Cơ sở kĩ thuật điện tử số

BỘ M Ô N Đ IỆ N T Ử - Đ Ạ I H Ọ C T H A N H H O A B Ắ C K IN H VỌ ĐỨC T H Ọ d ịc h Đ ỏ XUÂN T H Ụ g iớ i th iệ u h iệ u đính Cơ sở K ĩ THUẬT ĐIỆN TỬ SỐ G IÁ O T R ÌN H T IN H G IẢ N (T i b n n t h ứ sá u ) NHÀ XUẤT BẢN G IÁ O DỤC Bàn ih u ộ c H E V O B C O - N h x u â ì b n G iá o dục 04 0 /C X B /1 - 9 /G D Mã số : B 306v8 D A IỈ LỜI GIỚI THIỆU C ùng vói 3ự tié n k h o a học cồng nghệ, th iế t ờị đ iệ n tủ d a n g tiếp ịụ c n g d ụ n g n g y cầng rộng rổi uà m a n g lạ i h iệ u q u cao tro n g h u h é t lin h uực k in h tổ k í th u ậ t c ủ n g n h d i sống xđ hội Việc g ia cồng x ủ l i tín h iệ u tr o n g th iế t bị đ iệ n t ủ h iệ n d i đ ề u d ự a trén 8Ở n g u y ên lí 8Ổ th iế t b ị m việc d ự a trén co sô n g u y ê n lỉ 8Ĩ có n h ữ n g ưu đ iế m h ẵ n th iế t bị d iệ n tủ m việc tr in $ỏ n g u y ê n li tư n g tự, đ ặ c biệt tro n g k i th u ậ t tín h tốn B ó i vậ y s ụ hiéu biết sầ u sác uè d iệ n tủ sỗ k h ô n g th é th ié u đ ổ i với k i $ư d iệ n tủ N h u càu h iể u b iết v ì k ỉ th u ậ t só k h n g p h i c h ỉ riê n g đ ó i với k i au d iệ n từ m cịn đ ó i vổi n h iiu cán k i th u ậ t n g n h k h c có 8Ù d ụ n g th ié t b ị d iệ n tủ Dá d p n g n h u càu lò n lao này, a n h Vũ Đức T h ọ cán g iả n g d y K hoa D iện tủ - Vián th ò n g Trường D ại học B ách K hoa H ầ N ộ i đ chọn d ịc h "Cơ 3Ỏ k i th u ậ t đ iệ n tủ aố ^ G iáo tr ìn h tin h g iả n ' B ộ m ô n D iện từ Trường đ i học T h a n h H oa B c K in h *Cơ sỏ k ỉ th u ậ t đ iệ n từ số ** G iáo tr ìn h tin h giả n ^ lừ m ộ t tộp g iá o tr ìn h n thảo d é d y cho s in h vién tro n g Trường D ại hộc với thời g ia n 120 tiế t (k h ô n g k é thời g ia n th ự c ng h iệm ) G iảo tr ììik n y g ió i th iệ u m ộ t cách hệ thóĩig p h n tủ b n càn d n g m ạch d iệ n tử só, k é t hợp oói m ộ t $6 m ch đ iể n h ìn h , g iả i th íc h k h i n iệ m v ĩ cống d iệ n tù aổ, p h n g p h p p h ă n tíc h c ủ n g n h p h u o n g p h p ih ié t k ể logic co Tóàn g iá o tr ìn h bao g m n h n g k iế n th ứ c co bàn v i cáu k iệ n bán dán, m c h cổng logic, 8Ỏ đ i 8Ổ logic, m c h logic tổ hợp, m c h ir ig ợ , cá c rn ụ ch d ã y , 9ự s n ln h căc t i n h iệ u x u n g c ũ n g n h sụ 6ùa đ n g xurtg, k h i n iệ m bdn vè ch u yến d ổ i 8Ó ^ tương tụ uù tư n g tụ - 8Ổ T t cd g ò m chưong S a u m ỏ i ch n g d ì u có p h ầ n tóm tá t n ộ i d u n g đ í dộc g iá d ẻ d n g g h i nhó, cău gợi ý uă tập đ ề độc g ià k ié m tr a m ứ c d ộ n ả m k iin thứ c aau k h i hộc m ỏ i chương Cách cáu trú c g iá o (rỉn h r t logic d i từ đ n g ià n d ề n p h c tạp, từ d ẻ đ ế n khóy p h n trưóc tạo t i ìn đ è k iế n th ứ c cho p h n sa u Cách tr ìn h bày ván d ĩ rỗ r n g k h ú c triế t N ộ i d u n g từ n g ch n g r t c h t lọc, bổ qua đuợc n h ữ n g d n d t to n học d i dồng, n h n g uán đ ả m bdo tín h co bàn, cót lỗi cùa ván d i, k h i n iệ m m i dư ợc n h n m n h đ ú n g m ức Trén $à cóc kiến thừ c k in h đ iê n g iả o tr ìn h d ă có g n g tiếp cộn v n d ề h iệ n d i, d ò n g thời liền hệ vỏi th ụ c té k i th u ậ t, ví d ụ tro n g giảo tr ìn h h i u n h đ ả bò q u a m ạch d iệ n xây d ự n g ịT^n 8Ớ cáu kiện ròi rạc m chù yếu n ó i vè m c