Разработка стенда для анализа работы логического элемента "кодер"

дипломная работа

1.1.5.2 Логика на КМОП транзисторах

В цифровых микросхемах если и применяются полевые транзисторы, то только с изолированным затвором (МОП) и только с индуцированным каналом. Каждый МОП транзистор в интегральных схемах имеет четыре вывода:

1) исток, - от которого начинают движение в канале носители электрического заряда;

2) сток, - к которому движутся в канале носители заряда;

3) затвор, - потенциал на котором за счет электрического поля управляет толщиной канала (затворяет или отворяет путь протекания тока, - движения носителей заряда: электронов или дырок);

4) подложка, - полупроводниковый кремниевый кристалл, в объеме которого на малом расстоянии друг от друга методом диффузии сделаны две области с проводимостью, обратной проводимости подложки - это области стока и истока.

На поверхности подложки между стоком и истоком создают тонкий слой окисла кремния (кварцевого стекла SiO2), а поверх него напыляют алюминиевый затвор. Когда на затвор такого МОП транзистора относительно подложки подается отпирающее напряжение, то внутри подложки под затвором между стоком и истоком индуцируются (наводятся) носители заряда с проводимостью, противоположной проводимости подложки, но совпадающей с проводимостью стока и истока. Если теперь подключить сток и исток к источнику питания, то через них и через наведенный канал потечет ток.

МОП транзисторы называют в соответствии с проводимостью канала, а стрелки в их условных графических обозначениях соответствуют проводимости подложки, которая, как было сказано, для таких транзисторов противоположна проводимости канала. Направление стрелки показывает проводимость подложки (внутрь, - транзистор p-типа, наружу, - n-типа). Как известно обозначения n - NEGATIVE (отрицательный, при этом носители заряда, - электроны), а p - POSITIVE (положительный, при этом носители заряда, - дырки).

Значение порогового напряжения (Uпор) при напряжении питания (Ucc) = + 5 В обычно лежит в пределах: Uпор = 0,5 ... 2,0 В. При другом напряжении питания значение порогового напряжения лежит в пределах: Uпор = Uпит/3 ... Uпит/2.

Для МОП транзисторов характерны два существенных отличия их от обычных биполярных транзисторов:

- сопротивление канала практически линейно, т. е. ток стока почти линейно зависит от напряжения сток-исток;

- имеется почти полная взаимозаменяемость стока и истока, т.к. ток в канале может протекать в обоих направлениях в зависимости от полярности напряжения, приложенного к каналу.

Микросхемы на комплементарных транзисторах строятся на основе МОП транзисторов с n- и p-каналами. Один и тот же потенциал открывает транзистор с n-каналом и закрывает транзистор с p-каналом. При формировании логической единицы открыт верхний транзистор, а нижний закрыт. В результате ток через микросхему не протекает. При формировании логического нуля открыт нижний транзистор, а верхний закрыт. И в этом случае ток через микросхему не протекает. Простейший логический элемент - это инвертор. Его схема приведена на рисунке.

Рисунок 1.12. Принципиальная схема инвертора, выполненного на комплементарных МОП транзисторах.

На этой схеме для упрощения понимания принципов работы микросхемы не показаны защитные и паразитные диоды. Особенностью микросхем на комплементарных МОП транзисторах является то, что в этих микросхемах в статическом режиме ток практически не потребляется. Потребление тока происходит только в момент переключения микросхемы из единичного состояния в нулевое и наоборот. Этим током производится перезаряд паразитной ёмкости нагрузки.[1].

Делись добром ;)