Вивчення характеристик логічних елементів комплементарної логіки на транзисторах метал-оксид-напівпровідниках

Контрольна робота по ЦУіМП:

«Вивчення характеристик логічних елементів КМОП»

Ключ на основі КМОП

Розглянемо схему

1) Отримаємо ПХ і визначимо по ним значення вхідної напруги, при яких відкриваються транзистори Т1, Т2 і захисні діоди.

Визначимо напруги відкривання (перемикання) транзисторів: , то (За графіком 2.497 В)

Визначимо напругу відкривання захисних діодів: т. К. , То вхідна напруга відкриття діодів D1,2,3,4 (напруга відкриття діодів одно 0.6 В) дорівнює

2) Отримати статичні характеристики схеми при варіації напруги харчування

При зменшенні напруги харчування відбувається зменшення напруги відкриття транзисторів відповідно до формули Еп / 2.

3) Отримати перехідні характеристики

Визначимо тривалість перехідних процесів при включенні і виключенні ключа і середній час затримки:

- при переході вихідного сигналу з високого рівня на низький

- при переході вихідного сигналу з низького рівня на високий

- середній час затримки ЛЕ.

тоді

4) Отримати перехідні характеристики при варіації напруги харчування

Час затримки при переході вихідного сигналу з високого рівня на низький ( ) Зі зменшенням напруги живлення зменшується, а час при переході вихідного сигналу з низького рівня на високий ( ) При зменшенні напруги харчування зростає.

ЛЕ КМОП (АБО-НЕ)

Розглянемо схему

1) Отримати статичну характеристику вихідної напруги від значення статичної напруги на одному з входів ключа

При подачі на х ₁ напруги меншого 2.5 В (логічний нуль), в той час як на два інших входу подано напругу 0 В, що відповідає рівню логічного нуля, транзистори Т1, Т3 і Т5 закриті, а Т6, Т4 і Т2 відкриті, на виході фіксується сигнал високого рівня відповідний логічній одиниці. При подачі ж на х ₁ напруги високого рівня відповідного логічній одиниці транзистори Т3, Т2 і Т6 відкриті, а Т1, Т5 і Т4 закриті. На виході схеми напруга низького рівня, що відповідає логічному нулю.

2) Отримати таблицю істинності ЛЕ

Замінимо постійні джерела напруги Х2,1,0 на імпульсні джерела, тим самим поставивши вхідні рівні (0В - лог. Нуль, 5В - лог. Одиниця). Тоді отримаємо слід. Графік аналізу. По ньому складемо таблицю істинності:

Таким чином, таблиця істинності відповідає стандартному ЛЕ АБО-НЕ, тобто якщо на одному з входів є хоча б одна логічна одиниця, то на виході Y знаходиться логічний нуль, значить можна стверджувати, що одиниця це активне значення логічної змінної, при цьому один з транзисторів Т2, Т4, Т6 замкнений, а один з транзисторів Т1, Т3, Т5 відкритий. Якщо на всіх входах лог. нулі, то транзистори Т1, Т3, Т5 замкнені, а Т2, Т4, Т6 - відкриті.

ЛЕ КМОП (І-НЕ)

Розглянемо схему

1) Отримати статичну характеристику вихідної напруги від значення статичної напруги на одному з входів ключа

Коли напруга на вході х ₀ відповідає рівню логічного нуля, а напруги на двох інших входах при цьому відповідають рівню логічної одиниці, можна відзначити. Транзистори Т1, Т4 і Т6 закриті, а Т2, Т3 і Т5 відкриті, причому сигнал з транзисторів Т3 і Т5 йде на корпус, а з Т2 на вихід, і рівень цього вихідного сигналу відповідає логічній одиниці.

Коли напруга на вході х ₀ відповідає рівню логічної одиниці, а напруги на двох інших входах при цьому теж відповідають рівню логічної одиниці, можна відзначити. Транзистори Т2, Т4 і Т6 закриті, а Т1, Т3 і Т5 відкриті, причому сигнал з транзисторів Т1, Т3 і Т5 йде на корпус, а на вихід надходить сигнал дуже низького рівня, відповідного логічному нулю.

2) Отримати таблицю істинності ЛЕ

Замінимо постійні джерела напруги Х2,1,0 на імпульсні джерела, тим самим поставивши вхідні рівні (0В - лог. Нуль, 5В - лог. Одиниця). Тоді отримаємо слід. графік аналізу. По ньому складемо таблицю істинності:

Таким чином, таблиця істинності відповідає стандартному ЛЕ І-НЕ, тобто якщо на одному з входів є хоча б один логічний нуль, то на виході Y знаходиться логічна одиниця, значить можна стверджувати, що нуль це активне значення логічної змінної. Якщо на всіх входах лог. одиниці, то транзистори Т1, Т3, Т5 відкриті, а Т2, Т4, Т6 - замкнені - на виході лог. нуль.

Пристрій для формування коротких імпульсів (КМОП)

Розглянемо схему

1) Отримати статичні передавальні характеристики

Згідно передавальної характеристики при будь-якій зміні сигналу Х напруга на виході Y одно 5В (лог. Одиниця), а на виході Y1 0 В (логічний нуль).

Нехай на Х = 0, тоді на А4 = 1, А5 = 0, А6 = 1, А2 = 1, А3 = 0 Y = 1, Y1 = 0

Нехай на Х = 1, тоді на А4 = 0, А5 = 1, А6 = 0, А2 = 1, А3 = 0 Y = 1, Y1 = 0

Таким чином на нижньому вході А2 завжди подається сигнал .

2) Отримати тимчасові діаграми сигналів Y і Y1

За тимчасової діаграмі видно, що значення напруги на нижньому вході А2 завжди инверсно напрузі в точці Х, однакоY1 не завжди дорівнює 0, що здавалося б не відповідає отриманим раніше висновків. Але це не так, оскільки ЛЕ А4, А5 і А6 містять в собі інерційні елементи, такі як транзистор, сигнали йдуть на вхід ЛЕ А2 прийдуть на нього з різною затримкою, таким чином можливий підбір ЛЕ, так що б на виході Y1 ми отримали імпульси з необхідним періодом і тривалістю.

Знайдемо тривалість імпульсів Y1: . Час затримки щодо вхідного сигналу , Час затримки сигналу Y менше ніж, час затримки сигналу Y1, що позначається наявністю додаткового елементу І-НЕ, що вносить додаткову затримку.

Пристрій для формування коротких імпульсів (інтегруюча RC-ланцюг)

Розглянемо схему

1) Отримати статичні передавальні характеристики

Згідно передавальної характеристики при будь-якій зміні сигналу Х напруга на виході Y одно 5В (лог. Одиниця), а на виході Y1 0 В (логічний нуль).

Нехай Х = 0, тоді А4 = 1, А2 = 1, А3 = 0 Y = 1, Y1 = 0

Нехай Х = 1, тоді А4 = 0, А2 = 1, А3 = 0 Y = 1, Y1 = 0

2) Отримати тимчасові діаграми сигналів Y і Y1

Оскільки в схемі 5 присутній RC ланцюг інтегруючого типу з постійною часу , То збільшується тривалість імпульсів.Отже з'являється можливість регулювати тривалістю імпульсів змінюючи постійну часу τ.

Параметри імпульсів на виході:

3) Отримати тимчасові діаграми сигналів Y і Y1 при різних значеннях резистора R1

При зміні величини резистора R1 відбувається зміна постійної часу ланцюга. При збільшенні величини опору згідно з формулою постійна часу зростає, отже, збільшується час імпульсу.