Цифровые имс

Переменные х и функции от них можно принимать только два фиксированных значения 0 или 1, которым соответствуют определенные уровни напряжения и тока.

Наиболее распространенные функции: и, и-не, или-не.

Степень интеграции таких элементов, как правило, 1 или 2. У более сложных функциональных узлов (счетчики, регистраторы, дешифраторы: степень интеграции k=2;3).

Более сложные устройства (запоминающие, арифметические и логические устройства (АЛУ), микропроцессорные) k=4 и более.

Цифровые ИМС выпускаются сериями и объединяются по функциональному признаку в группы, логические элементы, счетчики и прочее.

ИМС одной серии имеют одинаковые напряжения питания, одинаковые уровни 0 и 1 и конструктивно аналогичны.

Сложные логические функции выполняются с использованием простых элементов, которые связываются в единый комплекс устройства. Базовые логические элементы выполняют простейшими логические операции: и-не, или-не. По принципу действия логические элементы делятся:

1. ДТЛ – диодно-транзисторная логика;

2. РТЛ – резистивно-транзисторная логика;

3. ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика;

4. ЭСЛ – эмиттерно-связанная логика.

В последнее время широко используется элементы КМДП структур, на которой используется элементы со структурой металл-диэлектрик-полупроводник. Также широко используются элементы на биполярных транзисторах.

Схема базового логического элемента типа ТТЛ

- функция 2И-НЕ

В этой схеме 3 каскада:

- входной каскад на транзисторе VT1, реализующий функцию и;

- 2-ой каскад – фазоразделительный на транзисторе VT2 и два выходных каскада VT3 и VT4.

Если на все входы х1 и х2 подать напряжение или сигнал высокого уровня соответствующий 1, то эммиторный переход транзистора VT1 окажется закрытым. При этом ток, протекающий через R1 и коллекторный переход транзистора VT1, откроет транзистор VT2; падение напряжения на R4 будет достаточным для открывания транзистора VT4. Напряжение на коллекторе VT2 таково, что оно закроет транзистор VT3 в результате на выходе элемента установится напряжение низкого уровня, соответствующее логическому 0. Если хоть на один из входов подать напряжение низкого уровня или соединить его с землей, то эммиторный переход транзистора VT4 откроется и зашунтирует базовый переход транзистора VT2. Транзистор VT2 закроется, это приведет к закрыванию VT4 и открыванию VT3. На выходе установится напряжение высокого уровня. В логическом элементе выполняется функция 2и-не. Транзистор VT1 называется многоэммитерным. Количество эмиттеров определяет количество входов, участвующих в операциях и. Для ИМС типа ТТЛ 0 и 1 считаются соответственно при напряжении источника 5 В. Сигнал 0 не более 0,4 в и сигнал 1 не менее 2,4 В.

Уровни напряжения зависит от нагрузки на выходе, поэтому, как правило, микросхема нормируются величиной входов других элементов, присоединенных к входу, как правило, нагрузочная способность не более 10. Если нагрузочная способность большая – это микросхемы более мощные источники.

Схема базового логического элемента типа КМDП

КМDП – на металлическую подложку напыляют п/п, которые выполняют функцию транзисторного перехода.

КМDП транзистор является идеальным переключателем.

При подаче на вход напряжения высокого уровня n-канальный транзистор открывается, р-канальный транзистор закрывается. Если хотя бы на один из входов будет подано напряжение низкого уровня, то закроется n-канальный транзистор VT1 и VT2, а на выходе устройства установится высокий уровень напряжения.

Достоинства схемы: 0 не отличается от 0, а 1 соответствует U_ип и они выпускаются на U=3,5,15 В. Выходное сопротивление достигает десятков и более МОм, соответственно у него неограниченная нагрузочная способность. очень малое потребление, высокое сопротивление и высокое быстродействие. Под быстродействием понимают время установления сигнала на выходе при изменении его на входе.