Bài giảng Điện tử số - Chương 3: Cổng logic TTL và CMOS - Nguyễn Trung Hiếu
Họ DDL (2)
Ưu điểm của họ DDL:
Mạch điện đơn giản, dễ tạo ra các cổng AND, OR nhiều lối vào. Ưu điểm
này cho phép xây dựng các ma trận diode với nhiều ứng dụng khác nhau;
Tần số công tác có thể đạt cao bằng cách chọn các diode chuyển mạch
nhanh;
Công suất tiêu thụ nhỏ.
Nhược điểm của họ DDL:
Độ phòng vệ nhiễu thấp (VRL lớn) ;
Hệ số ghép tải nhỏ.
Để cải thiện độ phòng vệ nhiễu ta có thể ghép nối tiếp ở mạch
ra một diode. Tuy nhiên, khi đó VRH cũng bị sụt đi 0,6V.
Họ DDL (2)
Ưu điểm của họ DDL:
Mạch điện đơn giản, dễ tạo ra các cổng AND, OR nhiều lối vào. Ưu điểm
này cho phép xây dựng các ma trận diode với nhiều ứng dụng khác nhau;
Tần số công tác có thể đạt cao bằng cách chọn các diode chuyển mạch
nhanh;
Công suất tiêu thụ nhỏ.
Nhược điểm của họ DDL:
Độ phòng vệ nhiễu thấp (VRL lớn) ;
Hệ số ghép tải nhỏ.
Để cải thiện độ phòng vệ nhiễu ta có thể ghép nối tiếp ở mạch
ra một diode. Tuy nhiên, khi đó VRH cũng bị sụt đi 0,6V.
Bằng cách tương tự, ta có thể thiết lập cổng NOR hoặc các cổng liên hợp
phức tạp hơn.
Trang 1
Trang 2
Trang 3
Trang 4
Trang 5
Trang 6
Trang 7
Trang 8
Trang 9
Trang 10
Tải về để xem bản đầy đủ
Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài giảng Điện tử số - Chương 3: Cổng logic TTL và CMOS - Nguyễn Trung Hiếu
Bài giảng Điện tử sốV1.0 62 Nội dung Chương 1: Hệ đếm Chương 2: Đại số Boole và các phương pháp biểu diễn hàm Chương 3: Cổng logic TTL và CMOS Chương 4: Mạch logic tổ hợp Chương 5: Mạch logic tuần tự Chương 6: Mạch phát xung và tạo dạng xung Chương 7: Bộ nhớ bán dẫn Bài giảng Điện tử sốV1.0 63 Cổng logic TTL và CMOS Bài giảng Điện tử sốV1.0 64 Các họ cổng logic Họ DDL Họ DTL Họ RTL Họ TTL Họ MOS FET Họ ECL Bài giảng Điện tử sốV1.0 65 Họ DDL DDL (Diode Diode Logic) là họ cổng logic do các diode bán dẫn tạo thành. f D2 B D1 A R1 +5V f A B a) Cổng AND R1 f D2 B D1 A f A B b) Cổng OR ORAND 4,3554,733 Theo mức điện áp vào/ra Bảng trạng thái thể hiện nguyên lý hoạt động của các cổng AND, OR họ DDL 0 5 0 B(V) 5 0 0 A(V) 4,30,703 4,30,730 00,700 f(V)f(V)B(V)A(V) Cổng AND, OR 2 lối vào họ DDL: Bài giảng Điện tử sốV1.0 66 Họ DDL (2) Ưu điểm của họ DDL: Mạch điện đơn giản, dễ tạo ra các cổng AND, OR nhiều lối vào. Ưu điểm này cho phép xây dựng các ma trận diode với nhiều ứng dụng khác nhau; Tần số công tác có thể đạt cao bằng cách chọn các diode chuyển mạch nhanh; Công suất tiêu thụ nhỏ. Nhược điểm của họ DDL: Độ phòng vệ nhiễu thấp (VRL lớn) ; Hệ số ghép tải nhỏ. Để cải thiện độ phòng vệ nhiễu ta có thể ghép nối tiếp ở mạch ra một diode. Tuy nhiên, khi đó VRH cũng bị sụt đi 0,6V. Bài giảng Điện tử sốV1.0 67 Họ DTL Để thực hiện chức năng đảo, ta có thể đấu nối tiếp với các cổng DDL một transistor công tác ở chế độ khoá. Mạch cổng như thế được gọi là họ DTL (Diode Transistor Logic). Ví dụ các cổng NOT, NAND thuộc họ DTL