7.4 Классификация логических имс по типу транзисторов, на основе которых они построены
По мере развития микроэлектроники большое число разных типов ЦИМС проходило через стадию интеграции. К настоящему времени имеется весьма ограниченный набор базовых логических ИМС. На рис. 7.2 приведена классификация логических ИМС по типу транзисторов, на основе которых они построены. Как видно из рис. 7.2., все логические ИМС подразделяются на построенные на основе биполярных транзисторов (БПТ) и на МДП-транзисторах (МДПТ). Все ЛЭ основаны на ключевом режиме работы активных диодов и транзисторов.
Транзисторный ключ на БПТ строится на биполярном транзисторе n-p-n, включенном по схеме с общим эмиттером с нагрузочным резистором в коллекторной цепи и выполняет функции инвертора (рис. 6.3).
ИМС на биполярных транзисторах делятся на четыре основных типа:
1. ДТЛ – диодно-транзисторная логика. Для ИМС этого типа характерна высокая помехоустойчивость и ограниченное быстродейстивие;
2. ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика. Самый расопстраненный тип ИМС. Их отличает высокое быстродействие (особенно разновидность ТТЛ с использованием диодов Шоттки), хорошая нагрузочная способность, малая потребляемая мощность Pпот.
3. ЭСЛ – эмиттерно-связанная логика, обладающая самым высоким быстродействием;
4. И2Л – инжекционно-связанная логика, имеет высокое быстродействие, высокую степень интеграции и плотность упаковки, но низкую помехозащищенность и малый перепад логических уравнений.
Базовым элементом МДП ИМС является инвертор состоящий из МДП-транзистора с индуцированным каналом и нагрузочного резистора в стоковой цепи, причем в качестве резистора тоже используется МДП-транзистор.
Такие ИМС делятся на одиноканальные, в которых и МДП-транзистор и МДП-резистор имеют канал «p» или «n» типа, и комплиментарные, в которых используется пара МДП-транзисторов с кналами различного типа. Последние предпочтительнее, так как их отличает высокая технологичность, малая потребляемая мощность, высокая степень интеграции. Схемы инверторов на МДП-транзисторах представлены на рис. 7.4.
Наибольшее применение на практике получили логические ИМС ТТЛ-типа. Они реализуют логическую функцию «И-НЕ» для положительной логики. Характерной особенностью ТТЛ-ИМС является наличие во входной цепи многоэмиттерного транзистора, основное отличие которого от обычных биполярных транзисторов заключается в том, что они имеют n эмиттеров, объединенных одним слоем базы, и один общий коллектор. Эмиттеры расположены таким образом, что прямое взаимодействие между ними исключено.
Рис. 7.5. Схема
базового элемента «2И-НЕ»
Логическая ИМС типа К555ЛА3 представляют собой комбинацию из четырех двухвходовых ЛЭ «И-НЕ» Принципиальная схема базового элемента «2И-НЕ» привелена на рис. 7.5
Логическая операция «И» реализуется многоэмиттерным транзистором VT1, операция «НЕ» - сложным инвертором на транзисторах VT2-VT4. Элемент функционирует следующим образом.
Если на оба эмиттера VT1 поданы логические «1», то оба перехода Э-Б закрыты. Транзистор VT1 заперт, на коллекторе VT1 (точка А) потенциал высокий. Потенциал точки B также высокий, т.к. транзистор VT2 для выхода в точке B включен по схеме с общим коллектором, транзистор VT4 – насыщен из-за наличия выского потенциала в точке B.
Следовательно, на коллекторе насыщенного VT4, а значит на выходе схемы, будет низкий потенциал, соответсвующий логическому «0». Если хотя бы на один вход VT1 поступает логический «0», транзистор открывается, на коллекторе в точке A станет низким, транзистор VT2 войдет в режим отсечки, на его коллекторе, а значит на выходе VT3 появится высокий потенциал, обеспечивающий отпирание VT3. Высокий потенциал через открытый VT3, работающийц в этом случае как эмиттерный повторитель, поступает на коллектор VT4. Следовательно, и на выходе ИМС будет высокий потенциал, соответсвующий логической «1».