ЎЗБЕКИСТОН РЕСПУБЛИКАСИ АЛОҚА, АХБОРОТЛАШТИРИШ ВА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ДАВЛАТ ҚЎМИТАСИ

 

ТОШКЕНТ АХБОРОТ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ УНИВЕРСИТЕТИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электроника ва радиотехника

кафедраси

 

 

 

 

 

 

 

 

РАҚАМЛИ МАНТИҚИЙ ҚУРИЛМАЛАРНИ ЛОЙИҲАЛАШТИРИШ

 

фанини ўқитиш бўйича услубий кўрсатмалар

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТОШКЕНТ - 2014

 

УДК 621.385.1

 

Арипов Х.К., Абдуллаев А.М., Алимова Н.Б., Тошматов Ш.Т.

5350300 -

Ахборот-коммуникация технологиялари соҳасида иқтисодиёт ва менежмент

5330600 -

 Дастурий инжиниринг;

5350400 -

АКТ соҳасида касб таълими;

5350600 -

Ахборотлаштириш ва кутубхонашунослик;

5350200 -

Телевизион технологиялар (“Аудиовизуал технологиялари”, “Телестудия тизимлари ва иловалари”);

5350500-

Почта алоқа технологияси;

5330500 -

Компьютер инжиниринги (“Компьютер инжиниринги”, “АТ-сервиси”, “Ахборот хавфсизлиги”, “Мультимедиа технологиялари”);

5350100 -

Телекоммуникация технологиялари (Телекоммуникация технологиялари, Телерадиоэшиттириш, Мобил тизимлар).

таълим йўналишларида таълим олаётган талабалар учун рақамли мантиқий қурилмаларни лойиҳалаштириш фанини ўқитиш бўйича услубий кўрсатмалар, ТАТУ, 2014 й.

 

 

 

 

 

 

 

Маскур услубий кўрсатмаларда рақамли мантиқий қурилмаларни лойиҳалашни истиқболли йўналишлари бўйича бошланғич тушунчалар ва уларнинг амалий татбиқларини ўз ичига олган бўлимларидан ташкил топган.

 

 

 

 

 

© Тошкент ахборот технологиялари университети

 

КИРИШ

 

Замонавий ахборот ва коммуникация технологиялари рақамли мантиқий қурилмаларни лойиҳалаштиришни кенг қўлланишини талаб қилади. Шунинг учун Олий таълим Давлат стандартида “Мухандислик ва мухандислик иши” таълим соҳаларида “Рақамли мантиқий қурилмаларни лойиҳалаштириш” фанига кенг ўрин ажратилган. Рақамли мантиқий қурилмаларни лойиҳалаштириш фани дастури ахборот ва коммуникация технологияларига учун зарур бўлган рақамли мантиқий қурилмаларни лойиҳалаштиришни: мантиқий элементлар, комбинацион турдаги функционал қурилмалар, кетма-кет турдаги функционал қурилмалар, хотира қурилмалар, рақамли мантиқий қурилмаларни лойиҳалашни истиқболли йўналишлари бўйича бошланғич тушунчалар ва уларнинг амалий татбиқларини ўз ичига олган бўлимларидан ташкил топган.

 

Фаннинг мақсад ва вазифалари

 

             Замонавий ахборот ва коммуникация технологиялари мураккаб тизим синфига мансуб бўлиб, улар  турли мураккабликдаги рақамли интеграл схемалардан ташкил топган. Шунинг учун ушбу тизимларни шакллантирувчи рақамли қурилмаларни ўрганиш долзарб масалалардан  бири ҳисобланади. Ушбу фан ахборот ва коммуникация технологияларида ишлатиладиган рақамли қурилмалар турларини, характеристикаларини, уларнинг  тузилиши, ишлаш механизимлари ва улар ёрдамида яратиладиган мураккаб қурилмаларнинг технологик ва схемотехник хусусиятларини ўрганиш масалаларини ўз ичига олади.

             Мазкур фан талабаларга махсус фанларни ўзлаштиришда, кейинчалик эса ишлаб чиқариш, лойиҳалаш ва тадқиқот ишларида керак бўладиган асосий негиз тушунчаларни ўргатади.

 

 

 

 

МАНТИҚИЙ ЭЛЕМЕНТЛАР. МЭЛАРНИНГ УЗАТИШ ХАРАКТЕРИСТИКАЛАРИ

           

Мантиқий элемент (МЭ) деб кириш сигналлари устида аниқ бир мантиқий амал бажарадиган электрон қурилмага айтилади.

