Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Giao tiếp logic với tải DC, AC.

Giao tiếp logic với tải DC, AC.

Tải bản đầy đủ - 0trang

Cổng logic và mạch Logic thường giao tiếp với các tải khác, tải ở đây có thể là đèn

Led, bóng đèn, Rơle, motor, ... Nhưng phải đảm bảo cấp đủ áp và dòng cho tải hoạt động

đúng chế độ

Mạch logic có thể hoạt động ở tần số cao, ở cấp điện áp DC hoặc AC, dòng có thể từ

vài mA đến vài trăm Ampe.

7.1 Giao tiếp với LED



Đèn Led tiêu thụ dòng từ vài mA đến vài chục mA, điện áp rơi trên Led vào khoảng

1,7V đến 2,2V điều này phụ thuộc vào chất liệu bán dẫn chế tạo Led. Đối với áp DC thì

cần dòng kích nhỏ, còn ở dạng xung thì dòng kích phải mạnh để đảm bảo độ sáng. Đặc

tính dòng, áp đối với mỗi loại có khác, Ví dụ như IC7406 cổng đảo, IC 7407 Cổng đệm là

loại TTL cực thu để hở chịu áp đến 30V nên dùng để thúc tải RƠLE.

7.2 Giao tiếp với Transistor



Khi dòng, áp vượt quá khả năng thúc của mạch logic, ta cần kích qua transistor. Như

thế ta cần phân cực cho Transistor ở chế độ tắt - dẫn bão hòa. Với mạch TTL mức logic ở

mức 0 và 1, và khả năng giao tiếp được thực hiện như sơ đồ



Hình 3.15: Tham số về dòng và áp.



BÀI TẬP CHƯƠNG 3

Câu 1: Cho biết đặc tính điện của TTL

Câu 2: Trình bày cách tính điện trở kéo lên.

Câu 3: TTL cực thu để hở và TTL 3 trạng thái là gì?

Câu 4: Liệt kê các IC đệm thúc 3 trạng thái và cho biết sơ đồ chân của nó

Câu 5: Cho biết các mức điện áp của họ TTL khi ở mức cao và mức thấp khi tín hiệu ở

ngỏ vào và ở ngỏ ra.



Chương 4 : CỔNG LOGIC CMOS.

Chương này sẽ giới thiệu về một loại cổng logic dùng công nghệ CMOS thực hiện

bằng cách kết hợp transistor PMOS và transistor NMOS người ta tạo ra MOS bù (bổ túc)

gọi là CMOS. Hình 4.1 ở dưới là đơn vị CMOS cơ bản nhất gồm một PMOS Q2 và

NMOS Q1 tích hợp trên cùng một móng. Do đặc tính của transistor MOSFET, do có

chung lớp oxit cách điện cho vùng thoát D1, D2 cũng như do cấu trúc mạch đơn giản nên

mật độ tích hợp của cơng nghệ tích hợp CMOS cao hơn hẳn công nghệ lưỡng cực

(TTL,ECL) và việc chế tạo cũng dễ dàng hơn. Để ý transistor trên Q 2 là MOSFET tăng

kênh p có nguồn nối liền VDD , transistor dưới Q1 là MOSFET tăng kênh n có nguồn nối

đến điện thế VSS mà trong hầu hết trường hợp là đất tức 0V. Hai transistor có cổng chung

và là ngõ vào logic A,có thốt chung và ngõ ra logic Y. Hai transistor PMOS và NMOS

tích hợp này có đặc tính như nhau. Hoạt động chuyển mạch là :

-



Khi A = VDD (logic 1) thì Q2 ngưng (ROOF = 1010 ) Q1 dẫn mạch (RON = 1K) khiến YA



-



đảo.

Khi A = 0V (logic 0) thì Q2 dẫn mạnh (RON = 1K), Q1 ngưng (ROOF =1010 ) khiến YVDD



-



(logic 1),A đảo.

Ưu điểm của CMOS: cơng nghệ tích hợp lưỡng cực hơn hẳn công nghệ lưỡng cực

(TTL, LCD) và việc chế tạo cũng dễ dàng hơn. Nói chung CMOS tốc độ cao hơn và

có cơng suất tiêu tán thấp, thậm chí còn thấp hơn so với các họ MOS khác, có khả



-



năng miễn nhiễu cao hơn so với họ TLL.

Nhược điểm của CMOS: quy trình chế tạo phức tạp hơn NMOS và PMOS và mật độ

tích hợp cũng thấp hơn. So với TLL tốc độ chuyển mạch của CMOS cũng chậm hơn.



