Nauka i technika

Scalone układy cyfrowe dla automatyki napędowej

Układy cyfrowe pracują przy dwójkowych sygnałach logicznych i z tego względu szczególnie nadają się do produkowania w postaci układów scalonych, zwłaszcza że zawierają dużo powtarzalnych podzespołów. Pod względem technologiczno-konstrukcyjnym scalone układy cyfrowe możemy podzielić na dwie grupy: bipolarne (np. TTL lub DTL) i unipolarne typu MOS.

Technologia typu MOS znacznie obniżyła cenę cyfrowych układów scalonych (kalkulatory, zegarki elektroniczne, mikroprocesory pamięci). Jednocześnie układy typu MOS, a szczególnie wariant technologiczny o sprzężeniu ładunkowym, tzw. CCMOS, dają perspektywy produkowania układów scalonych o szczególnie wielkiej skali integracji (powyżej 30 tys. elementów na 1 cm2 struktury scalonej). Umożliwiają budowę pamięci o dużych pojemnościach (np. 256 tysięcy bitów z rejestrami szeregowymi).

W postaci scalonej produkuje się następujące elementy logiczne:

  1. elementy podstawowe, takie jak: negatory, NOR, NAND i przerzutniki,
  2. elementy bardziej skomplikowane, takie jak: liczniki, dekodery oraz pamięci na kilka tysięcy bitów i rejestry,
  3. kalkulatory, mikroprocesory, zegarki elektroniczne, pamięci na kilkadziesiąt tysięcy bitów.

Pod względem liczby elementów podstawowych w jednej kostce układu scalonego elementy scalone dzielimy na trzy grupy:

  • elementy o małej skali integracji (scalenia) — oznaczane przez SS1 — zawierają do 12 podstawowych funktorów logicznych (bramek),
  • elementy średniej skali integracji (MSI) — 12… 100 bramek,
  • elementy dużej skali integracji (LSI) — powyżej 100 bramek.
  • elementy bardzo dużej skali integracji (VLSI — Very Large Scalę Integration) — powyżej 103 bramek.

Grupa średniej integracji zawiera takie elementy, jak np.: liczniki dziesiętne, dekodery dwójkowo-dziesiętne, sumatory (tzn. układy do dodawania liczb) itp.

Bramki iloczynowe w technice scalonej TTL są wytwarzane w oparciu o tranzystory wielo-emiterowe , natomiast w technice MOS – w oparciu o tranzystory unipolarne z izolowaną bramką .

Doprowadzenie zera do któregokolwiek emitera tranzystora 7V (równoznaczne ze zwarciem emitera z masą układu) powoduje zwarcie złącza kolektor-emiter tranzystora T\ do masy, ponieważ baza jego jest spolaryzowana napięciem dodatnim + E przez niewielką rezystancję (4 kQ). W tym stanie tranzystor Ti nie przewodzi, a więc tranzystor T3 przewodzi, a tranzystor TĄ nie przewodzi. Na wyjściu mamy sygnał = 1.

Stan wyjścia zmienia dopiero wprowadzenie jedynek na wszystkie wejścia — emitery tranzystora T. Blokuje to tranzystor Ti, a tym samym podnosi napięcie U\. Tranzystor Ti zaczyna przewodzić, wobec czego następuje zablokowanie tranzystora 73 i odblokowanie tranzystora TĄ. Sygnał wyjściowy x = 0, ponieważ tranzystor TĄ jest w stanie zwarcia.

Z powyższego opisu wynika, że omawiany funktor jest elementem typu NAND czterowejściowym.

W Polsce są produkowane cyfrowe układy scalone serii UCY74, wśród których znajdują się między innymi elementy typu NAND dwu-, trój-i czterowejściowe oraz przerzutniki JK-MS, liczniki i rejestry. Dowiesz się o tym więcej pod tym adresem.

Liczba elementów w kostkach scalonych jest ograniczona tylko liczbą wyprowadzeń. Bramek dwuwejściowych w kostce czternastozaciskowej może być cztery, a trójwejściowych — trzy.

Elementy typu NOR w układach scalonych są wykonywane w postaci układów tranzystorowych – z tranzystorami połączonymi równolegle. Tranzystor T spełnia rolę separatora. Wzmacnia on sygnał x’ i umożliwia większe obciążenie układu. Wszystkie tranzystory wejściowe mają wspólny rezystor kolektorowy, dzięki czemu sygnał wejściowy jest negacją sumy elementów wejściowych.

VN:F [1.9.18_1163]
Ocena: 9.0/10 (1 głos )
VN:F [1.9.18_1163]
Oceny: 0 (z 0 głosów)
Scalone układy cyfrowe dla automatyki napędowej, 9.0 out of 10 based on 1 rating