РИС яратишда фақат ФТМ функцияларини амалга оширувчи МЭлар қўлланилади. Улар негиз МЭлар деб аталади. Кўп ҳолларда РИСлар ҲАМ-ЭМАС (Шеффер МЭ) ёки ЁКИ-ЭМАС (Пирс МЭ) функцияларини амалга оширувчи негиз МЭлар асосида тузилади.

Рақамли (мантиқий) электрон қурилмалар турли белгиларига кўра синфланишлари мумкин. Ишлаш принципига кўра барча МЭлар икки синфга бўлинадилар: комбинацион ва кетма-кетли.

Комбинацион қурилмалар ёки автоматлар деб, чиқиш сигналлари кириш ўзгарувчилари комбинацияси билан белгиланадиган, иккита вақт моментига эга бўлган, хотирасиз мантиқий қурилмаларга айтилади. Комбинацион қурилмалар ёки ҲАМ-ЭМАС, ЁКИ-ЭМАС ва бошқа алоҳида элементлар ёрдамида, ёки ўрта ИСлар, ёки катта ва ўта катта ИС таркибига кирувчи ИСлар кўринишда тайёрланади. Мазкур ва кейинги бобларда фақат комбинацион МЭларни кўриб чиқамиз.

Кетма – кетли қурилмалар ёки автоматлар деб, чиқиш сигналлари кириш ўзгарувчилари комбинацияси билан белгиланадиган, ҳозирги ва олдинги вақт моментлари учун, яъни кириш ўзгарувчиларининг келиш тартиби билан белгиланадиган, хотирали мантиқий қурилмаларга айтилади. Кетма – кетли қурилмаларга триггерлар, регистрлар, счетчиклар мисол бўла олади.

Иккилик ахборотни ифодалаш усулига кўра қурилмалар потенциал ва импульс рақамли қурилмаларга бўлинади. Потенциал рақамли қурилмаларда мантиқий 0 ва мантиқий 1 қийматларига  электр потенциалларнинг умуман бир – биридан фарқланувчи: юқори ва паст  сатҳлари белгиланади. Импульс рақамли қурилмаларда мантиқий сигнал қийматларига (0 ёки 1) импульслар схемаси чиқишида маълум давомийлик ва амплитудага эга бўлган импульснинг мавжудлиги, иккинчи ҳолатига эса – импульснинг йўқлиги тўғри келади.

Кўриб ўтилган кодлаш усулларининг ҳар бири ўз афзалликлари ва камчиликларига эга.

Рақамли қурилмаларнинг кўпи потенциал синфга мансуб. Мантиқий сигнални потенциал усулда кодлашда, потенциал (кучланиш)нинг қай бир сатҳи мантиқий 1 деб олиниши аҳамиятга эга эмас. Бу кучланишнинг қутби ҳам аҳамиятга эга эмас. Шу сабабли амалиётда ёки мантиқ тури, ёки кучланиш қутби, ёки ҳам у, ҳам бу кўрсатгичи билан фарқланувчи тўртта кодлаш вариантидан бири учраши мумкин. Мантиқий 0 ва 1 ларни ҳар бир вариантда кодлаш усуллари 1 – жадвалда келтирилган.

Мантиқий ўзгарувчини потенциал кодлаш усулида ихтиёрий мантиқий функция қайта улагичлар ёки электрон калитлар асосида яратилади.

 

1 – жадвал

 

Мантиқ тури

Кучланиш манбаи қутби

мусбат

манфий

 

 

Тўғри

 

 

 

 

 

 

Тескари

 

 

 

Электрон калит ёки вентиль деб шундай электрон қурилмага айтилади-ки,  унинг киришдаги бошқарув кучланиши қийматига боғлиқ ҳолда  иккита турғун ҳолатдан бирида: узилган ёки уланган бўлиши мумкин. Содда калитлар асосида анча мураккаб схемалар тузиш мумкин: мантиқий, триггерли ва бошқалар.

Берилган ихтиёрий мураккабликдаги  мантиқий амални бажариш учун  кириш сигналлари  ҳар бири n-та МЭ билан юкланган ва m-та ахборот киришларига эга бўлган кетма – кет уланган МЭлар занжиридан  ўтиши керак (1.1 – расм). ЎКИСларда бир вақтда ишлаётган МЭлар сони бир неча мингтага етиши мумкин.

