›
›

Bài giảng Mạch điện cổng Logic

ppt 42 trang hapham 2440
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Mạch điện cổng Logic", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_mach_dien_cong_logic.ppt

Nội dung text: Bài giảng Mạch điện cổng Logic

  1. MẠCH ĐIỆN CỔNG LOGIC 1
  2. DIODE ▪ Diode:  Kí hiệu:  Chức năng: cho dòng điện đi qua theo 1 chiều từ A đến K  Hoạt động: ▪ Nếu UA > UK thì IAK > 0, Diode làm việc ở chế độ Thông A K ▪ Nếu UA ≤ UK thì IAK = 0, Diode làm việc ở chế độ Tắt A K 2
  3. BJT ▪ Transistor lưỡng cực:  Có 2 loại: NPN và PNP  Transistor có 3 cực: ▪ B: Base – cực gốc ▪ C: Collector – cực góp ▪ E: Emitter – cực phát  Chức năng: Dùng để khuếch đại (thông) dòng IC bằng việc điều khiển dòng IB  Hoạt động: ▪ IB = 0, Transistor làm việc ở chế độ không khuếch đại (tắt), IC = 0 ▪ IB > 0, Transistor làm việc ở chế độ khuếch đại (thông), IC = .IB, trong đó  là hệ số khuếch đại. 3
  4. FET ▪ Transistor trường (MOSFET kênh cảm ứng) N: UGS = 0 ID = 0 T tắt hay khóa mở (R = ∞) UGS ≥ 0 có ID T thông hay khóa đóng (R = 1K) P: Ngược lại kênh N 4
  5. Phần tử AND 2 đầu vào dùng Diode ▪ Xét mạch ở hình bên. ▪ Giả sử lấy TTL làm chuẩn cho hoạt động của mạch. ▪ Lần lượt đặt điện áp 0V và 5V vào 2 đầu vào A và B, sau đó đo điện áp tại đầu ra S, ta có: S = A.B 5
  6. Phần tử OR 2 đầu vào dùng Diode ▪ Xét mạch ở hình bên. ▪ Giả sử lấy TTL làm chuẩn cho hoạt động của mạch. ▪ Lần lượt đặt điện áp 0V và 5V vào 2 đầu vào A và B, sau đó đo điện áp tại đầu ra S, ta có: S = A+B 6
  7. Phần tử NOT dùng Transistor ▪ Xét mạch ở hình sau. ▪ Giả sử lấy TTL làm chuẩn cho hoạt động của mạch. ▪ Lần lượt đặt điện áp 0V và 5V vào đầu vào A và chọn Rb đủ nhỏ sao cho Transistor thông bão hòa, sau đó đo điện áp tại đầu ra S, ta có: S = A 7
  8. Các mạch tích hợp số ▪ Các phần tử logic được cấu thành từ các linh kiện điện tử ▪ Các linh kiện điện tử này khi kết hợp với nhau thường ở dạng các mạch tích hợp hay còn gọi là IC (Integrated Circuit). ▪ Mạch tích hợp hay còn gọi là IC, chip, vi mạch, bo có đặc điểm:  Ưu điểm: mật độ linh kiện, làm giảm thể tích, giảm trọng lượng và kích thước mạch.  Nhược điểm: hỏng một linh kiện thì hỏng cả mạch. ▪ Có 2 loại mạch tích hơp:  Mạch tích hợp tương tự: làm việc với các tín hiệu tương tự  Mạch tích hợp số: làm việc với các tín hiệu số 8
  9. Phân loại mạch tích hợp số ▪ Theo mật độ linh kiện:  Tính theo số lượng cổng (gate). ▪ Một cổng có khoảng 210 transistor ▪ VD: cổng NAND 2 đầu vào có cấu tạo từ 4 transistor  Có các loại sau: ▪ SSI - Small Scale Integration: các vi mạch có mật độ tích hợp cỡ nhỏ: 106 cổng/chip 9
  10. Phân loại mạch tích hợp số (tiếp) ▪ Theo bản chất linh kiện được sử dụng:  IC sử dụng Transistor lưỡng cực: ▪ RTL Resistor Transistor Logic (đầu vào mắc điện trở, đầu ra là Transistor) ▪ DTL Diode Transistor Logic (đầu vào mắc Diode, đầu ra là Transistor) ▪ TTL Transistor Transistor Logic (đầu vào mắc Transistor, đầu ra là Transistor) ▪ ECL Emitter Coupled Logic (Transistor ghép nhiều cực emitter)  IC sử dụng Transistor trường - FET (Field Effect Transistor) ▪ MOS Metal Oxide Semiconductor ▪ CMOS Complementary MOS 10
  11. Đặc tính điện của IC ▪ Dải điện áp quy định mức logic ▪ VD: với chuẩn TTL ta có: 5V 5V 2V 2.7V Dải điện áp Dải điện áp không xác định không xác định 0.8V 0,5V 0V 0V Vào Ra 11
  12. Đặc tính điện của IC ▪ VD: với chuẩn MOS (5V) ta có: 5V 5V 4.95V 3.5V Dải điện áp Dải điện áp không xác định không xác định 1.5V 0,05V 0V 0V Vào Ra 12
