OGICKÉ OBVODY Dle vnitřní strktry logické obvody rozděljeme na: a) kombinační - nemají vnitřní zpětné vazby. Všem kombinacím vstpů jso jednoznačně přiřazeny hodnoty výstpů, bez ohled na předcházející stav. b) sekvenční - mají vnitřní zpětné vazby. Stav výstpních proměnných závisí na časové poslopnosti změn vstpních proměnných, tedy i na předcházejícím stav obvod. Dle možnosti změny logické fnkce: a) logické obvody s pevno fnkcí. ogická fnkce je dána schématem zapojení. b) logické obvody programovatelné. ogická fnkce je dána vloženým programem do obvod s pevným zapojením. Toto řešení je flexibilnější k výměně požadované fnkce. Je realizováno 1) počítačem PC, ale má pomalo fnkci 2) mikropočitačem 3) DSP - Digital Signal Procesor jso rychlé ale fnkčně omezené jednoúčelové mikropočítače 4) radlová pole mají velmi rychlo fnkci, což integrované obvody obsahjící logické a analogové obvody, jejichž propojení vstpů a výstpy je programovatelné. Propojení provede vnitřní mikropočítač podle zavedeného program. Po počáteční fázi tzv. inicializace ž obvod pracje s pevno strktro, tedy velmi rychle. Integrované obvody - hradlová pole mají velmivysoko hstot integrace, při svých malých rozměrem moho plnit velmi složité fnkce, např. imitovat mikroprocesor PC. Číslicové logické obvody se dnes téměř výhradně sestávají ze dvostavových prvků. Dvostavové logické proměnné v těchto obvodech zajímají jeden ze dvo předem definovaných stavů, logických hodnot. Stavy standardně označjeme, ), (dříve se žívalo 0, 1).
šm. im. šmová imnita VÝSTUP VSTUP ogické proměnné na vstpech a výstpech bloků se v elektronice většino zobrazjící velikostí napětí. Každá z logických hodnot, se přiřazje rčitém napěťovém stav. Je stáleným zvykem požívat positivní logik, která nižším napětí přiřazje stav (low) a vyšším napětí stav (high). Napětí jso kladná. Příklad: Na obr. 6.1 je přířazení hodnot podle normy TT 5V, původně výchozí normy pro ostatní : 5V 5V 2,4V O ZAKÁZANÉ PÁSMO VÝSTUPU 0V O O I I I 2V ZAKÁZANÉ PÁSMO VSTUPU 0,8V 0V ogický zisk n je maximální počet vstpů obvodů stejného typ, které lze na výstp daného obvod připojit, aniž by vlivem zatížení výstpní napětí vyšlo z mezí tolerančních pásem. Obvykle se n pohybje v rozsah 5 až 30 základních TT obvodů, obvodů CMOS až 200. Pro připojování vstpů a výstp na vnější zařízení je třeba respektovat dávané hodnoty vstpních i výstpních prodů. Nejžívanější stavebnice integrovaných logických obvodů: TT - nejstarší, žívá bipolární tranzistory pro hradla i pro negátory. Napájecí napětí +5 V. Nahrazje je nová technologický modifikace obvody STT,. I 2 T strktra bipolárních tranzistorů je vyrobena technologií implantace iontů. Čím menší a přesnější rozměry P a N vrstev, tím lepší elektrické parametry a rychlejší fnkce. NMOS - vyžívá obvody s nipolárními tranzistory s kanálem vodivosti N, které jso rychlejší než s kanálem P ale pomalejší než bipolární tranzistory v TT. Základní stpeň je vytvořen nipolárním tranzistorem s N kanálem ve zapojení se společným emitorem, odporem v kolektor. Velikost odpor v
kolektor ovlivňje spotřeb a rychlost. Jeho velká hodnota vede k nízké spotřebě, ale pomalé nabíjení vstpní kapacity dalšího hradla snižje rychlost. Díky velké hstotě integrace jso N-MOS stále nejrozšířenější při realizaci mikroprocesorů. CMOS, atd. požívají kanály obo N i P vodivosti a hlobkového tvarování jejich profilů. Kolektorový rezistor je nahrazen také tranzistorem takže sepntí výstp do stav se děje přes malý odpor. Tím CMOS obvody s vyšší operační rychlostí mají velmi malo spotřeb energie. Stavebnice neso označení CT. GA, PA jso programovatelná hradlová pole složená z několika desítek tisíc hradel, která jso propojena do složitých celků zadáním