Бу вақтда, ҳар бир МЭ ўз функциясини бехато бажариши ва ўзгартиришларни бузилишларсиз таъминлаши керак. РИСлар ва рақамли қурилмаларни тайёрлаш, созлаш ва ишлатиш жараёнларида МЭларни ҳар бирини алоҳида мослаштириш ва созлаш таъқиқлангани сабабли, МЭларнинг ўзи қуйидаги фундаментал хоссаларга эга бўлиши лозим.

1. Кириш ва чиқиш бўйича 0 ва 1 сигнал сатҳларининг мослиги. Фақат бу шарт бажарилганда занжирнинг ишга лаёқатлиги сатҳларни мослаштириш учун махсус элементлар қўлланмасдан амалга оширилиши мумкин.

2. Кириш ва чиқиш бўйича етарли юклама қобилияти. Бу шарт, МЭ сигналларни бир неча  киришлардан олганда ва бир вақтнинг ўзида бир неча МЭларни бошқаришида лозим бўлади.  МЭнинг юклама қобилияти одатда чиқиш бўйича тармоқланиш коэффициенти КТАРМ ва кириш бўйича бирлашиш коэффициенти КБИРЛ  билан ифодаланади. КБИРЛ  МЭ киришига уланиши мумкин бўлган бир турдаги МЭлар сонига, КТАРМ эса элемент чиқишига уланиши мумкин бўлган бир турдаги МЭлар сонига тенг. Бу вақтда сигнал шакли ва амплитудаси МЭ бехато ишини кафолатлаши керак.

 

 

1.1 – расм. Мантиқий занжир кўриниши.

 

3. Сигнални шакллантириш (квантлаш) қобилияти. РИС ишлаши учун, сигнал ҳар бир  МЭдан ўтганда стандарт (асимптотик) амплитуда ва давомийликка эга бўлиши лозим.

4. Халақитбардошлик. Халақитбардошлик деганда МЭнинг халақитларга таъсирчан эмаслиги тушунилади. Бу вақтда халақитлар маълум белгиланган даражадан ортмаслиги керак. Акс ҳолда  МЭ бир ҳолатдан иккинчисига ёлғон асосда ўтиши мумкин.

МЭни параметрлари ва шакллантириш хоссалари уларнинг статик ва динамик характеристикаларидан аниқланади.

МЭнинг асосий статик характеристикаси бўлиб  чиқиш кучланишининг кириш кучланишига болиқлиги ҳисобланади. Бу характеристика амплитуда узатиш характеристикаси (АУХ) деб аталади. АУХ  кўриниши  МЭда қўлланилган электрон калит турига боғлиқ бўлади. Кичик қириш сигналларига юқори чиқиш сигналлари мос келадиган элемент, инверслайдиган, кичик кириш сигналларига кичик чиқиш сигналлари мос келадиган  элемент -  инверсламайдиган деб аталади. Характеристиканинг иккила тури 1.2 – расмда келтирилган.

Узатиш характеристикаси, МЭ қандай қилиб мантиқий 0 ва 1 стандарт сингналлар, уларнинг амплитуда қийматлари ҳамда халақитбардошлиги  шаклланишини кузатиш имконини беради. РИСларда асосан инверслайдиган МЭлар кўлланилгани сабабли, унинг АУХсини кўриб чиқамиз (1.3 – расм).

Узатиш характеристикасида 5 та муҳим нуқталар - К, А, В, С, Д ни белгилаш мумкин. К нуқтага МЭ характеристикасининг бирлик кучайтириш чизиғи (КU=1) UЧИҚ=UКИР билан кесишган нуқта мос келади.

 

1.2 – расм. МЭнинг амплитуда узатиш характеристикалари.

 

Бу нуқта квантлаш нуқтаси деб аталади. Бу нуқта ҳолати квантлаш кучланиши деб аталувчи кириш (чиқиш) кучланиши қиймати билан белгиланади. А ва В нуқталар МЭ характеристикасининг бирлик кучайтириш чизиғига перпендикуляр бўлган К нуқта орқали ўтувчи тўғри чизиқ билан кесишган К жойларида олинади.  С ва Д нуқталарда кучланиш бўйича дифференциал узатиш коэффициенти  га тенг бўлади.