h d iệ n x y d ự n g trén s m c h tố hợp vi đ iệ n tủ (IC) Trong k h i chủ y íu g ió i th iệ u h ệ th ố n g x â y d ự n g trén $ỏ càc / c cò n h cở tr u n g b ìn h đ ă th íc h đ n g đ ỉ cộp d ề n hệ th ổ n g x y d ụ n g trèn co sà IC cd lố n v siêu lón C húng tồi nghỉ, dọc g iá o tr ỉn h nừy, độc g iả m a u ch ố n g n m n h ữ n g v ổ n dề cót lồi k i th u ậ t đ iệ n tủ sổ, tồ n g cường n n g lụ c g ỉd ì q u y ết v n d i k ỉ th u ậ t thự c té củng n h bồi d ỡ n g n ù n g lực tự họe Bài sách g iá o tr ìn h n y trưóc h ét th íc h hợp cho độc g iả m u ố n tự học Các học sín h cao d n g k i Ềhuật n g n h Đ iện tủ - Vién thõng, m tà i ỉiệu bố trợ ỉ cho s in h vién trư ng d i học, nói c h u n g cho tá t n h ữ n g q u a n tá m dén k ỉ th u ậ t d iệ n từ sổ C ủng càn nói th é m ràng th u ậ t n g tiế n g Việt c h ú n g d ũ n g tro n g b ả n d ịc h n y ' C ồn vào th u ộ t n g ữ dược d ù n g tro n g q u tr ìn h g iả n g d y tạ i T rư ờng Đ ại học B óch khoa H N ộ i, rá t có th ể có n h ă n g th u ậ t n g ữ chư a thỏa dáng^ m o n g độc g iả g n xa góp ý kién Các ý k ié n x in g i uẽ K hoa Đ iện tủ - Vién th ô n g , T r n g ' D ại học B ách k h o a H N ộ i hoậc N h x u t bán Giáo due X in trá n trọng cá m ơn D ỗ XUÂN T H Ụ Chử nhiệm KHOA ĐIỆN TỬ - VIẺN THÒNG TRƯ ỜN G ĐẠI HỌC B Ả a ỉ KIIOA l ù NỘI Chương I NHỨNG K ấN THÚC co BÁN VỀ CẤU KIỆN BÁN DẤN 1.1 C Ấ C K IẾ N T H Ứ C C O BẤN V Ế VẬT L IỆ U BÁN DẪN Ỉ L l V ậ t liệu d ấ n đ iệ n , c c h đ iệ n b n d ấ n Trong đòi sỐDg h n g ngày c ủ n g n h tro n g th ự c tiền sẩD xuãt» người đ é u biết r n g , b c đ ổ n g n h ố m s t ỉà v ặ t liệ u d ẫ n đ i ệ n tó t ; CÒQ nhự a, s ứ , d a , t h ủ y t i n h vật liệu cách điện tỗ t (dỉi cho có cao áp đ ặ t vào v ỉ n k h ổn g cổ dòng điệD chạy q u a c h ủ n g ) Đặc tín h d ả n diện c ủ a v ậ t ỉiệu b n dẳD nàm gỉửa d ẫ n diện cácb điện v \ v ậ t liệu có tín h d ẩ n điện khác n h a u n h ? nguyẽn n h â n c â n bàn cách lién kết giùd cảc lìguyẽn tử với n h a u k ế t cáu b n th â n QguyêD tử tro n g v ậ t Uệu C h ú n g t a đéu biết ràng, ũg\jyên tử tạ o th n h từ b t nhÂQ m an g điện d u n g điện tử m a n g điện âm , điện tử chỉa th ũ h nhiểii t â n g vây q u a n h h t n h â n v ả k h ổ D g n g n g ch u y ể n đ ộ n g V đ ỉ l i é u d ổ n d i^ n tử : S o A ổn h t n n g / ỉ í v ổ i v Ậ t d ỉ n lã p n g o i c ủ a n g u y ê n t b ị h t n h â n k h c » t r o n g k i m \o if c c đ l ộ n h ú t y ế u ; cố r ỉ t n h iồ u đ iệ n tử k h O n g bị rà n g buộc với h t n h ã n trò th n h điện tử tự N h n g điện tử tự n y trò th n h c ác h â t d n m a n g điện Dưới tá c d ụ n g điện trư n g ngoài, chúDg di chuyổn cố h n g v h in h t h n h d ò n g đ i ệ n D o đ ổ k im lo i dẳD đ i ệ n t ổ t n h ỉ t Vật liệu cách d iệ n : T rong v ậ t liệu cách điện, lực rà n g buộc với h t nh&n cac điện a iẹ n tư t ủ TAI r t lơn lớn ; c nh uú n g Kno khó co c r ' ' ‘ l f • I I Hình í - ì - So đổ bìẻu lhi mốị Ii6n kếi dAnị hịa (li ciia tỉnh Ihẻ Si tíìmh / - / - So đổ CÁI Inic (inh thể bỂn d ỉn lậich ỏ n h iệt độ n h ấ t địnhi ch u y ến đ ộ n g nhiệt, m ộ t s6 điện tử gổp c h u n g thoỉát khỏi rà n g buộc với b t n h â n trd th n h diện tử t ự