Логических элементы на полевых транзисторах

При построении логических элементов применяются полевые транзисторы с изолированным затвором и индуцированным каналом.

 

 

Рис.9.10. Полевые транзисторы с каналом p- и n-типа

 

При этом используются пары транзисторов с каналом n- и с каналом p- типа. Транзисторы различного типа электропроводности с близкими характеристиками называют комплементарными. логических элементы, построенные на комплементарных полевых транзисторах с изолированным затвором, называют элементами КМОП - типа. (компонент - метал - окисел - полупроводник).

Особенностью полевых транзисторов с индуцированным каналом является то, что при нулевом входном напряжении между затвором и истоком канал между истоком и стоком не существует, цепь “исток- сток” разомкнута и только при некотором значительном напряжении на затворе, называемом пороговым напряжением, образуется индуцированный канал. Цепь “исток-сток” замыкается и может возникать ток стока.

Транзисторы с каналом n- типа открываются положительным напряжением на затворе относительно истока, если оно превышает пороговое. Транзистор с каналом p- типа открывается отрицательным напряжением на затворе относительно истока, если по модулю оно превышает пороговое напряжение.

Асинхронные RS-триггеры

 

Асинхронные RS-триггеры имеют два информационных входа: вход S для установки 1, вход R для установки 0 и два выхода: прямой и инверсный.

Состояние триггера характеризуется сигналом на прямом выходе и определяется комбинацией входных сигналов. Например, для установки триггера в состояние 1, т. е. для записи в него 1, необходимо на его входы подать такую комбинацию сигналов, при которой на прямом выходе сигнал будет иметь уровень логической 1.

Асинхронный RS-триггер обычно строится на двух логических элементах И–НЕ либо ИЛИ–НЕ, охваченных перекрестными обратными связями

(рис. 2.1). На временных диаграммах отражена задержка срабатывания триггера, величина которой зависит от быстродействия логических элементов.

Рис. 1.1. Асинхронный RS-триггер: а – на логических элементах ИЛИ-НЕ; б – на логических элементах И–НЕ

Логика элементов И-НЕ, на которых построены триггеры, приведена в табл. 1.1 и имеет простое словесное выражение: любой ноль на входе дает единицу на выходе.

Аргументы Функция

x1 x2 И-НЕ

 

0 0 1

 

0 1 1

 

1 0 1

 

1 1 0

Для асинхронного RS-триггера (рис. 2.2,а) при подаче нуля на вход S и единицы на вход R (S=0, R=1) на прямом выходе будет уровень логической 1. Эта единица по цепи обратной связи поступает на один из входов нижнего по схеме элемента и вместе с единицей на входе R дает логический 0 на инверсном выходе. Это режим установки триггера в единичное состояние. Из этого анализа следует, что управляющими сигналами для этого триггера будут сигналы логического 0.

При входных сигналах S=1 и R=0 триггер будет установлен в нулевое состояние: на прямом выходе уровень логического 0, на инверсном – 1.

При подаче на оба входа нулевых сигналов на обоих выходах триггера появится уровень логической 1. Это запрещенный режим. Нельзя одновременно подавать сигналы на установку триггера в нулевое и единичное состояние.

В случае S=1 и R=1 триггер не изменяет своего состояния. В этом можно убедиться, предполагая последовательно, что триггер находился в нулевом или единичном состоянии. Полная таблица истинности RS-триггера приведена в табл. 1.2.

S R Q _i Q_i-1 Q _t+1

 

0 0 0 1 1

 

0 1 0 1 0

 

1 0 0 0 1

 

1 1 0 0 1

 

0 0 1 1 1

 

0 1 1 1 0

 

1 0 1 0 1

 

1 1 1 1 0

Для триггера на элементах И–НЕ управляющим действием обладают нулевые уровни информационных сигналов, а не единичные. Если для триггера на элементах ИЛИ–НЕ единичные сигналы на обоих информационных входах запрещены, то для триггера на элементах И–НЕ они разрешены и образуют нейтральную комбинацию. Нулевые сигналы на обоих входах триггера на элементах ИЛИ–НЕ составляют нейтральную комбинацию, а для триггера на элементах И–НЕ они запрещены.

Синхронный одноступенчатый RS-триггер отличается от асинхронного наличием С-входа для синхронизирующих (тактовых) импульсов. Синхронный триггер состоит из асинхронного RS-триггера и двух логических элементов на его входе. Рассмотрим работу триггера, построенного на элементах И–НЕ (рис. 2.2, a).

При С = 0 входные логические элементы 1 и 2 блокированы: их состояния не зависят от сигналов на S- и R-входах и соответствуют логической 1, т. е. q1 = q2 = 1. Для асинхронного RS-триггера на элементах И–НЕ такая комбинация входных сигналов является нейтральной, поэтому триггер находится в режиме хранения записанной информации.

При С = 1 входные логические элементы открыты для восприятия информационных сигналов и передачи их на входы асинхронного RS-триггера. Таким образом, синхронный триггер при наличии разрешающего сигнала на S-входе работает по правилам для асинхронного триггера.

Временные процессы в триггере при его переключении из нулевого состояния в единичное иллюстрируются диаграммами на рис. 4.13, в, на которых обозначено: t1, t2, t3, t4 – задержки переключения соответствующих логических элементов; t' с, t" с – длительности тактовых импульсов и пауз между ними.

Из диаграмм следует, что минимальный пер иод повторения тактовых импульсов равен 4tзд.р,ср, а наибольшая частота F = 1/4t_{зд.р,ср.}Синхронные RS-триггеры строятся и на логических элементах ИЛИ–НЕ (рис. 2.2), И–ИЛИ–НЕ и их сочетаниях.