно изменяется в зависимости от колебаний параметров усилителя и ЦОС.

В генераторах RC-типа обратная связь осуществляется в основном за счет RC-цепей, обладающих квазирезонансными частотными характеристиками и обеспечивающих на определенной частоте выполнение условий (9.1) и (9.2). Избирательным RC-цепям присуща невысокая добротность.

Билет 16 1.Моп-транзистор с индуцированным каналом.Принцип действия и хар-ки.

МОП-структура — полупроводниковая структура, применяемая при производстве микросхем и дискретных полевых транзисторов. Полупроводниковые приборы на основе этой структуры называют МОП-транзисторами (от слов «металл-оксид-полупроводник», англ. metal-oxide-semiconductor field effect transistor, сокращенно «MOSFET»), МДП-транзисторами (от слов «металл-диэлектрик-полупроводник») или транзисторами с изолированным затвором (так как у таких транзисторов затвор отделён от канала тонким слоем диэлектрика).[1]

современные интегральные логические элементы, микросхемы памяти микропроцессоры и микроконтроллеры часто построены на полевых транзисторах типа “металл-окисел-полупроводник” (МОП) с индуцированным каналом.Эскиз, поясняющий устройство такого транзистора может иметь вид:

основу транзистора составляет подложка — пластина полупроводника с примесной (например типа p) проводимостью. На подложке в непосредственной близости друг от друга сформированы области истока и стока имеющие прмесную проводимость противоположного типа (в нашем случае типа n). При этом между стоком и подложкой и истоком и подложкой образуются p-n-переходы.

Поверхность подложки между истоком и стоком покрыта тонким слоем диэлектрика — двуокись кремния.

На внешнюю поверхность диэлектрика нанесен тонкий слой металла — затвор.

На схемах полевой транзистор рассмотренной структуры изображают следующим образом:

На схемах полевой транзистор рассмотренной структуры изображают следующим образом:

Предположим вначале, что затвор соединен с подложкой следующим образом: В этом случае цепь сток-исток можно рассматривать как два диода соединенные последовательно и встречно: Сопротивление такой цепи имеет порядок 109 Ом, т.е. практически бесконечно — транзистор закрыт.

Подадим далее на затвор положительный потенциал относительно подложки, используя следующую схему:

Затвор при этом получает положительный заряд, который взаимодействует с носителями тока в подложке, стока и истока. Понятно, что дырки подложки будут отталкиваться от затвора, а электроны стока и истока напротив притягиваться к затвору в результате конфигурация p-n переходов в транзисторе меняется, они приближаются друг к другу. Если напряжение затвор-подложка превысит некоторое пороговое значение, то все дырки будут вытеснены из-под затвора, а области стока и истока сомкнутся, образуя индуцированный канал n-типа. Эскиз этого состояния транзистора имеет вид: В этом случае сток-исток можно рассматривать как линейное электрическое сопротивление. Его величина зависит от напряжения затвор-подложка и может в пределе достигать сотен и даже десятков Ом (в мощных транзисторах до долей Ома). В таком режиме транзистор открыт.Кроме МОП транзисторов с индуцированным каналом n-типа существуют симметричные или как говорят комплементарные им транзисторы с индуцированным каналом p-типа. По конструкции они аналогичны, но имеют подложку типа n и открываются отрицательным напряжением затвор-подложка. Условное обозначение МОП транзисторов с индуцированным каналом имеет вид:

Входная цепь рассмотренных транзисторов представляет собой по сути дела конденсатор структуры МОП (“металл-окисел-полупроводник”). С одной стороны это очень удобно т.к. входная цепь практически не потребляет от внешней схемы активного тока и мощности. С другой стороны это вынуждает принимать меры против воздействия на транзистор статического электричества т.к. пробивное напряжение этого МОП конденсатора всего 30÷50В.