Цифровая микроэлектроника (200,00 руб.)

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

УДК 621.3.049.77(075.8) Д 872 Рецензенты: д-р техн. наук, профессор А.Г. Гарганеев, ИШЭ ТПУ канд. техн. наук, доцент Л.Г. Зотов Работа выполнена на кафедре электроники и электротехники для студентов III курса РЭФ дневной формы обучения, направление «Электроника и наноэлектроника» Д 872 Дыбко М.А. Цифровая микроэлектроника: учебное пособие / М.А. Дыбко, А.В. Удовиченко, А.Г. Волков. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2019. – 200 с. ISBN 978-5-7782-3834-3 Рассмотрены основы работы транзисторных ключей на биполярных и полевых транзисторах. Изложены принципы построения логических элементов семейств транзисторно-транзисторной логики, эмиттерно-связанной логики, комплементарных логических элементов и логики на базе биполярных транзисторов с комплементарными ключами. При рассмотрении транзисторных ключей и логических элементов приведены основные характеристики и свойства, а также способы улучшения статических характеристик и быстродействия. По каждому разделу помимо теоретического материала предложен ряд контрольных вопросов, а также практические задания для закрепления полученных знаний. В конце пособия рассмотрен пример разработки схемы цифровой электроники на базе логического элемента семейства ТТЛ, который служит примером выполнения расчетов по курсовому проекту в рамках курса «Микроэлектроника». Пособие предназначено для студентов третьего курса факультета РЭФ дневного отделения направления «Электроника и наноэлектроника». УДК 621.3.049.77(075.8) ISBN 978-5-7782-3834-3 © Дыбко М.А., Удовиченко А.В., Волков А.Г., 2019 © Новосибирский государственный технический университет, 2019

Стр.2

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ............................................................................................................ 6 1. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ ............. 7 1.1. Теоретические сведения............................................................................... 7 1.1.1. Биполярные транзисторы ..................................................................... 7 1.1.2. Характеристики и параметры БТ ........................................................ 8 1.1.3. Частотные и переходные характеристики транзисторов ................ 10 1.1.4. Электронный ключ на биполярном транзисторе. Статика ............. 11 1.1.5. Электронный ключ на биполярном транзисторе. Динамика .......... 14 1.1.6. Потери мощности в транзисторном ключе ...................................... 19 1.1.7. Температурные зависимости статических параметров ................... 20 1.1.8. Способы повышения быстродействия транзисторных ключей ........ 23 1.1.9. Особенности работы ТК на индуктивную и емкостную нагрузку ............................................................................................... 27 1.2. Задания для самостоятельной работы ...................................................... 33 1.2.1. Теоретические вопросы ..................................................................... 33 1.2.2. Упражнения и задачи ......................................................................... 33 Практическая работа № 1. Исследование электронных ключей на биполярных транзисторах ............................................................................................ 36 2. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ ....... 42 2.1. Теоретические сведения............................................................................. 42 2.1.1. Логический элемент и его характеристики ...................................... 42 2.1.2. Диодно-транзисторная логика (ДТЛ) ............................................... 45 2.1.3. Транзисторно-транзисторная логика с простым инвертором ......... 48 2.1.4. Транзисторно-транзисторная логика со сложным инвертором ........ 54 2.1.5. Динамика работы ТТЛ ....................................................................... 62 2.1.6. Модификации элементов ТТЛ........................................................... 71 3

Стр.3

2.1.7. Логические элементы на переключателях тока. Эмиттерносвязанная логика ................................................................................ 80 2.1.8. Логические элементы ЭСЛ-типа ....................................................... 83 2.2. Задания для самостоятельной работы ...................................................... 87 2.2.1. Теоретические вопросы и задания для самопроверки..................... 87 2.2.2. Упражнения и задачи ......................................................................... 88 Практическая работа № 2. Исследование транзисторно-транзисторных логических элементов ............................................................................... 90 3. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ ............... 93 3.1. Теоретические сведения............................................................................. 93 3.1.1. Полевые транзисторы ......................................................................... 93 3.1.2. Статические характеристики полевых транзисторов ...................... 95 3.1.3. Ключи на полевых МДП-транзисторах ............................................ 96 3.1.4. Динамика работы МДП логических схем ...................................... 101 3.1.5. Логические элементы на КМОП-ключах ....................................... 107 3.1.6. Буферные усилители ........................................................................ 109 3.1.7. Логические элементы типа БиКМОП ............................................. 111 3.1.8. Логические элементы истоково-связанной логики (ИСЛ) ........... 118 3.1.9. Защитные цепи входных и выходных каскадов ЛЭ на МОПтранзисторах ..................................................................................... 120 3.2. Задания для самостоятельной работы .................................................... 122 3.2.1. Теоретические вопросы ................................................................... 122 3.2.2. Упражнения и задача........................................................................ 123 Практическая работа № 3. Исследование логических элементов КМОП и БиКМОП .......................................................................................... 124 4. ПРОСТЕЙШИЕ ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА ............................................ 127 4.1. Теоретические сведения........................................................................... 127 4.1.1. Симметричный триггер [1, 2] .......................................................... 127 4.1.2. Несимметричные триггеры .............................................................. 129 4.1.3. Генераторы импульсов на логических элементах. Мультивибраторы и одновибраторы ........................................................... 135 4.1.4. Детекторы фронтов и событий ........................................................ 140 4.1.5. Элементы оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) ........... 140 4.1.6. Флэш-память ..................................................................................... 144 4.1.7. Преобразователи уровней ................................................................ 149 4

Стр.4

4.2. Задания для самостоятельной работы .................................................... 158 4.2.1. Теоретические вопросы ................................................................... 158 4.2.2. Упражнения и задачи ....................................................................... 159 Практическая работа № 4. Исследование устройств формирования импульсов и генераторов колебаний на логических элементах .................. 160 Практическая работа № 5. Исследование несимметричного триггера Шмитта на транзисторах ................................................................................. 164 Библиографический список ............................................................................... 169 Приложение 1. Краткое описание стендов National instruments ELVIS II ..... 171 Приложение 2. Краткое описание среды моделирования Microcap ............... 176 Приложение 3. Пример расчета схемы логического элемента ТТЛ............... 191 5

Стр.5