Bài giảng Điện tử số - Chương 3: Cổng logic TTL và CMOS

Bài giảng Điện tử số - Chương 3: Cổng logic TTL và CMOS trình bày các nội dung chính sau: Các họ cổng logic, mạch cổng NAND TTL, cổng truyền dẫn, giao tiếp giữa các cổng logic cơ bản.

Nội dung Chương 1: Hệ đếm Chương 2: Đại số Boole phương pháp biểu diễn hàm  Chương 3: Cổng logic TTL CMOS Chương 4: Mạch logic tổ hợp Chương 5: Mạch logic Chương 6: Mạch phát xung tạo dạng xung Chương 7: Bộ nhớ bán dẫn Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 62 https://fb.com/tailieudientucntt Cổng logic TTL CMOS Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 63 https://fb.com/tailieudientucntt Các họ cổng logic  Họ DDL  Họ DTL  Họ RTL  Họ TTL  Họ MOS FET  Họ ECL Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 64 https://fb.com/tailieudientucntt Họ DDL  DDL (Diode Diode Logic) họ cổng logic diode bán dẫn tạo thành Cổng AND, OR lối vào họ DDL: Bảng trạng thái thể nguyên lý hoạt động cổng AND, OR họ DDL +5V D1 A B AND R1 f A B D2 f a) Cổng AND D1 f A B D2 R1 A B f A(V) B(V) OR f(V) A(V) B(V) 0 0,7 0 0 0,7 4,3 0,7 4,3 3 4,7 5 4,3 b) Cổng OR Theo mức điện áp vào/ra Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com f(V) 65 https://fb.com/tailieudientucntt Họ DDL (2)  Ưu điểm họ DDL:  Mạch điện đơn giản, dễ tạo cổng AND, OR nhiều lối vào Ưu điểm cho phép xây dựng ma trận diode với nhiều ứng dụng khác nhau;  Tần số cơng tác đạt cao cách chọn diode chuyển mạch nhanh;  Công suất tiêu thụ nhỏ  Nhược điểm họ DDL:  Độ phòng vệ nhiễu thấp (VRL lớn) ;  Hệ số ghép tải nhỏ Để cải thiện độ phịng vệ nhiễu ta ghép nối tiếp mạch diode Tuy nhiên, VRH bị sụt 0,6V Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 66 https://fb.com/tailieudientucntt Họ DTL  Để thực chức đảo, ta đấu nối tiếp với cổng DDL transistor cơng tác chế độ khố Mạch cổng gọi họ DTL (Diode Transistor Logic)  Ví dụ cổng NOT, NAND thuộc họ DTL +5V +5V +5V 2k 2k 4k 4k f f D1 D2 D3 D1 +5V Q1 A 5k D2 D3 Q1 A D4 5k B a) b)  Bằng cách tương tự, ta thiết lập cổng NOR cổng liên hợp phức tạp Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 67 https://fb.com/tailieudientucntt Họ DTL (2)  Ưu điểm họ DTL:  Trong hai trường hợp trên, nhờ diode D2, D3 độ chống nhiễu lối vào Q1 cải thiện  Mức logic thấp lối f giảm xuống khoảng 0,2 V ( bão hoà UCE Q1)  Do IRHmax IRLmax bán dẫn lớn nhiều so với diode nên hệ số ghép tải cổng tăng lên  Nhược điểm họ DTL:  Vì tải cổng điện trở nên hệ số ghép tải (đặc biệt NH) bị hạn chế,  Trễ truyền lan họ cổng lớn Những tồn khắc phục phần họ cổng sau Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 68 https://fb.com/tailieudientucntt Họ RTL  Họ RTL (Resistor Transistor Logic) cổng logic cấu tạo điện trở transistor Cổng NOT họ RTL Cổng NOR lối vào họ RTL Bảng trạng thái Bảng trạng thái A(V) f(V) A(V) B(V) f(V) 5,7 0 5,7 0 5 0 5 Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 69 https://fb.com/tailieudientucntt Họ TTL  Thay điốt đầu vào họ DTL thành transistor đa lớp tiếp giáp BE ta họ TTL (Transistor Transistor Logic)  Một số mạch TTL  Mạch cổng NAND  Mạch cổng OR  Mạch cổng collector để hở  Mạch cổng TTL trạng thái  Họ TTL có diode Schottky ( TTL + S ) Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 70 https://fb.com/tailieudientucntt Mạch cổng NAND TTL Sơ đồ nguyên lý mạch NAND TTL chia thành phần  Mạch đầu vào: gồm Transistor Q1, trở R1 diode D1, D2 Mạch thực chức NAND +Vcc R1 4k  Mạch đầu ra: gồm Q3, Q4, R3 diode D3 R3 300 Q3 A  Mạch giữa: gồm Transistor Q2, trở R2, R4 R2 1,6k Q1 Q2 D3 A f B f B Q4 D1 D2 R4 1k  Khi lối vào mức thấp Q1 trở thành thơng bão hồ, Q2 Q4 đóng, cịn Q3 thơng nên đầu mạch mức cao Lối xuống mức thấp tất lối vào mức logic cao làm transistor Q1 cấm Diode D3 sử dụng mạch dịch mức điện áp, có tác dụng làm cho Q3 cấm hồn tồn Q2 Q4 thơng Diode nhiều cịn mắc vào mạch collector Q2 base Q3 Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 71 https://fb.com/tailieudientucntt Mạch cổng OR TTL Sơ đồ nguyên lý mạch NAND TTL chia thành phần  Mạch đầu vào: gồm Transistor Q1, Q2, Q3, trở R1, R2 diode D1, D2 Mạch thực chức OR  Mạch giữa: gồm Transistor Q4, Q5, trở