Tuy nhiên trong hai chục năm qua đã có những bước phát triển, cải tiến trong tất cả các

công nghệ khiến nhìn chung chúng xấp xỉ nhau về tốc độ. Công nghệ CMOS so với TTL

là độ miễn nhiễu cao hơn. Do đó trong các ứng dụng cần các IC SSI và MSI ta có thể

dùng loại TTL hay CMOS tùy thích, còn trong các ứng dụng cần các IC LSI và VLSI tiêu

thụ công suất thấp hay và có độ miễn nhiễu cao thì CMOS được dùng.



Hình 4.1: Cấu tạo của CMOS cơ bản



Hình 4.2: Cổng NAND và NOR

Để ý là khác với cổng ĐẢO NMOS, ở đây hai transistor khơng dẫn cùng một lúc nên

khơng có dòng điện từ V DD qua hai transistor xuống đất khiến công suất tiêu tán gần như

không. Tuy nhiên khi hai transistor đang chuyển mạch và khi có tải thì sẽ có dòng điện

qua cả hai hay một transistor khiến cơng suất tiêu tán tăng lên.

Trên nguyên tắc của cổng ĐẢO, bằng cách thêm transistor mắc song song hoặc nối

tiếp ta có thể thực hiện các cổng khác. Ở hình 4.2 là cổng NAND và NOR. Ở cổng

NAND hai PMOS mắc song song, hai NMOS mắc chồng, còn ở cổng NOR hai cổng

PMOS mắc chồng, hai NMOS mắc song song.

Nội dung chương 4 sẽ giới thiệu các phần:

1. Transistor MOSFET.

2. Các loạt IC logic CMOS.

3. Đặc tính điện của logic CMOS.



4. Giao tiếp mạch logic với tải DC, AC.

1.Transistor MOSFET

1.1 Transistor MOSFET

Transistor MOSFET (Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor: transistor hiệu ứng

trường oxit bán dẫn kim loại) có các cực cổng (Gate), thoát (Drain), nguồn ( Source ),

kim loại đặt trên lớp oxid bán dẫn cách điện SiO2. Có hai loại MOSFET: MOSFET tăng

(Enhancement) và MOSFET hiếm (Depletion ). Trong công nghệ tích hợp MOSFET loại

tăng được dùng phổ biến hơn. Tóm lại, transistor MOSFET là phần tử chuyển mạch tích

cực trong các mạch điện CMOS.



Hình 4.3: Ký hiệu của MOSFET kênh n và kênh p

1.2 Phân cực của MOSFET tăng kênh n và p

Hình 4.4 là phân cực của MOSFET tăng kênh n (thường được gọi NMOS hoặc ) và

hình 4.5 là phân cực của MOSFET tăng kênh p (thường được gọi là PMOS hoặc PFET).

Để ý là hai loại có cấu trúc bán dẫn ngược nhau và phân cực cũng ngược nhau. Ở PMOS

khi cổng G âm so với nguồn S thì điện tích âm của cổng hút lại thiểu số là lỗ trống trong

móng về tạo kênh p nối liền hai vùng p+ làm lỗ trống từ cực dương của nguồn VDD vào

cực thoát D, qua kênh đến nguồn S và về cực âm của nguồn V DD tạo nên dòng điện thốt

ID. Điều này thể hiện ở đặc tính truyền (Transfer characteristic) như hình 4.5. Để ý là điện

thế cổng phải trên điện thế ngưỡng V T thì kênh mới bắt đầu hình thành và dòng thốt Id

mới bắt đầu đáng kể. VT thường là âm volt. Ở điện thế cổng ít âm hơn điện thế ngưỡng và

ở điện thế cổng dương thật ra cũng đã có dòng thốt IDSS rất nhỏ.



Sự hoạt động và đặc tính chuyển của NMOS cũng tượng tự, ở PMOS dòng điện là do

hạt tải đa số lỗ trống còn ở NMOS dòng điện là do hạt tải đa số điện tử nên NMOS có thể

hoạt động tần số cao hơn PMOS.



Hình 4.4: MOSFET tăng kênh n

 Đặc tính chuyển của MOSFET



Hình 4.5: MOSFET tăng kênh p



Hình 4.6: Đặc tính chuyển của MOSFET

1.3 Trạng thái chuyển mạch

Trong kỹ thuật mức logic thường không cần quan tâm đến chi tiết biến thiên của một

thơng số (ví dụ dòng thốt ID) theo một hay nhiều thơng số khác (ví dụ VGS) mà thường

chỉ quan tâm đến hai trạng thái cực của MOSFET đó là ngưng dẫn và dẫn mạch tức hai

trạng thái logic mạch ứng với logic 0 và 1. Xem hình 4.6 cả ở PMOS và NMOS khi cổng

ở cùng điện thế với nguồn (VGS=0V) thì MOSFET ngưng dẫn, (I D =0 ngoại trừ dòng rỉ