program. Dosahjí vysoko rychlost při možnosti přizpůsobení strktry zapojení řešené úloze. Konstrování složitých jednoúčelových logických obvodů dnes již nemá význam, řešení se dosáhne požitím mikropočítače a jeho naprogramováním. Elementární integrované logické obvody a obvody z jednotlivých tranzistorů, mají ale stále význam jako doplňky mikropočítačů. Základní obvody žívané v elektronických stavebnicí jso obvody s logicko fnkcí NAND (negace konjnkce, negace disjnkce ) nebo obvody NOR (negace disjnkce, negace logického sočt) a b x a b x y a b hradlo NOR y hradlo NAND
ZÁKADNÍ STAVEBNICE OGICKÝC INTEGROVANÝC OBVODŮ INTEGROVANÉ UNIPOÁRNÍ OGICKÉ OBVODY radla a invertory nipolárních logických obvodů jso tvořeny nipolárními tranzistory. Na nipolární logické obvody se přenášejí výhodné vlastnosti nipolárních tranzistorů, vedené v kap. 12: - nízký potřebný vstpní výkon - velká šmová imnita rostocí s napájecím napětím - velký rozsah napájecích napětí 3 až 15 V - jednodché napájení - velký logický zisk 200-2000 - možnost vysokého stpně integrace daného mělko MOS strktro Unipolární integrované obvody jso vyráběny v mnoha versích. N MOS, elementární hradlo tvoří nipolarní tranzistor s N kanálem s rezistorem kolektor. Klasických mikroprocesory jso tvořeny NMOS obvody ve většině svých obvodů. Relativní pomalejší fnkce, která může nastat NMOS obvodů nastaveným na malo spotřeb velkým kolektorovým odporem. Vzniká zde dynamické zpoždění nabíjením vstpních kapacit následjícího stpně pře velký kolektorový odpor. Obvody s kolektorovým rezistory velkých hodmot az M jso pomalé ale mají velmi nízko spotřeb, např. procesory do hodinek, kapesních kalklaček. Snížením hodnot kolektorových rezistorů se zvýší rychlost nabíjení kapacit, vzroste však prod odebíraný ve stav z napájecího zdroje. Při zvyšování rychlosti fnkce roste spotřeba prod pro nabíjení kapacit, tím roste ztrátový výkon integrovaného obvod. Je třeba zvýšit jeho chlazení a tam kde to nestačí si lze pomoci snížením napájecího napětí. Napájecí napětí však lze snižovat jen do té hodnoty, kdy začne být poršena návaznost hodnot napětí pro stavy a na vstp a výstp. N MOS, elementární hradlo tvoří nipolarní tranzistor s P kanálem s rezistorem kolektor. Požívají se zřídka v osamoceném provedení, P MOS je díky děrovém typ vodivosti pomalejší. C MOS elementární hradla tvoří nipolarní tranzistor s N kanálem a místo kolektorového odpor je další nipolární tranzistor P MOS Příkladem jso integrované obvody řady označované a s označením 4000C a CT. Základním obvodem vnitřní strktry většiny C MOS obvodů je invertor, vytvořený dvěma nipolárními tranzistory s doplňkovo vodivostí kanálů, znázorněný na obr. 6.22. Vstpy jso navíc chráněny nezakreslenými Zenerovými diodami. Vstpy nipolárních MOS obvodů jso chráněny před průrazem Zenerovými diodami, které jso vytvořeny přímo na čip. Avšak i přes toto opatření je třeba při práci s MOS prvky dbát na to, aby nebyl náhodně přiveden na vývody elektrostatický náboj. Nejnebezpečnější je přeskok náboje rychlým výbojem, který Zenerova dioda nestačí svést. Unipolární obvody včetně mikroprocesorových MOS obvodů je třeba transportovat v antistatických pozdrech. Při vyjímání a pájení do plošného spoje se msí postpovat opatrně. Zejména páječka nesmí probíjet a je dobré těleso páječky spojit vodivě drátem s plošným spojem. Trafopájka je nebezpečná výbojem, který nastává při přehoření pájecí smyčky. Přepěťová ochrana vstpů se nestále zlepšje, takže moderních obvodů nebezpečí průraz při běžném zacházení již nehrozí.
Převodní charakteristika C MOS S velikostí napájecího napětí U DD se převodní charakteristika posová. Největší výhodo C MOS obvodů je nízká spotřeba jak celková tak i vstpní, dobrá šmová imnita.