ELECTRONICĂ II Notiţe de curs Cursul nr. 9 Conf. Dr. Ing. Gheorghe PANĂ pana@vega.unitbv.ro

Implementarea funcţiilor logice cu tranzistoare Introducere Circuite logice = circuite electronice cu ajutorul cărora se implementează funcţiile logice. Circuitele logice conţin dispozitive electronice care prezintă două stări limită: închis şi deschis, corespunzătoare celor două valori 0 şi 1 ale variabilelor din logica binară. Aceste dispozitive sunt diodele semiconductoare şi tranzistoarele bipolare şi unipolare. 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice cu tranzistoare Stărilor logice 0 şi 1 li se asociază nivele de tensiune de la intrările şi ieşirile circuitului: Potenţialul scăzut (apropiat de potenţialul de 0 V al masei) se consideră stare logică 0; Potenţialul ridicat (apropiat de tensiunea sursei de alimentare) se consideră stare logică 1. 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice cu tranzistoare Diodele semiconductoare pot fi utilizate în calitate de comutator static, ele prezentând un curent important în regim de conducţie (comutator închis) şi un curent foarte mic, practic nul, în regim de polarizare inversă (comutator deschis). Tranzistorul bipolar (în conexiunea emitor-comun, EC) prezintă trei regiuni pe caracteristicile curent-tensiune: regiunea de blocare sau “tăiere”, regiunea activă şi regiunea de saturaţie. 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice cu tranzistoare Tranzistoarele unipolare (MOS) prezintă în regim de comutare proprietăţi care le deosebesc de tranzistoarele bipolare: Rezistenţa de ieşire în stare blocată este (1081012) , cu 23 ordine de mărime mai mare faţă de tranzistoarele bipolare; În stare de conducţie prezintă o rezistenţă de ieşire de (1102)  în regiunea liniară, unde, de fapt, se folosesc în regim de comutare, pentru ca tensiunea pe tranzistor să fie mică. Comparativ, tranzistoarele bipolare au în regiunea de saturaţie o rezistenţă de ieşire de numai (130) . Rezistenţa de intrare este foarte mare: (10121014) ; 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice cu tranzistoare Tranzistorul bipolar este un comutator foarte eficient dacă pe bază (în conexiunea EC) i se aplică un impuls de curent (tensiune), care să facă trecerea bruscă a tranzistorului din regiunea de tăiere (punctul A) până în regiunea de saturaţie (punctul C), fără să rămână în zona activă (în jurul punctului B). 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice cu tranzistoare a) bipolare Circuitul logic INVERSOR Circuitul logic SAU Circuitul logic SI 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice cu tranzistoare b) Unipolare (MOS) Circuitul logic INVERSOR Circuitul logic SAU-NU Circuitul logic SI-NU 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice cu circuite integrate Introducere Circuitele care îndeplinesc o funcţie logică = porți logice. Se realizează sub formă de circuite integrate (CI). Clasificare Circuite bipolare - caracterizate prin frecvenţă mare de lucru şi printr-o densitate a componentelor pe unitatea de suprafaţă a pastilei (cipului) de siliciu mai mică; Circuite unipolare (MOS) care au o densitate mai mare (cu 12 ordine de mărime) şi sunt mai lente decât circuitele bipolare. 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice cu circuite integrate Parametrii porţilor logice tpd – timpul de (întârziere) propagare a informaţiei logice de la intrare către ieşire, [ns]; Pd – puterea medie consumată de poartă, [mW]; PQ – factor de calitate, egal cu produsul primilor doi parametri, [pJ]. PQ reprezintă un factor de merit al familiilor de CI. 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice cu circuite integrate fmax – frecvenţa maximă de lucru, [MHz]; fan-out – capacitatea maximă de încărcare la ieşire, [număr de intrări]. marginea de zgomot (de c.c.) reprezintă diferenţa între valorile tensiunilor garantate pentru stările logice ale unui circuit care comandă (la ieşire) şi valorile tensiunilor permise ale unui circuit de acelaşi tip comandat (la intrare). 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice cu circuite integrate Porţile logice care se caracterizează prin aceiaşi parametri se grupează în familii de CI. CI bipolare cuprind familiile: TTL, HTTL, LPTTL, LPSTTL, TSL, ECL şi I2L. CI unipolare cuprind familiile: PMOS, NMOS şi CMOS. 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice cu circuite integrate TTL = Transistor-Transistor-Logic HTTL = High-speed TTL LPTTL = Low-Power TTL LPSTTL = Low-Power Schottky TTL TSL = Three State Logic ECL = Emitter-Coupled Logic I2L = Integrated Injection Logic 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice cu circuite integrate PMOS = P-type Metal-Oxide-Semiconductor field effect transistors NMOS = N-type Metal-Oxide-Semiconductor field effect transistors CMOS = Complementary Metal-Oxide-Semiconductor 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice familia TTL Potențialele din noduri corespund situației A=B=1 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice familia TTL Potențialele din noduri corespund situației A=1, B=0 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice familia TTL Parametrii porţilor TTL tpd=10ns; Pd=10mW/poartă; PQ=10pJ; fmax=35MHz; fan-out=10; marginea de zgomot = 0.4V 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice familia TTL Inversorul logic cu trei stări 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice familia CMOS Grilele celor două tranzistoare MOS fiind legate împreună, unul din cele două tranzistoare este întotdeauna blocat, ţinând seama de polaritatea semnalului aplicat pe grila comună. Astfel în regim static nu va exista o cale directă de curent între +VDD şi masă, singurul curent fiind cel rezidual prin tranzistorul blocat. Rezultă că puterea de c.c. (statică), consumată de circuitele CMOS este practic nulă. 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice familia CMOS Poarta de transmisie CMOS Când C=1 logic ( ) poarta de transmisie se deschide şi poate conduce curent în ambele sensuri. Când C=0 logic ( ), poarta de transmisie este blocată şi între intrare şi ieşire apare o rezistenţă de valoare foarte mare (109). 11/10/2018 Cursul nr. 9

Implementarea funcţiilor logice familia CMOS Poarta SAU-NU Poarta SI-NU 11/10/2018 Cursul nr. 9