IDSS nhỏ) và điện trở giữa thốt và nguồn rất lớn (điển hình 10000M) nên MOSFET xem

như hở giữa thoát và nguồn. Khi điện thế ở cổng bằng với điện thế ở thốt (V GS=VDD) thì

MOSFET dẫn mạch (bão hòa) và điển trở giữa thốt và nguồn nhỏ hẳn lại (điển hình 1K)

nên MOSFET xem như nối tắt giữa thoát và nguồn nếu so với điện trở lớn khi MOSFET



ngưng dẫn. Sự chuyển tiếp giữa hai trạng thái có ảnh hưởng lên một số đặc tính hoạt

động của MOSFET.



(A)



(B)



Hình 4.7: Trạng thái chuyển mạch ở NMOS: (A) ngưng dẫn, (B) dẫn mạch

2. Các loại IC logic CMOS

Có nhiều loại IC logic CMOS với các đóng vỏ (package) và chân ra giống như các

loại TTL. Ở các IC có quy mơ tích hợp nhỏ (SSI) vỏ DIP (vỏ hàng chân thẳng hàng) 14

chân và 16 chân là phổ biến nhất.

2.1 Loại 4000A, 4000B, 4500.

Nếu hãng TL (Texas Instrusment-Mỹ) đi đầu trong việc thương mại hóa rộng rãi các

IC TTL thì hãng RCA (Mỹ) đi đầu trong việc sản xuất các IC logic CMOS với loại đầu

tiên mang tên CD4000A. Về sau hãng này cho ra đời loại CMOS cải tiến mang tên loại

cơng nghiệp CD4000B có thêm tầng đệm ra. RCA cũng bổ sung mang tên CD4500 và

CD4700. Hãng Motorola (Mỹ) sản xuất các IC logic CMOS tương thích mang tên lần

lượt MC14000, MC14000B, MC14500.

Do có tầng đệm ra nên loạt B có một số ưu điểm như khả năng dòng cao hơn,đặc tính

chuyển dốc hơn dẫn đến độ miễn nhiễu cao hơn,thời tăng thời giảm của tín hiệu vng ra

ngắn hơn, và mặc dầu có thêm transistor nhưng ở loại B các transistor tích hợp có kích

thước nhỏ hơn nên tốc độ lại cao hơn loại A.



Hình 4.8: Sơ đồ chân các IC họ CMOS - 40

Các loại CMOS nói ở trên hoạt động ở điện thế V DD từ 3V đến 18V mà thường nhất là

từ 5V đến 15V.

2.2 Loại 74C.

Đây là loại logic CMOS nhằm thế logic TTL cùng chức năng. Để tiện dụng người ta

dùng mã số giống nhau và chân ra như sau; ví dụ 74C00 là 4 NAND hai ngõ vào giống

như 7400,74C74 là hai Flip Flop D nảy bằng cạnh giống như 7474. Khơng phải tất cả IC

TTL loại 74 đều có IC CMOS loạt 74C tương ứng. Các đặc tính hoạt động của loại 74C

tốt hơn loại 4000 một chút thật ra loạt 74C ít được dùng.

2.3 Loại 74HC, 74HCT (High Speed CMOS).

Trong gia đình logic TTL ta đã biết sau loại 74 thường gồm 74, 74H, 74L là loại

Schottky gồm 74S, 74LS. Do đó người ta đã sản xuất các loại logic CMOS có khả năng

tương đương, thay thế được loại Schottky công suất thấp 74LS và được gọi là CMOS tốc

độ cao viết HCMOS (hãng RCA viết QMOS). CMOS tốc độ cao gồm loại 74HC và

74HCT. Loại 74HC có tốc độ giống loại 74LS nghĩa là nhanh hơn hẳn loại 74C và có khả

năng dòng ra lớn hơn.

Bảng 4.1 So sánh các loại TTL và CMOS ở hai đặc tính quan trọng là cơng suất tiêu

tán ở mỗi cổng PD (ở tần số 0Hz đối với CMOS và dến 1MHz đối với TTL) và trì hỗn

truyền tP khi nguồn cấp điện là 5V. Loại 74HC hoạt động ở điện thế cấp 2 đến 6V. Loại

74HTC hoạt động ở điện thế cấp điện 4,5 đến 5,5V (so với các loại TTL hoạt động ở 4,75

đến 5,25V) và có mức điện thế ở ngõ vào tương thích TTL. Cũng giống như ở TTL,

ngồi gia đình 74 gồm 74C, 74HC, 74HCT còn có gia đình đặc biệt 54 gồm 54C, 54HC,



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Giao tiếp logic với tải DC, AC.

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×