Айтайлик, занжирдаги биринчи МЭ киришига ихтиёрий амплитудали сигнал U1 берилди. Бу сигнал U1 < UКВ шартини бажаради. Мантиқий занжир орқали бу сигнал тарқалганда унинг амплитудаси ўзгаришини кузатамиз. Кўриниб турибди-ки, иккинчи элементдаги кириш кучланиши U2, учинчида – U3 ва х.з. бўлади (1.3 – расм).

Кириш кучланишларининг U1, U2, U3 … (UЧИҚ  ўқи бўйлаб) кетма – кетлик қийматлари А нуқтага мос келадиган қийматга тез яқинлашади. Худди шундай, U0  > UКВ шартда кетма – кетликнинг кириш ва чиқиш кучланишлари қийматлари В нуқтага мос келадиган қийматга тез яқинлашади. Демак, сигналлар, 2-3 та кетма–кет уланган МЭлар занжиридан ўтганда иккита аниқ белгиланган дискрет (асимптотик) амплитуда қийматига эга бўлган сигналларга айланади.

МЭнинг халақитбардошлик соҳасини аниқлаш учун 1.4 – расмга мурожаат қиламиз.

Чиқиш мантиқий 1 га мос келган U1ЧИҚ=U1 асимптотик сатҳга А нуқта, чиқиш мантиқий 0 га мос келган U0ЧИҚ=U0 сатҳга эса В нуқта мос келади. Кириш мантиқий 0 га мос келган  U0КИР=U0 асимптотик сатҳга А нуқта,  кириш мантиқий 1 га мос келган U1КИР=U1 сатҳга эса В нуқта мос келади.  айирма эса чиқиш сатҳларининг мантиқий ўзгарииши деб аталади. С нуқтага мос келувчи кириш кучланиши бўсағавий кучланиш  U0БЎС,  Д нуқтага мос келувчи кириш кучланиши эса бўсағавий кучланиш  U1БЎС деб аталади.

 

1.3 – расм. Инверслайдиган элементлар занжирида

0 ва 1 сигналларни квантлаш.

 

Комбинацион қурилмалар учун киришда рухсат этилган халақитлар даражаси квантлаш кучланиши билан мос келадиган мантиқий 0 ва мантиқий 1 ларнинг асимптотик қийматлари орасидаги фарқ кўринишида берилади. Шунга мувофиқ, мантиқий 0 ва мантиқий 1 сигналлари халақитлари даражалари фарқланади. Улар қуйидаги муносабатлардан аниқланади:

 

   ,   .

 

Кетма – кет қурилмаларда рухсат этилган халақит амплитудаси, комбинацион қурилмаларникига нисбатан кичик бўлади ва у қуйидаги ифода билан аниқланади:

  ,   .

Норматив – техник хужжатларда барча РИС турлари (комбинацион ва кетма - кетли) учун қуйидаги ягона статик параметрлар тизими ва уларни аниқлаш қоидалари ўрнатилган:

- мантиқий 0 ва мантиқий 1 чиқиш ва кириш кучланишлари (U0, U1);

- мантиқий 0 ва мантиқий 1 чиқиш ва кириш бўсағавий кучланишлари (U0БЎС, U1БЎС);

- мантиқий 0 ва мантиқий 1 чиқиш ва кириш токлари  (I0КИР, I1КИР, I0ЧИҚ, I1ЧИҚ);

- мантиқий 0 ва мантиқий 1 ҳолатлардаги истеъмол токлари  (I0ИСТ, I1ИСТ);

- истеъмол қуввати  (РИСТ);

- мантиқий 0 га ўзгариш соҳа бўсағаси  (U0БЎС);

- мантиқий 1 га ўзгариш соҳа бўсағаси  (U1БЎС);

- минимал мантиқий ўзгариш  (UМЎ= U1 - U0).

 

1.4 – расм. МЭ халақитбардошлик соҳалари.

 

Бундан ташқари, статик параметрларга мантиқий 0 ва мантиқий 1 ларнинг халақитбардошлиги, ҳамда кириш бўйича бирлашиш коэффициенти КБИРЛ ва чиқиш бўйича тармоқланиш коэффициенти КТАРМ  ҳам киради.