do, h t dẫn điộĐ từ Điéu đ n g c h ú ý ò đầy , s a u m ộ t điện tử gđp c h u n g tr o n g đoi đfi trở th m h diện tử tự thi đ ế lại m ộ t lỗ trổ ng , n h hỉnh 1.1.3 b iể u thị D â có m ột Id t r í m g n h thế» th i điện t gổp c h u n g tro n g đổi ké cận r ẵ t dễ d n g rơi vào 16 tr ỗ n g đ ổ , ta o th n h 8ự di c h u y ể n c ủ a diộn tử gổp chung Sự di ch u y ến này, d ù x é t 'vé hiộu q u ả b a y x é t tr ê n hiộn tượng, đéu giổng di c h u y ế n c ủ a h t m a n g điện tíich d n g Đế p h â n biệt với di c h u y ế n c ủ a điện tử tự do, t a gọí 9ự dỉ chuyến lỗ trỗng H t m a n g điện tích dư n g ây lỏ trống V ậy 16 t r ổ n g c ủ n g l o i hột m a n g điện Khi đ ặ t đ iệ n p lên v ậ t liệ u d ỉ n , th i cổ hai t h n h p h n tro n g dòng diện chạy q u a nố : th n h p h n dòng điộn điện tử t ự di c h u y ể n cd hướng th ả n h p h n d ò n g Iđ tr ổ n g điện tử gdp ch u n g dịch lăp lổ trổ n g Sự khác n h a u c ủ a h a i th n h p h â n điện tử m a n g điện ân), lổ trổ n g m a n g điện dương Vậy tr o n g v ậ t lỉộu bán d án , khống n h ữ n g cổ h t dẩn diện tử , m cổ hột d ả n 16 trỗn g Đổ d ặc đ iểm q u a n trọ n g 8ự d ả n điộn b n dẫn V d t c h ă t vận đỘDg k hỗD g Dgùng, c h u y ể n động nh iệt làm cho tro n g v ậ t liệu bán d n khOng n g ù n g s ả n s ìn h r a điện tử t ự đỗng thòi x u t hiỘD lỗ trố n g cổ sỗ lư ợ n g tư n g ứng Vỉ điện tử lỗ trố n g dược sinh r a th n h cặp, nén t a gọi ch ú n g c ặ p điện tử - 16 trổ D g M ặt khác, tr o n g q u trỈDh vận động, điện tử lổ trố n g g ặ p nh au , t r u n g hịa điện tích Q u tr ỉ n h ngược lậi gọi tá i hợp Sự p h t xạ v tá i h ợp cập điện tử - 16 tr ố n g th n g cán b n g tro n g áiêxx kiện n h iệt độ n h ấ t định Khi ẫy^ tu y q u trin h p h t xạ v tá i hợp k h ốn g n g ng dlẻn ra, n h n g s6 c ậ p điện t - lổ trố n g vản giữ nguyÔD m ộ t giá t r ị đđ 1 H ỉệ n tư ợ n g d ẩ n đ iệ n tr o n g b n d n p h a tạ p S ự ph&n tỉc h tr ê n b n d ẳ D đơn tin h th ể T rong toại v ậ t liệu đổ» tu y rằ n g có th ẻ m h t m a n g lỏ trổ n g , n h n g 8Ó lượng to n t h ế b t m a n g ván r ă t it, khả n n g d ầ n diện vản kém, cho n ê n ứ n g d ụ n g ỉt, nhờ phương p h p khuếch t n tạ p c h ã t cổ ich vào d n 6ộch đơn tÌDh th ể n6n điỂu chỉnh chinh xác đ ặc tin h đ iệ n v ậ t liệu bán dẩn Vi dụ, k h u ếch t n m ột lượng nhỏ B vào đơn tin h th ổ Si th i sổ lượng h t m a o g lỗ t r ổ n g tr o n g v ậ t liệu bán d n tầ n g m n h , làm cho k h n â n g d ẫ n diện t&ng m ạnh, n hờ v ậ t ỉíệu b n d i n cổ ứ n g d ụ n g vổ c ù n g q u a n trọng C h t bán d n p H in h 1.1.4 (a) tr ì n h bày 8Ơ đỗ cáu tr ú c UêĐ kết h d a trị ngun tử Sí B tạ o sau khuếch tá n B vào đơn tỈDh th ể Sỉ ffị„Ịị Ị - Ị - Khuổch tán lạp chất vào dâCZ3>đ(: ^ '7' (b ) (Mũỉ lé n vào đ iệ n lủ ) VI 6Ỗ lượng nguyên tử B r t nhỏ vối Si D ên c ấ u tr ú c tin h t h ể b n d ă n cân b ả n khổng đổi Ta biết r&ng, B n g u y ê ũ tỗ bổa tr ị 3, cđ b a đ iệ n t lớp D g o àỉ N ên k h i n d c ù n g v i n g u y ê n t Si t o t h n h 1ì d k ế t đ ổ n g h d a t r ị t b i b i n h t h n h lổ trổng K huếch t n t p c h ấ t B rỗi thl ưì6i nguyên tử B đéu c u n g câp m ộ t lỗ trổng.» ỉà m cho 8Ỗ lượng h t m a n