ГЛАВА 16

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ПТ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМИ СВЯЗЯМИ

К. Левовец, Р. Зулиг 16.1. ВВЕДЕНИЕ

Инвертор представляет собой базовый логический элемент, который выполняет футгкции И, ИЛИ, И-НЕ и ИЛИ~НЕ и обеспечивает хранение информации. Модель цепи инвертора состоит из транзисторного переключателя, соединенного последовательно с нагрузкой (рис. 16.1). Вывод источника питания для удобства заземлен. Транзистор переходит в проводяндее состояние, когда "высокий" входной потенциал Ux~bx соответствующий напряжению высокого уровня и приложенный к затвору, превышает пороговое напряжение U. Выхощтое напряжение в этом случае мало, т.е выхвых и близко к нулю, так как сопротивление транзистора мало т сравнению с сопротивлением нагрузки. Транзистор находится в непроводящем С0СТ0Я1ШИ, когда низкий входной потенциал fxBx соответствующий напряжению низкого уровня, меньше порогового напряжения Ципор-Выходное напряжение fbixIbix этом случае близко к напряжению питания так как ток от источника не потребляется.

Университет Южной Калифорнии, Лос-Анжелес, шт. Калифорния, США.

Фирма McDonnel Douglas Astronautics, Хантингтон Бич, шт. Калифорния, США.

Нагрцзк

=/1Е -

Транзисторный ключ

Г"

-о Д-5 =

Рис. 16.1. Базовая схема инвер- Рис. 16.2. Двухвходовый вентиль И-НЕ на двух тора последовательно включенных транзисторах, кото-

рые могут быть объединены в один двухзатворный

о-*1- о-*1- о-

Рис. 16.3.Трехвходовый вентиль ИЛИ-НЕ

Рис.16.4. Ячейка памяти на ПТ с непосредственными связями [l]

Шина сигнала ~1 нижнего уробня

Рис. 16.5. Схема триггера на ПТ с непосредственными связями типа "ведущий ведомый", включенного в качестве делителя частоты. В верхнем левом углу приведена схема логического элемента И-НЕ - ИЛИ-НЕ с буферным каскадом

Шина сигнала Верхнего уробня

-Шина слад

Г"

схема ддухоходоаого i „,„,,-Вентиля и-не-или-не * на ПТ с непосредственными связями

Структурная схема

Логическая схема

Так как низкое выходное напряжение fgyx инвертора положительное, го для непосредственного соединения выходного узла первого инвертора, имеющего низкое выходное напряжение, со входом второго, т. е. при t/gx 1 ~ ~ Чзх 2-и пор требуется использовать ПТШ, работающий в режиме обогащения, с положительным пороговым напряжением. В этой главе рассмотрим логические элементы на ПТ с непосредственными связями [1 ].

Перепад логических уровней

Д=Сх dx = tBx"tB4 (16.1)

ограничивается напряжением прямого смещения затвора, при котором переход транзистора становится проводящим. Это происходит при напряжении, равном около 0,7 в для ПТШ [2{ и около 1,2 В для ПТ с р~«-переходом [3].

В схеме И-НЕ с двумя входами, показанной на рис. 16.2, используется два последовательно соединенных переключающих транзистора. Два транзистора могут быть обьединеш.т в один двухзатворный транзистор [4 - 6]. Схема И-НЕ на рис. 16 3 включает в себя несколько параллельно включенных переключающих транзисторов. На рис. 16,4 приведена схема триггера, который состоит из двух имверюров и представляет собой ячейку памяти [1]. На рис. 16.5 показан тритгер, построенный по принципу "ведущий-ведомый" и включенный по схеме депителя на 2. Он состоит из подсхем инверторов,

16.2. ПОЛ! ВОЙ ТРАНЗИСТОР НА GaAs

Перед тем как анализировать характеристики инвертора, предварительно рассмотрим характеристики и-канальпого ПТШ на GaAs.

16.2 1. ПОРОГОВОЕ ПАПРЯЖЬНИЕ, НАПРЯЖЕНИЕ ОТСЕЧКИ И К0НГ.АК1НАЯ РАЗНОСТЬ П01ЕНЦИАЛ0В

В ПТШ на GaAs для модуляции иеобедненного п-канала под затвором создается обеднс!шый слои, который воздействует на поток электронов в канале между контактами сюка и истока. Ток в статическом режиме зависит от напряжений 1/ и U. приложенных соответственно к затвору и стоку относительно заземленною истока. Ток исчезает, когда обедненный слой под затвором около исюка перекрывает «-слой полностью, таким образом отсекая элекгронныя погок около истока. Потенциал вдоль полностью обедненною н-слоя представляет собой напряжение отсечки.

f„.uT, Trt(j).VJ. (16.2)

где е - диэлектрическая проницаемость GaAs; «(у) - распределение кон-цен1ра1щи примеси в направлении нормали к электроду затвора. Пороговое напряжение f„op представляет собой напряжение на затворе, при котором обедненный слой едва перекрывает канал у истока. Пороговое напря-