Bằng cách tương tự, ta có thể thiết lập cổng NOR hoặc các cổng liên hợp phức tạp hơn. 5k Q1 2k f +5V D3D1 4k +5V D2 A D4 B 5k Q1 2k f +5V D3D1 4k +5V D2 A a) b) Bài giảng Điện tử sốV1.0 68 Họ DTL (2) Ưu điểm của họ DTL: Trong hai trường hợp trên, nhờ các diode D2, D3 độ chống nhiễu trên lối vào của Q1 được cải thiện. Mức logic thấp tại lối ra f giảm xuống khoảng 0,2 V ( bằng thế bão hoà UCE của Q1). Do IRHmax và IRLmax của bán dẫn có thể lớn hơn nhiều so với diode nên hệ số ghép tải của cổng cũng tăng lên. Nhược điểm của họ DTL: Vì tải của các cổng là điện trở nên hệ số ghép tải (đặc biệt đối với NH) còn bị hạn chế, Trễ truyền lan của họ cổng này còn lớn. Những tồn tại trên sẽ được khắc phục từng phần ở các họ cổng sau. Bài giảng Điện tử sốV1.0 69 Họ RTL Họ RTL (Resistor Transistor Logic) là các cổng logic được cấu tạo bởi các điện trở và transistor. Cổng NOT họ RTL Cổng NOR 2 lối vào họ RTL 055 Bảng trạng thái 005 050 5,700 f(V)B(V)A(V) Bảng trạng thái 05 5,70 f(V)A(V) Bài giảng Điện tử sốV1.0 70 Họ TTL Thay các điốt đầu vào họ DTL thành transistor đa lớp tiếp giáp BE ta được họ TTL (Transistor Transistor Logic). Một số mạch TTL Mạch cổng NAND Mạch cổng OR Mạch cổng collector để hở Mạch cổng TTL 3 trạng thái Họ TTL có diode Schottky ( TTL + S ) Bài giảng Điện tử sốV1.0 71 Mạch cổng NAND TTL Sơ đồ nguyên lý của mạch NAND TTL có thể được chia ra thành 3 phần. f A B +Vcc R1 4k D2D1 A Q1 B Q4 f D3 300 R3 Q3 R2 1,6k Q2 R4 1k Mạch đầu vào: gồm Transistor Q1, trở R1 và các diode D1, D2. Mạch này thực hiện chức năng NAND. Mạch giữa: gồm Transistor Q2, các trở R2, R4. Mạch đầu ra: gồm Q3, Q4, R3 và diode D3. Khi bất kỳ một lối vào ở mức thấp thì Q1 đều trở thành thông bão hoà, do đó Q2 và Q4 đóng, còn Q3 thông nên đầu ra của mạch sẽ ở mức cao. Lối ra sẽ chỉ xuống mức thấp khi tất cả các lối vào đều ở mức logic cao và làm transistor Q1 cấm. Diode D3 được sử dụng như mạch dịch mức điện áp, nó có tác dụng làm cho Q3 cấm hoàn toàn khi Q2 và Q4 thông. Diode này nhiều khi còn được mắc vào mạch giữa collector Q2 và base của Q3. Bài giảng Điện tử sốV1.0 72 Mạch cổng OR TTL Sơ đồ nguyên lý của mạch NAND TTL có thể được chia ra thành 3 phần. Mạch đầu vào: gồm Transistor Q1, Q2, Q3, trở R1, R2 và các diode D1, D2. Mạch này thực hiện chức năng OR. Mạch giữa: gồm Transistor Q4, Q5, các trở R3, R4, và diode D3. Mạch đầu ra: gồm Q6, Q7, Q8, các trở R5, R6, R7 và diode D4. Nguyên lý hoạt động của mạch vào này cũng giống với cổng NAND Q2 R1 4k R2 4k f +Vcc R5 1,6k Q6 R7 130 Q7 R6 1 k D4 Q8 D3 R4 1 k Q5 Q4 R3 1,6k B A D2 Q3 Q1 D1 Sơ đồ mạch điện của một cổng OR TTL 2 lối vào. Bài giảng Điện tử sốV1.0 73 Mạch cổng collector để hở Nhược điểm của họ cổng TTL có mạch ra khép kín là hệ số tải đầu ra không thể thay đổi, nên nhiều khi gây khó khăn trong việc kết nối với đầu vào của các mạch điện tử tầng sau. Cổng logic collector để hở khắc phục