МЭларнинг асосий динамик параметрларига, кириш ва чиқиш импульслари осцилограммаларидан аниқланадиган қуйидаги параметрлар киради:

t1,0 – мантиқий 1 ҳолатидан мантиқий 0 ҳолатига ўзгариш вақти;

t0,1 – мантиқий 0 ҳолатидан мантиқий 1 ҳолатига ўзгариш вақти;

tкеч1,0 – уланишни кечикиш вақти – кириш импульсининг 0,1 ва  чиқиш импульсининг 0,9 сатҳлари билан аниқланган вақт интервали;

tкеч0,1 – узилишни кечикиш вақти – кириш импульсининг 0,9 ва  чиқиш импульсининг 0,1 сатҳлари билан аниқланган вақт интервали;

tтарқ.кеч1,0 – уланганда сигнал тарқалишини кечикиш вақти – кириш ва чиқиш импульсларининг 0,5 сатҳлари билан аниқланган вақт интервали;

tтарқ.кеч0,1 – узилганда сигнал тарқалишини кечикиш вақти – кириш ва чиқиш импульсларининг 0,5 сатҳлари билан аниқланган вақт интервали.

Кетма – кет уланган МЭлар сигналларини вақт бўйича кечикиши ҳисобланганда сигнал тарқалишининг ўртача кечикиши ишлатилади (маълумотномаларда келтирилади)

.

МЭларнинг интеграл параметрлар технология ва схемотехниканинг ривожланиш даражасини акс этади. Асосий интеграл параметрлар бўлиб уланиш иши АУЛ   ва интеграция даражаси  N ҳисобланади.

Қайта уланиш иши ўртача истеъмол қувватини ўртача қайта уланиш вақтига кўпайтмаси орқали аниқланади

.

Технологиянинг ривожланиш даражасига кўра қайта уланиш иши ҳар ўн йилда бир ярим даражага камайиб бормоқда. Шу сабабли бу параметрдан ИС турларини солиштиришда фойдаланиш мумкин. Масалан, бир хил АҚУ=const да элемент ёки юқори истеъмол қувватида юқори тезкорликка, ёки, аксинча, етарлича кичик тезкорликда жуда кичик истеъмол қувватига эга бўлади.

 

         Назорат саволлари

 

1.     Мантиқ алгебрасидаги Буль константаси ва ўзгарувчиси деб нимага айтилади ?

2.     Буль алгебрасининг асосий амалларини санаб беринг. Улар ҳақиқийлик жадваллари ва алгебраик ифодалар орқали қандай ифодаланади ?

3.      Мантиқ алгебраси функциялари ишига сўз билан; ҳақиқийлик жадвали ёрдамида; алгебраик ифодалар ёрдамида мисоллар келтиринг.

4.     Қандай амал функция суперпозицияси деб аталади ?

5.     Функционал тўлиқ мажмуа деб нимага айтилади ?

6.     Рақамли тизимларда қандай физик катталик мантиқий ўзгарувчиларнинг мумкин бўлган  қийматлари билан намоён қилинади ?

7.     Дискрет кучланишни кодлашнинг икки усулини айтиб беринг.

8.     Потенциал кодлаш усулида мантиқий сигнални кодлашнинг тўртта усулини айтиб беринг.

9.     МЭнинг узатиш характеристикаси деб нимага айтилади ?

10.           Узатиш характеристикаларининг қандай турларини биласиз ?

11.           Рақамли схемаларнинг узатиш характеристикаларига қандай талаблар қўйилади ?

12.           Мантиқий ўзгарувчиларнинг асосий параметрларини айтиб беринг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОДДИЙ ИНВЕРТОРЛИ ТТМ.

МУРАККАБ ИНВЕРТОРЛИ ВА ШОТТКИ БАРЬЕРЛИ ТТМ.

 

         Транзистор – транзисторли мантиқ (ТТМ) элементлар кенг тарқалган ва кўп ишлаб чиқариладиган РИС ҳисобланади.

Содда инверторли ТТМ схемаси 2.1 – расмда келтирилган.

Элемент иккита мантиқий киришга эга бўлиб, у кўп эмиттерли транзистор (КЭТ) асосида ҳосил қилинган ток қайта улагичи ва VT1 транзисторли электрон калит (инвертор)дан тузилган. КЭТ ТТМ турдаги МЭларнинг ўзига хос компонентаси ҳисобланади. У умумий база ва умумий коллекторга эга бўлган транзисторли тузилмадир. Стандарт схемаларда киришлар (эмиттерлар) сони КБИРЛ ≤ 8. ТТМ  элементлар таркибидаги КЭТ инверс режимда ёки тўйиниш режимда ишлаши мумкин. КЭТ тузилмаси ва ясалиш технологияси шундайки, ток бўйича кучайтиришнинг инверс коэффициенти  жуда кичик бўлиб, 0,01÷0,05 оралиғида ётади.