g lổ trổ n g tr o n g đơn tin h t h ể Si tố n g lên r ã t n hiéu Vậít Uệu b n d ẫ n loại h u n h kh ổn g cổ điện từ tự do, d ẩ n điên c h ủ yếu d ự a vào lổ trổng» nẽn dược gọi v ậ t liệu b ả n d ẩ n ló trổ ng , gọi t t c h ã t bán d ẩ n p TroDg c h t bén d ẩ ũ p, n ó n g độ 16 tr ỗ n g lãn nhiéu nổng độ điện tử, n ẽ n lổ tr ố n g gọi h t m a n g da sổ, điện từ h t m a n g th iể u sổ C hát bán d n N N ếu khuếch tá n n g uy ên tổ h d a tr ị n h p, Zn vào đ n tin h t h ể Sỉ th i xày tin h hln h khác h ẩn S a u nguyôn tử Si p tạ o t h n h liâ n k ế t đống hốa trị, ctí tr o n g diện tử lớp p th a m gia liên kẾi^ c n lại m ộ t điện tử rà n g buộc y ế u vãi h t D h â n dé d n g trở th n h điện tử tự V ậ y t r o D g loại bán d ả n này, sổ lượng h t m a n g diện tử r t nhiỂu, c h ú n g h t m a n g đ a 8Ổ ; sổ lượng h t m a n g lỗ trỗ n g r t ít, c h ủ n g h ộ t m a n g th iế u sổ C h â t b n dẩD n y d ả n đ iộ n đ ợ c c h ủ y ế u d ự a v o d i ệ n t , n ô n g ọ i v ậ t l i ệ u b n d ả n đ iệ n tử , gọi t t c h â t bán d ẳ n N Xem h ỉn h 1.1.4b 1.2 Đ IỐ T BÁN DẪN 1.2.1 Đ ặc í ín h c ủ a c h u y ế n tiế p PN ^ ỉin ĩử ì) Chuyển d6n% cứa hạt dần ỉrữìtg ♦ - ” c h u yín tiip PN Khi c h ấ t b n đ ả n p g h ể p với c h t bán dán N th n h m ộ t khỗi th ỉ t ă t yếu xày r a 5ự k h u ếch tả n h t d ả n n ổ n g độ k h ũ n g đểu c ủ a c h ủ n g : lỗ tr ổ n g tr o n g khu vực p khuếch t n s a n g k h u vực N, điện tử tro n g k h u vực N khuếch tá n khu vực p Xem hlnh 1.2.L a bN hò q u trin h khuếch t n m lổ tr ổ n g khu vực p giảm n h ỏ tạo th ầ n h v ù n g íon &mt cịn điện tử k h u vực N gíảiD nhị tạ o th n h v ù n g ion dương e ° © „ ° G í,© ° g S " ì © © p ©° b) Bán dản N a) Bán dản p khu p “0 I ÝÙn nẽn đ iệ n tíc h không gian bé rộn g v ù n g Dghèo k iệ t đéu gỉàm nhỏ ; đi^n tử tro n g k h u vực N 16 tr ó n g tro n g k h u vực p đéu dẻ đ n g vượt q u a chuyển tiếp P N , hình th n h dò n g đ iệ n khuếch tá n lớn Vé d ò n g đ ié n trồi d t số r ã t i t h t d ả n th iế u sổ t o ra, th i n h h d n g n ó đổi với dò n g d iệ n tổ n g k h ổ n g đ n g k ể Vậy c h u y ể n yH/ĩỌ o ỹ io Kỉị( K H 1© ©1 /> e @1 N |0 — e £ ngodt - ỉ t í ^ p P N c.ồ đ iẠ n A ọ t h u ậ n đ ệ t v o h i ố n t h n h t r n g th ả i d ả n d iệ n , đ iệ n t r c ủ a nố dớ r t bé H)nh í -2 -2 Diộn irxỉịrtị ngồi hưỏng thudn 3) Chuyển tiẽp FN có điên áp n^hich ứẫi vào H ình 1.2.3 b iể u th ị điện trư n g hướng nghịch đ ặ t vào c h u y ể n tiếp P N : Cực dương c ủ a ngudn nỗi vào N, Cực â m ngaổn nỗi v-ào p Khi đó, đ iệ n trư n g Qgoài c Ù D g hưởng yùfffỉfỹhio kmỉ :© © \ i đ i ệ n t r ò n g tr o n g » m c h o đ i ệ n t í c h k h ổ n g đ â đ ' l â â đ © ® | w | © © ® © ©! — £ E rtgeỗ- ^ ^ -V gian bỂ rộn g v ù n g nghèo kiệt dểu tâ n g lèn, g&y khổ k h n cho khuếch tá n , dò n g dỉ@n khuếch t n giảm nhò nhiổu Dòng diên trối d t cản b ả n khõng đổi, p h n chủ y ế ^ dòng điện tổ n g q u a ch u y ển tiếp P N Dòng điện (khi cổ đ iệ n áp nghịch đ ặ t vào) gọi )à d ò n g diên nghịch Khi nh iệt dộ khỏng đổi th i nóng độ h t d ẳ D th iể u sổ Hình Oiộn iniàng ngcỉài hưáng nghi ch 2) V| > V ji , Tj b t đ ẩ u th ô n g bâo hòa Cổ d ò n g đ iện bé di q