được nhược điểm này. Hình trên là sơ đồ của một cổng TTL đảo collector hở tiêu chuẩn. Muốn đưa cổng vào hoạt động, cần đấu thêm trở gánh ngoài, từ cực collector đến +Vcc. Một nhược điểm của cổng logic collector hở là tần số hoạt động của mạch sẽ giảm xuống do phải sử dụng điện trở gánh ngoài. Q3 f D1 R1 4k Q1A +5V Q2 R2 1,6k R3 1,6k A f Bài giảng Điện tử sốV1.0 74 Mạch cổng TTL 3 trạng thái +5V Q3 R3 1,6k Q5 D2 f Q4 R5 130 R4 1k D1 A R1 4k Q1 R2 4k Q2E +Vcc R5 Q4 Q5 Lối ra Z caoB Bài giảng Điện tử sốV1.0 75 Họ MOS FET Bán dẫn trường (MOS FET) cũng được dùng rất phổ biến để xây dựng mạch điện các loại cổng logic. Đặc điểm chung và nổi bật của họ này là: Mạch điện chỉ bao gồm các MOS FET mà không có điện trở Dải điện thế công tác rộng, có thể từ +3 đến +15 V Độ trễ thời gian lớn, nhưng công suất tiêu thụ rất bé Tuỳ theo loại MOS FET được sử dụng, họ này được chia ra các tiểu họ: PMOS NMOS CMOS Cổng truyền dẫn Bài giảng Điện tử sốV1.0 76 PMOS Mạch điện của họ cổng này chỉ dùng MOSFET có kênh dẫn loại P. Công nghệ PMOS cho phép sản xuất các mạch tích hợp với mật độ cao nhất. Hình dưới là sơ đồ cổng NOT và cổng NOR loại PMOS. Ở đây MOSFET Q2, Q5 đóng chức năng các điện trở. VSS S G D Q2 VDD S G D Q1 A f = A VSS S G D Q5 A B VDD S G D Q4 S G D Q3 f= A+B a) Cổng NOT b) Cổng NOR Bài giảng Điện tử sốV1.0 77 NMOS Mạch điện của họ cổng này chỉ dùng MOSFET có kênh dẫn loại N. Hình dưới là sơ đồ cổng NAND và cổng NOR loại NMOS. Ở đây MOSFET Q1 đóng vai trò điện trở. VSS VDD Q1 1 Q2 Q3 A B f A B VSS VDD Q1 f Q3Q2 a) Cổng NAND b) Cổng NOR Bài giảng Điện tử sốV1.0 78 CMOS CMOS – Complementary MOS. Mạch điện của họ cổng logic này sử dụng cả hai loại MOS FET kênh dẫn P và kênh dẫn N. Bởi vậy có hiện tượng bù dòng điện trong mạch. Chính vì thế mà công suất tiêu thụ của họ cổng, đặc biệt trong trạng thái tĩnh là rất bé. S G D D G S VDD Q1 Q2 fA S G D S G D Q4 A B VDD Q2 Q3 Q1 f D G S a) Cổng NOT b) Cổng NAND Bài giảng Điện tử sốV1.0 79 Cổng truyền dẫn Dựa trên công nghệ CMOS, người ta sản xuất loại cổng có thể cho qua cả tín hiệu số lẫn tín hiệu tương tự. Bởi vậy cổng được gọi là cổng truyền dẫn Ra/Vào S G D +5V Q1 Q2 Vào/Ra S D G Ra/VàoVào/Ra Điều khiển a) Mạch điện b) Ký hiệu Bài giảng Điện tử sốV1.0 80 Họ ECL ECL (Emitter Coupled Logic) là họ cổng logic có cực E của một số bán dẫn nối chung với nhau. Họ mạch này cũng sử dụng công nghệ TTL, nhưng cấu trúc mạch có những điểm khác hẳn với họ TTL. - 1,75 V - 0,9 V - 1,4 V - 1,2 V Vào Ra a) Mạch điện nguyên lý b) Đồ thị mức vào/ra Lối vào -Vcc = - 5V A Lối ra NOR Lối ra OR R5 Q3 R3 Q4 RE R6 Q5 R4 Q2 R2 Q1 R1 -1,29 V R9 D1 D2 Q6 R7 R8 +Vcc Q8 Q7 B D C Bài giảng Điện tử sốV1.0 81 Giao tiếp giữa các cổng logic cơ bản Giao tiếp giữa TTL và CMOS Giao tiếp giữa CMOS và TTL Bài giảng Điện tử sốV1.0 82 Câu hỏi
File đính kèm:
- bai_giang_dien_tu_so_chuong_3_cong_logic_ttl_va_cmos_nguyen.pdf