R3, R4, diode D3 +Vcc R2 4k R1 4k R3 1,6k D3 R5 1,6k R7 130 Q7 A Q6 B  Mạch đầu ra: gồm Q6, Q7, Q8, trở R5, R6, R7 diode D4 Q4 Q1 Q2 D1 D4 f Q3 D2 Q8 Q5 R4 k R6 k Sơ đồ mạch điện cổng OR TTL lối vào  Nguyên lý hoạt động mạch vào giống với cổng NAND Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 72 https://fb.com/tailieudientucntt Mạch cổng collector để hở  Nhược điểm họ cổng TTL có mạch khép kín hệ số tải đầu thay đổi, nên nhiều gây khó khăn việc kết nối với đầu vào mạch điện tử tầng sau Cổng logic collector để hở khắc phục nhược điểm +5V R1 4k A Q1 R2 1,6k  Q2 Q3 D1 A f f R3 1,6k  Hình sơ đồ 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 cổng logic collector hở tần số hoạt động mạch giảm xuống phải sử dụng điện trở gánh Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 73 https://fb.com/tailieudientucntt Mạch cổng TTL trạng thái +5V R1 4k R2 4k D1 R3 1,6k +Vcc R5 130 R5 Q4 A Q3 Q1 Q4 D2 B Lối Z cao f E Q5 Q2 R4 1k Q5 Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 74 https://fb.com/tailieudientucntt Họ MOS FET  Bán dẫn trường (MOS FET) dùng phổ biến để xây dựng mạch điện loại cổng logic Đặc điểm chung bật họ là:  Mạch điện bao gồm MOS FET mà khơng có điện trở  Dải điện cơng tác rộng, từ +3 đến +15 V  Độ trễ thời gian lớn, công suất tiêu thụ bé  Tuỳ theo loại MOS FET sử dụng, họ chia tiểu họ:  PMOS  NMOS  CMOS  Cổng truyền dẫn Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 75 https://fb.com/tailieudientucntt PMOS  Mạch điện họ cổng dùng MOSFET có kênh dẫn loại P Cơng nghệ PMOS cho phép sản xuất mạch tích hợp với mật độ cao  Hình sơ đồ cổng NOT cổng NOR loại PMOS Ở MOSFET Q2, Q5 đóng chức điện trở VDD VDD S A G G Q1 f=A D S G S A Q3 D S B Q4 G Q2 f= A+B D S D G VSS Q5 D VSS a) Cổng NOT b) Cổng NOR Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 76 https://fb.com/tailieudientucntt NMOS  Mạch điện họ cổng dùng MOSFET có kênh dẫn loại N  Hình sơ đồ cổng NAND cổng NOR loại NMOS Ở MOSFET Q1 đóng vai trị điện trở VDD VDD Q1 Q1 f f Q2 Q2 A A Q3 B Q3 B VSS VSS b) Cổng NOR a) Cổng NAND Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 77 https://fb.com/tailieudientucntt CMOS  CMOS – Complementary MOS Mạch điện họ cổng logic sử dụng hai loại MOS FET kênh dẫn P kênh dẫn N Bởi có tượng bù dịng điện mạch Chính mà công suất tiêu thụ họ cổng, đặc biệt trạng thái tĩnh bé VDD VDD S G G Q1 D D A G Q1 Q2 D D f D f Q3 G A Q2 G S S S S Q4 B a) Cổng NOT b) Cổng NAND Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 78 https://fb.com/tailieudientucntt Cổng truyền dẫn  Dựa công nghệ CMOS, người ta sản xuất loại cổng cho qua tín hiệu số lẫn tín hiệu tương tự Bởi cổng gọi cổng truyền dẫn G Q1 D S Vào/Ra Vào/Ra Ra/Vào Ra/Vào +5V S D Q2 Điều khiển G a) Mạch điện b) Ký hiệu Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 79 https://fb.com/tailieudientucntt Họ ECL  ECL (Emitter Coupled Logic) họ cổng logic có cực E số bán dẫn nối chung với Họ mạch sử dụng công nghệ TTL, cấu trúc mạch có điểm khác hẳn với họ TTL +Vcc D Lối vào R5 C R8 R6 Q8 B Q7 A Q4 Q1 R1 Q2 R2 Q3 R3 Q5 RE Lối OR - 0,9 V Lối NOR Q6 D1 -1,29 V R4 Ra D2 R7 - 1,75 V R9 -Vcc = - 5V a) Mạch điện nguyên lý - 1,4 V - 1,2 V Vào b) Đồ thị mức vào/ra Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 80 https://fb.com/tailieudientucntt Giao tiếp cổng logic  Giao tiếp TTL CMOS  Giao tiếp CMOS TTL Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 81 https://fb.com/tailieudientucntt Câu hỏi Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 82 https://fb.com/tailieudientucntt .. .Cổng logic TTL CMOS Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 63 https://fb.com/tailieudientucntt Các họ cổng logic  Họ DDL  Họ DTL  Họ RTL  Họ TTL  Họ MOS FET  Họ ECL Bài giảng Điện. .. a) Mạch điện nguyên lý - 1,4 V - 1,2 V Vào b) Đồ thị mức vào/ra Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 80 https://fb.com/tailieudientucntt Giao tiếp cổng logic  Giao tiếp TTL CMOS  Giao... Mạch cổng TTL trạng thái  Họ TTL có diode Schottky ( TTL + S ) Bài giảng Điện tử số V1.0 CuuDuongThanCong.com 70 https://fb.com/tailieudientucntt Mạch cổng NAND TTL Sơ đồ nguyên lý mạch NAND TTL