Логические элементы на полевых МДП-транзисторах с одним типом проводимости

Основой для построения схем базовых ЛЭ служат рассмотренные ранее инверторы с линейной, нелинейной, квазилинейной и токостабилизирующей

нагрузками. Если в любом из этих инверторов управляющий транзистор заменить группой из последовательно соединенных транзисторов, то получится

Рисунок 5.29. Логические элементы на полевых МДП-транзисторах с

одним типом проводимости.

ЛЭ, выполняющий операцию И-НЕ. На рис. 5.29а приведена схема ЛЭ, выполненного на n -МДП-транзисторах. Характер выполняемой логической операции не изменится, если все n-МДП-транзисторы заменить на р-МДП-транзисторы и работу элемента рассматривать в ОЛ (рис. 5.29б).

б)

в)

U

t

+E

п

а)

x

1

x

2

y=x

1

x

2

-U

t

-E

п

x

1

x

2

y=x

1

x

2

E

п

x

1

x

2

y=x

1

x

2

Из этого следует, что логика работы такого элемента не зависит от типа канала МДП-транзистора, а требует определенной полярности источника питания и сигнала. В связи с этим на схемах можно не указывать тип канала транзисторов и представлять их в виде, показанном на рис. 5.29в.

Если управляющий транзистор заменить группой параллельно соединенных МДП-транзисторов, то полученный ЛЭ будет выполнять операцию ИЛИ-НЕ (рис. 5.30).

Схемы И-НЕ имеют более высокий уровень напряжения логического нуля, поскольку он суммируется из напряжений U_СИ открытых последовательно соединенных транзисторов. Для уменьшения абсолютного значения этого уровня управляющие транзисторы в ЛЭ И-НЕ изготовляют с более широким каналом, однако при этом увеличиваются геометрические размеры структуры логического элемента. Поэтому при проектировании схем на МДП-транзисторах стараются по возможности избегать использования элементов И-

НЕ, отдавая предпочтение элементам ИЛИ-НЕ.

а)

в)

б)

+E

п

x

1

x

2

y=x

1

v

x

2

-E

п

x

1

x

2

y=x

1

v

x

2

E

п

x

1

x

2

x

3

y=x

1

x

2

v

x

3

Рисунок 5.30. ЛС на МДП-транзисторах

Для построения ЛЭ на однотипных МДП-транзисторах, реализующих более сложные логические функции, применяется сочетание параллельных и последовательных соединений управляющих транзисторов. На рис. 5.31 показана схема ЛЭ, реализующего функцию .

Рисунок 5.31. Схема И-ИЛИ-НЕ на МДП-транзисторах

ИМС на МДП-транзисторах одного типа электропроводности присущи следующие достоинства:

u высокое входное сопротивление (до 10¹⁴ Ом);

u малые размеры и высокая технологичность;

u меньшая потребляемая мощность, чем у ТТЛ-схем;

u высокая помехоустойчивость (порядка 2…6 В) по сравнению с 0,6 В для биполярных транзисторов;

u устойчивость к нейтронной составляющей радиационного воздействия.

Недостатки элементов на МДП-транзисторах связаны с относительно большим пороговым напряжением и высоким напряжением питания (у элементов типа р-МДП напряжение питания в 3…6 раз превышает напряжение питания элементов ТТЛ). Если по быстродействию элементы на МДП-транзисторах с каналом n-типа сравнимы с элементами ТТЛ, то элементы на транзисторах с каналом р-типа имеют в 8-10 раз меньшее быстродействие. Однако преимуществом схем на МДП-транзисторах с каналом р-типа является то, что они значительно дешевле и технологичнее.