u a T j v ò T Tuy T ván khơng bâo hịa, n h n g ^ 3) V ị » V* (xem h ỉn h 7b), Tj v giảm đéu bâo hòa» d ò n g đ iện khổ lớn c h ả y qua T | T * T ương ứ n g với biẽn đổi nhỏ củ a V| biến dổi lớ n củ a Vộ ; đoạn n y dổc n h â t, gọi đoạn q u độ 4) V| tiế p tụ c tả n g , T ị ch u y ển vào v ù n g k h n g bâo hòa, ^DSI ^DS 6) nhanh, th n h lõn, dòn g đ iệ n q u a bdng b t đ ấ u giảm T ngất, T | th ổ n g k h ô n g bảo hòa, = , Vq = Eo Đ oạn th ứ cúa đặc tu y ến rá t dốc, V* = đ ậ c tin h tru y é n đ t đ iệ n áp c ủ a cổng N O T họ CMOS tiế p cẠn vâi đặc tín h đ ó n g m d lí tư ỏ n g H ln h 2.3.7c biểu th ị h đ ặ c tu y ến tru y é n d t đ iện p tư n g ứ n g haì g iá t r ị điện Eo áp nguổn khác n h au G iả th iế t đặc tin h Tj đối xứng, th i Vj = át ED E ; Sự đô củ a đ ặc tu y ến tru y é n đ t đ iện p xảy ED lân c ậ n V, » -T- K hi điện ả p vào đ ộ t biến t ù m ú c th ă p lên m ú c cao, Tj th ố n g , dòng đ iện Cị phdng chày q u a nội trị nhị củ a T ị (xem hình 7a) K hi điện p vào đ ộ t biến từ m ức cao x u ổ n g m ức th p , T c ủ a Cj i chảy q u a nội Irỏ nhỏ củ a t h ổ D g , d ò D g đ iệ n nập (xem hinh a) Vậy q u trin h p h d n g , n p Cj đ é u xảy r a tư n g đói n h a n h T c độ đ ổ n g mỏ củ a cổng N O T họ CMOS cao nhiêu » với b a loại cổ n g N O T ndl trê n D ạng sổng cho trê n hlnh 2.3 cho phép tín h to án t i ô u hao c ổ n g a u â t đỘ D g c ủ a c ổ n g N O T họ CMOS r T Vĩ / i„ v „ d t + / ( E „ - V J d t o ^ p a Vi dV L = -c rv L dt ’ dV„ dt ^ " = r K JV dt th a y v o b iế u th ứ c tr ê n , t a cò : p _ Hình 2-J-5 D»ng Rơng- T p X ^ i p (2.3 2) C ho th ă y tổ n hao công s u ấ t dộng ti lộ th u ậ n với đ iện d u n g phụ tả i tá n số tín hiệu f binh phư ng đ iện áp n g u ổ n E ^ Ví dụ, E p = lO V ; C| = 20pF f = 0 k H z, từ ( ) t in h p = ,2 m W T ro n g trư ò n g hợp tỉn hiệu đ â u vào k h ỏ n g p h ả i x u n g vuổng H tưởng, tro n g trin h c h u y ến m ức xảy k h o ả n g thời g ian n g ấ n cà T] T đéu tbững, đ iéu đd làm cho cổng s u t tổ n hao tà n g lên m ộ t với k ế t q u tín h to n th e o (2.3.2) C N O T họ CM OS cịn có ưu đ iểm s a u : ph ạm vi đỉộn áp nguổn rộ n g (từ đ ế n Ỉ8V ), m úc tạ p âm cho p h ép lÓH} b ệ sổ m ác tả i đ u r a lớn Mấy n âm gân p h t tr iể n c ủ a vi m ạch CM OS cụ c ki n h a n h T rong khu vực SSI v MSI, vi m ạch CM OS đ ả s n h kịp vi m ạch TTL Vỉ cổng Uất tổ n hao nhị, n ê n CMOS có vị t r ỉ q u a n trọ n g tro n g khu vực LSI N hược đ iể m chủ yếu củ a CMOS công nghệ phứ c tạp T Ó M TẮT C h ủ n g ta đ& tim h iể u kl vé cổ n g N O T họ MOS C h ủ n g dược p h ân loại th eo đặc đ iểm p h ụ tải G iới th ỉệ u loại tả i diện trỏ n h m đư a r a n h n g kiến th ứ c sỏ tỉm h iể u loại tả i a g u ổ n diéu khiến Loại tả i sau lạ i phÂB th n h E /E MOS» E/D MOS CMOS c&n cú dặc d Ìế m bdn g p h ụ tá i B ản g 2.3.1 td m t t cổng đ ế tiệ n sán h ổn tập B n g - J - / ; s o S Ả N H C Ả C C ổ N G N O T P H Ụ T Ả i L À N G U Ồ N Đ I Ể U IC H IẾ N Loạj cÀng M ìn h Ih úc phụ ỉà i E /E M O S K n h đ ả n N chưa c ó sắn cổng b ả o hịa tác d vùn g b o hòa E /E M O S K t n h cỉán N chua cò t i n cổng khỏng bfto hòa c ò vùn^ khổn^ bÂo hòa E /D M O S u đỉẻm N h ộ c điềm