ELECTRO NICĂ II

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

2. Implementarea funcţiilor logicecu 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. Cursul nr. 9

3. Implementarea funcţiilor logicecu 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. Cursul nr. 9

4. Implementarea funcţiilor logicecu 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. Cursul nr. 9

5. Implementarea funcţiilor logicecu 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) ; Cursul nr. 9

6. Implementarea funcţiilor logicecu 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). Cursul nr. 9

7. Implementarea funcţiilor logicecu tranzistoare a) bipolare Circuitul logic INVERSOR Circuitul logic SAU Circuitul logic SI Cursul nr. 9

8. Implementarea funcţiilor logicecu tranzistoare b) Unipolare (MOS) Circuitul logic INVERSOR Circuitul logic SAU-NU Circuitul logic SI-NU Cursul nr. 9

9. Implementarea funcţiilor logicecu 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. Cursul nr. 9

10. Implementarea funcţiilor logicecu 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. Cursul nr. 9

11. Implementarea funcţiilor logicecu 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). Cursul nr. 9

12. Implementarea funcţiilor logicecu 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. Cursul nr. 9

13. Implementarea funcţiilor logicecu circuite integrate • TTL = Transistor-Transistor-Logic • HTTL = High-speed TTL • LPTTL = Low-PowerTTL • LPSTTL = Low-PowerSchottky TTL • TSL = Three State Logic • ECL = Emitter-Coupled Logic • I2L = Integrated Injection Logic Cursul nr. 9

14. Implementarea funcţiilor logicecu 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 Cursul nr. 9

15. Implementarea funcţiilor logicefamilia TTL Potențialele din noduri corespund situației A=B=1 Cursul nr. 9

16. Implementarea funcţiilor logicefamilia TTL Potențialele din noduri corespund situației A=1, B=0 Cursul nr. 9

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

18. Implementarea funcţiilor logicefamilia TTL • Inversorul logic cu trei stări Cursul nr. 9

19. Implementarea funcţiilor logicefamilia 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. Cursul nr. 9

20. Implementarea funcţiilor logicefamilia 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). Cursul nr. 9

21. Implementarea funcţiilor logicefamilia CMOS Poarta SAU-NU Poarta SI-NU Cursul nr. 9