  13. Đặc tính điện của IC ▪ VD: với chuẩn MOS (10V) ta có: 10V 10V 9.95V 7V Dải điện áp Dải điện áp không xác định không xác định 3V 0,05V 0V 0V Vào Ra 13
  14. Giao tiếp TTL - CMOS ▪ 5V mức thấp (phù hợp) 14
  15. Giao tiếp TTL - CMOS ▪ 5V múc cao 15
  16. Giao tiếp TTL - CMOS ▪ 5V mức cao 16
  17. Giao tiếp TTL - CMOS ▪ TTL 5V, CMOS 10V 17
  18. Giao tiếp TTL - CMOS ▪ 18
  19. Đặc tính điện của IC (tiếp) ▪ Thời gian truyền: tín hiệu truyền từ đầu vào tới đầu ra của mạch tích hợp phải mất một khoảng thời gian nào đó. Thời gian đó được đánh giá qua 2 thông số:  Thời gian trễ: là thời gian trễ thông tin của đầu ra so với đầu vào  Thời gian chuyển biến: là thời gian cần thiết để chuyển biến từ mức 0 lên mức 1 và ngược lại.  Thời gian chuyển biến từ 0 đến 1 còn gọi là thời gian thiết lập sườn dương  Thời gian chuyển biến từ 1 đến 0 còn gọi là thời gian thiết lập sườn âm  Trong lý thuyết: thời gian chuyển biến bằng 0  Trong thực tế, thời gian chuyển biến được đo bằng thời gian chuyển biến từ 10% đến 90% giá trị biên độ cực đại. 19
  20. Đặc tính điện của IC (tiếp) ▪ Công suất tiêu thụ ở chế độ động:  Chế độ động là chế độ làm việc có tín hiệu. Khi cổng logic hoạt động, nó tiêu thụ công suất điện từ nguồn cấp một chiều, công suất này đổi thành nhiệt làm nóng IC một cách vô ích (công suất tiêu tán)  Là công suất tổn hao trên các phần tử trong vi mạch, nên cần càng nhỏ càng tốt.  Công suất tiêu thụ ở chế độ động phụ thuộc ▪ Tần số làm việc. ▪ Công nghệ chế tạo: công nghệ CMOS có công suất tiêu thụ thấp nhất. 20
  21. Đặc tính điện của IC (tiếp) ▪ Khả năng giao tiếp và kích tải Một cổng logic thường hoạt động với nhiều cổng logic trước và sau nó nên phải có khả năng giao tiếp tự nhiên Mỗi cổng logic phải có khả năng kích các tải , số lượng tải phụ thuộc vào thông số của cổng. 21
  22. Đặc tính điện của IC (tiếp) ▪ Khả năng chống nhiễu Các loại nhiễu (các tín hiệu ngoài ý muốn từ bên ngoài tác động vào mạch, các tín hiệu ngẫu nhiên do chính mạch phát ra) ảnh hưởng lên hoạt động logic của mạch. Do đó các cổng logic có khả năng chống ảnh hưởng của nhiễu càng cao càng tốt. 22
  23. Thông số kỹ thuật của TTL ▪ TTL 23
  24. Thông số kỹ thuật của MOS ▪ MOS 24
  25. Đặc tính cơ của IC ▪ Là đặc tính của kết cấu vỏ bọc bên ngoài. ▪ Có 2 loại thông dụng:  Vỏ tròn bằng kim loại, số chân < 10  Vỏ dẹt bằng gốm, chất dẻo, có 3 loại ▪ IC một hàng chân SIP (Single Inline Package) hay SIPP (Single In-line Pin Package) ▪ IC có 2 hàng chân DIP (Dual Inline Package) ▪ IC chân dạng lưới PGA (Pin Grid Array): vỏ vuông, chân xung quanh 25
  26. Đặc tính cơ của IC (tiếp) ▪ Một số dạng IC: 26
  27. Đặc tính nhiệt của IC ▪ Mỗi một loại IC được chế tạo để sử dụng ở một điều kiện môi trường khác nhau tùy theo mục đích sử dụng nó.  IC dùng trong công nghiệp (thương mại): 0°C70°C  IC dùng trong quân sự: -55°C 125°C 27
  28. NOT NOT 28
  29. NOT ▪ NOT 29
  30. ▪ OR 31
  31. ▪ NAND CMOS, TTL 32
  32. ▪ NOR 33
  33. ▪ Đệm 34
  34. XOR ▪ XOR Vdd T5 T7 A A T6 T8 B B Z A T1 T3 A T2 T4 B B 35
  35. VD: Phần tử AND dùng IC 36
  36. VD: Phần tử AND dùng IC (tiếp) 37
  37. VD: Phần tử OR dùng IC 38
  38. VD: Phần tử NAND dùng IC 39
  39. VD: Phần tử NOR dùng IC 40
  40. VD: Phần tử XOR và XNOR dùng IC 41
  41. Các phần tử logic cơ bản ▪ AND: 74LS08, 4081 ▪ OR: 74LS32, 4071 ▪ NOT: 74LS04/05, 4049, 4069 ▪ NAND: 74LS00, 4011 ▪ NOR: 74LS02, 4001 ▪ XOR: 74LS86, 4070/30 ▪ NXOR: 74LS266, 4077 42