C ố n g ngh^ d o n giản ìh n đ ộ li n hiộu ló n n hò tổc C â n n guổn tổ c đ ộ tuơng đ ổ i thẩp K 6n h d ỉ n N có sán c ổ r^ (ác BiC n đ ộ li n vàl V gs “ d ộ cao, m ứ c Ỉ9p Am c h o phép B ie n đ ộ b Í“ E "y — c fTm h - - Ỉ T ro n g trư n g hợp có n h iểu đ u vào, *rr4ng (hái dắu v ằnh hưòng d é n tr n g th i đ u vào khác n h a u cù n g làm ỉ í ị c tín h iru y é n ó ị d iộ n áp th a y dổi m ột ỉt đặc tín h tru y é n đ t diện áp H in h 2.3.12 b iể u th ị c ổ n g NAND đ u vào, vởi cách đ u k h ác n h a u có m ộ t tín hiệu đ ẩ u vào Sau đ â y t a giải th ỉch s ụ ch ên h lệch củ a đ ặc tín h tư n g ứng T rư ờng hợp a : đ u vào tỉn h iệu , đ ấ u vào nối nguđn H a i đ ấ u nguỗn làm bỏn g phụ tà i tư n g ứ n g hoàn to n n g t, bổng k huếch đ ại tư n g ứ n g h o àn to n th ổ n g với nội tr ò nhỏ T h d tig b iên độ tin hiệu đ ấ u vào n tổ n g giá tr ị tu y ệ t đổi c ủ a đ ỉệ D p m b ó n g p h ụ tả i v bóng k huếch dại Vỉ tro n g q u trin h d ộ t biến d n g c ủ a V|, cổ k h o ản g th i ^ a o ngán h bổ n g (phụ tá i khuếch đ i) áểu th ô n g , tư n g ứ n g đoạn q u độ củ a đặc tỈDh tru y ẽ n đ t diện áp Khi đổ» điện áp đ â u ph&n p trê n nội trồ củ a hai b d n g (h bò n g c h a hồn to n th n g nôn nội trỏ củ a ch ứ n g t a đ n g kể, nội trỏ bó n g khuếch d ại khác n h ỏ đến m ức cỏ t h ể bỏ qua) T rư ờng bợp b : đ ẩ u vào nỗi c h u n g m ộ t tin hiệu, đ u vào Dổi Dguổn K hi Vj tư n g ứ n g với giá trị q u ả dộ, th ỉ b d n g k huẽch đ ại v bổrtg phụ tả i đỗng thời th ố n g , n h n g b ón g khuếch đại m ác nối tiế p b d n g phụ tả i m ác so n g song, n é n k&i q u sụ p h n áp tâ n g cao m ức đ iệ n ả p r a v^ Do đd, đặc tín h tru y ề n đạt G iá m ột điộn p dịch s a n g phải hinh 3.12 b iể u tbị trị ngưỡ ng c ủ n g tâ n g chút T rường hợp c : đ u vào c h u n g m ột tin hiệu Đ ậc tỉn h truyổn đ t điện áp dịch th êm sa n g phải • ) C ổ n g ĩ— S O R b s Ú Nếu tro n g sơ đổ cổng NOT, ta thôm bdn g khuếch đ ại đâu song song, th l ta dược so đổ cổng NOR H inh 3.13 trìn h bày m ạch điện bàn cổng N O R họ f a ) T ( 6) f f in h 2- J - / J C ô n g N O R : a) E / E M O S ; b) C M O S E/E M O S cổng N O R họ CMOS Vi b ó n g k huếch đ ại đáu so n g song» nên đ iện trở đ ẩ u r a đáu m ức th ấ p k h ổ n g lớn nội tr cù a m ộ t khuếch d ại th ô n g m ạch ; đđ k h ố n g cđ vân đ ẽ m ú c th p d u r a tả n g cao th eo 8Ố đẩu vào C N O R vi d ù n g nh iéu n h t troD g vỉ m ạch MOS N h ận x é t hinh 13 dù m ạch E/EM O S hay CMỠSi c n có đ u vào m ức Câo th i đ u có m ức th ẫ p , g iữ a đ u vào đ u r a cổ q u an h ệ logic N O R z = ÃT b C tr u y é n d â n c h u y ến m c h tư n g tự hụ C M O S H ìn h 2-3.14a b iể u th ị cổng tru y é n d ả n nói song B o n g m ộ t M OSPET kêD h p c h a có sản vâỉ m ột M O SFET kên h N c h a có s ả n ; m ạch đư ợ c gọi ỉà cổng tru y é n d ả n họ CM OS Ị * £ữ — ộ - oVg •'/ oT I c n (c ) (b ) ( a) ỉĩin k c ò n g tru yén u án C M O S , a ) M c h đ iệ n b) M ậ c h tương íỉu o n g c) K í hỉộu H ln h 2.3.14a cho th ă y : cực nguổn s c ủ a T | T c h u n g làm đ u vào, cực m n g D củ a T j T nối c h u n g làm đ u , d cực cổng c ủ a T j T cđ tín hiệu đ iéu k hiển ngư ợ c pha c c G iả s ủ tín hiệu đ iéu k h iế n cổ m ức cao ^Cl ” th ố n g , c Tj n g t (C - ) Vj ~ ; Còn Vj » 0, ^CH th l Tj T ị T đ n g th i thơng Ttím lộỉ^ c nội trỏ vài trâ m Q, tư n g đ n g ự tiếp th d s g c ủ a c h u y ế n m ạch ^ K hi c = c n Vj » T ị ( C = ) + E p, th ỉ * ^OSì thữ ng, s > : ^V,C S ** ® v m ức thđp ^CH » ^ ’ ^ T n g ắ t ; N ếu » -g th l th ỉ lúc n o c ũ n g cd bdng th ỡ n g với ^ V, - ị— - r đểu n g t, lúc h ch ỉ cố dòn g diộn dò cờ pA c h ày qua, tư n g đươ ng n g ấ t hà m ạch c h u y ển m ạch VI cáu trú c c ủ a M O SFE T đổi xứng, s D G ổ th ể hoán vị, đổ c ổ n g tru y ỗ n d ẩ n họ CMOS h chiểu, cịn gọí c h u y ến m ạch chiéu (q > (b ) H ìh H J - J - / C h u y é n m ạch Iiỉơ n g lự a) M ặ c h d iệ n b) K í hi - Chỡ m ạch đ iệ n đ iể n h in h đ u c ố n g T T L X ác đ ịn h d ò n g đ iệ n r a n g n m ch n g t G iả th iế t /? = o n ^ I f jỡ 0^2 - 15 Cho đặc tln b cổng N A N D TTL Với V;h = 3,6V ; = 0,3V (Vq „ > 3V H ày xác đ ịn h gán th a m số sau điỂn vào đ ú n g chỏ tr ê n đặc tin h : V,L v ,„ V o , , Vị ( V ) 0^2 m A ^ ( V ) ;J ỉ f ộj Ó h n ■ Ilm 3V ; Vq l > 3V C ho CÁC m ạch au a - X ác đ ịn h phạxn vi giá t r ị cho p h é p c ủ a R đ ể th ỏ a mftn A B ; Fj » to (e ) - C ho đậc c ủ a cổ n g NAND T T L tro n g b ĩ tậ p ìb G lâ V|H = 3,6V, v „ = ^ d /ff = 30 SB ; Fj = AB - c B n o ^ ( f) F = ABC C h o R j = l,2 K O c - Xác đ ịn h phạm vi g iá tr ị cho phép c ủ a R để (ci (a) c h rv b - Xác định phạm vỉ giá tr ị cho phép c ủ a R2 đế Fj = s R i(ư ầ ) y(y) > » ^ (c) ^ON ’ ^OFF ' ^IS’ Fj /V / » '^ON ’ '^OFP NL VoL < 0,3V) (9) -^ d - G iá tr ị Rj R2 phải th ỏ a m ân d iểu k iện gi đ ế = AB c e - X ác đ ịn h p h ạm vi g iả tr ị cho p h ép c ủ a R|5 đ ể Fj s AB ; ^ ” ^ g - C NAND T T L đ â u vào cd th ể c h ịu tả ỉ bao nh iéu cồng loại h Cho tra n z ito đéu ctí ^ = 25, hỏi cổ n g N A N D T T L có th ể ch ịu tả i tỗỉ đ a bao n h iêu khuyếch đ ại d o tra n z ito -1 C ho m ạch đ iệ n d n g sd n g tin hiệu đ ẩ u vào G iả th iế t th i gian tru y ề n đ t tr u n g bm h củ a mối cổng ns, t n số lập củ a tin hiệu 2,5 M H z T v ẽ : a - D ạng sổD g tỉn h iệ u đ u r a bỏ qua th i t r u y ể D đ t 'l i r a Ch(q ) g ia n (^ ) b - D ạng số n g tin liỉệu đ ẩ u th ự c tế (k ể đẽn th i g ia n tru y é n đ t) - 18 C ho m ạch điện : M cổ n g N A N D hở colecto Mỗi cổng cho pbép d ò n g diện h ú t cực đ ại 13mA (d ău m ứ c th ấ p ), d ò n g đ iệ n dò đ u r a mức cao nhỏ s6 ụ A M , M , M j cổ n g N A N D TT L, flố đ u củ a M 1, 2y M đêu đ u vào n h a u G iả th iế t d ò n g đ iện Đgán m ạch cổ n g N A N D T T L u ĩ»6 mA, dỊDg đỉộn đị dáu vào < ỗOịiA , ô 5V Mf M, Ơ H i -1 tr n g Ms -2 Cho m ạch logic T T L vói g ià đ ịn h th ự c chọn bao n b i u cổng th i, M ỉà cổng NAND TTL H ỏi đ iệ n th ế đ u r a cổng b a tr n g th t r o n g tr ữ D g hợp đ u điêu k h iế n c ã m ức cao m ức th ấp F j = AB + CD ízO> « AB + CD r A —^ a— — _ r " ' « ỊJ m /ỉliSỚỮ F « AB C D (c) €c N â n g lự c c h ịu t ả i p h u n < 5m A ; N â n g lực c h ịu tà i h ú t < S k ì (6) (o; = k n ;ROFFof., = ,8 k n 4- > 10Ù 15m A ; H ỏi n h ữ n g m ạch điện trẽ n cd th ể làm việc binh th n g hay khổng Li * C ho m ạch d iệ n cổng TTL d ạn g só n g điện