Материалы по всему курсу схемотехники (необработанное) (2.1.2.4.2 Инвертор на кмоп транзисторах)

Посмотреть архив целиком

Инвертор на кмоп транзисторах



Рис. 8.2.1. Схема включения инвертора на взаимодополняющих, комплиментарных р–МОП и n–МОП транзисторах, передаточная характеристика такого каскада и график импульса тока, протекающего через инвертор при его переключении


Если учесть, что роль сопротивления стоковой нагрузки Rc при перезаряде Cнагр. играют поочередно n–МОП и p–МОП транзисторы с сопротивлением открытого канала Rк.откр. на порядок меньшим, чем резисторы Rс в двух предыдущих случаях, то становится понятно почему быстродействие КМОП логических элементов на порядок выше чем у n–МОП и p–МОП логических элементов: tзд.р. = 0,06 мкс для К561 при Сн = 15 пФ, Uпит = 5 В. В КМОП инверторах U1вых Uпит, а U0вых 0.

Мощность, потребляемая логическим элементом КМОП в статическом режиме, близка к нулю (Pстат. = 10 – 4 мВт / корпус), но с ростом частоты переключения схемы динамическая потребляемая мощность Pдин растет в соответствии с формулой:


Pдин = 2 Cнагр. f U2пит,


где Cнагр. – эквивалентная емкость нагрузки микросхемы; f, – частота переключения; Uпит, – напряжение питания.


Такая зависимость объясняется импульсами сквозного тока через оба транзистора в момент переключения.

Например, при частоте переключения f = 1 МГц, Uпит = 10 В, Снагр = 50 пФ потребляемая мощность достигает Pдин = 10мВт.

Зависимость мощности, потребляемой микросхемами различных серий в том числе и КМОП, от частоты переключения приведена на рис.5.2.2.

Очень высокое входное сопротивление МОП транзисторов (Rвх1012 Ом) ставит проблему защиты от пробоя изоляции входных цепей МОП схем. Основная опасность идет от статического электричества, наводок силовых электромагнитных полей. Для защиты от пробоя на входе каждого КМОП логического элемента в составе микросхемы включают стабилитрон VD1. Его практически никогда не рисуют на схемах логических элементов, но помнить о том, что он есть в каждом КМОП логическом элементе надо.


Рис. 8.2.2. Эквивалентная схема КМОП инвертора


В структуре логического элемента КМОП заложены защиты как входов, так и выходов логического элемента. Они обеспечиваются технологией изготовления. На рис.2.6.2. показана эквивалентная схема инвертора КМОП. Цепь R, D1, D2, D3 представляет собой резисторно–диодную структуру с распределенными параметрами, введенную в кристалл логического элемента рядом с pМОП и nМОП транзисторами и названа схемой защиты.

Эта цепь защищает вход инвертора от пробоя, резистор защищает выход предыдущего каскада от импульсной токовой перегрузки при заряде емкости Cвх. Диоды D1, D2 и D3 изготовлены таким образом, что напряжение пробоя их в обратном включении составляет 25…50 В, и при сигналах на входе логического элемента, превышающих напряжение пробоя, эти диодные стабилитроны открываются и предохраняют входы полевых транзисторов от высоковольтных выбросов, которые могут привести к пробою изоляции между затвором и каналом полевого транзистора.

Различные p–n переходы, получившиеся при изготовлении областей стоков, истоков и кармана в подложке (кристалле кремния с n проводимостью) на схеме показаны как D4…D6.

Предельно допустимый ток входных стабилитронов 10мА, ток диода D6 больше. При неисправной полярности питания этот диод D6 может сгореть сам или сжечь источник питания, если в источнике нет защиты от короткого замыкания по выходу.

Если потенциалы входов и выходов МОП транзисторов не выходят за пределы 0…+Uпит., то об всех этих диодах можно забыть, поскольку напряжения пробоя этих встроенных стабилитронов превышает 25 В, т.е. больше напряжения питания.



Случайные файлы

Файл
164672.doc
5363.rtf
75834-1.rtf
132032.rtf
13587-1.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.