áp tin hiệu đ u vào H ãy vê d ạn g stíng d u Fị + F*; (d) (e) 5V ơ” A A Ơ A À é Ad Àơ c ủ a cổng logic rn _ r“L_n_r - 2 Cho sơ đỗ c ổ n g v d n g B ống d u vào H ây vẽ d n g sổng đ â u r a cổ n g : r “L_r cJ u — rn _ d Zyõ Uv - C ho m ạch đ iệ n cổng d n g sổ n g d ấ u vào H ây viẽt biểu th ứ c hàm logic đ â u Và vẽ d ạn g sóng tin đ âu oZ> hiệu (à> £S (t>) -2 Cho m ạch điện d n g sò n g Cổng ỉ cổng NAND hở colectơ K hi b&o V, = 0,3V fv hòa c C cổng N AN D TTL có đạc tin h ngồi cho tậ p 2,15 T ran zito bâo hòa T \M 1S lí 330 V 0-3V (a ) 3.6 (b ) = 0,3V V b , = 0.7V a - H ây tín h Vp , b - Hfty tin h Vp , Vp c - Cho » 18mA, = 0.3V = Vb = 3,6V hỏi đ u z cđ th ể chịu tả i bao nhiốu cổng NAND TTL n h cổng d - Nếu Rj đ ứ t, m ạch điện cổ th ể làm việc e ' Néu R 2đ ú t, m ạch đ iệ n cổ t h ể làTTi v iệc đ ợ c g - Néu m ạch điện cd th ể làm việc d ú t, khổng T in h v^- khÔĐg IVỈ T in h khổng tạ i T ín h V2 * h - Cđ th ể đổi c ổ n g th n h cổng NADN T T L n h cổng cổ khốDg ? i - H y v iết b iế u thiĩc h m logic đ ẩ u r a z k - H ây vẽ d n g sd n g Vp , tư n g ứ n g , Vg ghl giá trị d iệ n áp - C ho m ch điện c ổ n g ; a nối tiế p với m ạch c ổ n g ; b th ỉ làm việc binh tb ò n g , n h n g n ế u a vối c th i khổng m việc b in h th n g -*-5^ ũ ịi Ij * l,4 m A , ì 330 C ho b iế t th a m 8Ố c ổ n g N A N D s 1,4V (a ) (c) = 50juA TVanzito cổ th a m sổ : /9 s 28 ; CM = 30mA a * H â y tin h tỉn h h in h c d n g tá c tr n g tỉn h tro n g h trư n g hợp trôn b * H â y vẽ d n g sổng p v F tư n g ứ n g A s tré n 1, A s tr o D g h trư n g hợp - H ây p h â n tỉch m n g cỔĐg N O T h ln h ỉa N ếu m u ố n cổng s u t tổ n h a o nhò biân độ tín hiộu lớn, th i yêu cáu dặc tin b bd n g g iá t r ị ĩìhư t h ế - l ầ i d ù n g b ố n g M OS th a y th ế điộn trở tá i R tro n g cổng N O T họ M OS C ản đậc đ iể m bd n g p h ụ tả i, cổng N O T họ M OS có m áy loại H ây vơ m ạch điộĩi c ủ a ch ú n g - T rỉnh bày dặc đ iể m c ổ n g N O T họ MOS v cổng N O T họ CMOS - Cổ cho p h é p d đ u v o m ạch CMOS đ ể hị lơ lử n g khơũg ? cổ th ế nố i đâu v o đ ế hở đổ tư n g đư n g m ứ c logic hay k h ổ n g ? - C ho m ạch diộn CMOS HAy p h n tíc h dế v iế t b iế u th iỉc hàm logic c ủ a chỦDg H ãy vỗ 8Ơ dđ m ạch logic tư n g đ n g đơn giàn hố a c ủ a chúD g ĩOOk “d € (a) U) Aôc0' ô- (d) i ấ ị ie ) - H ây p h ân tíc h đế v iết biểu thứ c hàm logic z m ạch đỉện CMOS đả cho fp C - \ lO O k ữ H fa; - Hây p h ân tich vê d n g só n g đ u r a c ủ a m ạch đ iệ n CM OS sau © U—Ị ,_© —Ề Tền cổng theo c n ân g logic AND + OR NOT XOR Ĩ> NAND > NO R NORAND e =C > - ... biểu th ị tr ê n hin h điếtiì c h u n g t n g c ù n g dều cổ điện tử C ác điện tử tử hóa trị N guyẽn tử cđ h ó a tr ị b n g số điộn tử h ổ a tr ị củ a nguyên tổ hđa tr ị s t câu trú c nguyêni... nhÂQ m an g điện d u n g điện tử m a n g điện âm , điện tử chỉa th ũ h nhiểii t â n g vây q u a n h h t n h â n v ả k h ổ D g n g n g ch u y ể n đ ộ n g V đ ỉ l i é u d ổ n d i^ n tử : S o A... r ỉ t n h iồ u đ iệ n tử k h O n g bị rà n g buộc với h t n h ã n trò th n h điện tử tự N h n g điện tử tự n y trò th n h c ác h â t d n m a n g điện Dưới tá c d ụ n g điện trư n g ngoài, chúDg