 

 

2.1 – расм. Содда инверторли ТТМ МЭ схемаси.

 

 

БТ асосидаги ТТМ ва бошқа турдаги МЭлар ишлаш механизмини кўриб чиқишдан аввал, таҳлил учун зарур бўлган элементар нисбатларга тўхталиб ўтамиз.

МЭларда транзисторлар калит режимида ишлашини инобатга олган ҳолда, таҳлилда очиқ ёки берк p-n ўтиш тушунчаси қўлланилади. Эслатиб ўтамиз, агар ўтишнинг тўғри токи I = 10-3 ÷10-4 А оралиғида ётса, бу диапазон нормал ток режими деб аталади. Токларнинг бу оралиғида кремнийли ўтишда кучланиш U атиги 0,70÷0,63 Вга ўзгаради. Токнинг бошқа I=10-5÷10-6 А диапазонида (бу диапазон микрорежим деб аталади) кучланишнинг қийматлари мос равишда 0,57÷0,52 В  оралиқда ётади.

Шундай қилиб, ток диапазонларига кўра тўғри кулчанишлар бироз фарқланиши мумкин, лекин уларни доимий деб ҳисоблаш ва тўғри ўтиш параметрлари деб қараш мумкин. Унинг учун махсус U* белгилаш киритилади. Хона температурасида нормал режимда U*=0,7 В, микрорежимда эса U*=0,5 В. Агар тўғри кучланиш U* кучланишдан атиги 0,1 В га кичик бўлса, ўтиш деярли берк ҳисобланади, чунки бу кучланишда токлар номиналдан ўнлаб марта кичик бўлади.

Юқори тезкорликка эришиш учун ТТМ транзисторлари нормал ток режимида ишлайдилар. Шунинг учун схеманинг статик режимини таҳлил қилишда қуйидаги соддалаштиришлар қабул қилинган, агар:

- p-n ўтиш орқали тўғри ток оқиб ўтаётган бўлса, у ҳолда ўтиш очиқ ва ундаги кучланиш U*=0,7 В;

- p-n ўтиш кучланиши тескари, ёки  U* дан кичик бўлса, у ҳолда ўтиш берк ва оқиб ўтаётган ток нолга тенг;

- транзистор тўйиниш режимида бўлса, у ҳолда коллектор – эмиттер оралиғидаги кучланиш U*КЭ.ТЎЙ=0,3 ÷ 0,4 В.

ТТМ элементнинг иш механизмини кўриб чиқамиз. Уланиш схемасига биноан КЭТ базасининг потенциали (Б) доим унинг коллектори потенциалидан юқори бўлади. Демак, КЭТ КЎ доим тўғри силжиган бўлади. Транзистор ЭЎларига келсак, улар эмиттер потенциалларининг умумий шинага нисбатан уланишига боғлиқ.

Дейлик, барча киришлар (Х1 ва Х2) потенциаллари кучланиш манбаи потенциалига тенг бўлган максимал қийматга эга бўлсин. Бунда мантиқий 1 сатҳ шаклланади, яъни U1=ЕМ эканлиги равшан. У ҳолда барча ЭЎлар тескари йўналишда уланган бўлади, чунки база потенциали (Б) R1 даги кучланиш пасайиши ҳисобига доим эмиттер потенциалидан паст бўлади. КЭТ таркибидаги параллел ишлаётган транзисторлар инверс уланган бўлади. Айтиб ўтилганидек,   кичик бўлганлиги сабабли, ҳисоблашларда эмиттер токини нолга тенг деб олинади, I0  ток эса кетма – кет уланган  КЭТнинг коллектори ва VT1 нинг ЭЎ орқали оқиб ўтади. I0  қиймати R1 резистор қаршилиги қиймати билан чекланади ва

 

  .

 

R1 шундай танланади-ки, КЭТ токи, демак, VT1 база токи транзисторни тўйиниш шартига мос келсин. Бунда VT1 транзистор очилади ва чиқиш кучланиши U*КЭ.ТЎЙ га тенг бўлиб қолади. Бу эса мантиқий нол сатҳга тенг, яъни U0 = U*КЭ.ТЎЙ  ≤ 0,4 В. Демак, барча киришларга мантиқий 1 берилса, чиқишда мантиқий 0 ҳосил бўлади.

Энди аксинча ҳолатни кўриб чиқамиз. Барча киришлар (Х1 ва Х2) потенциали нолга тенг ёки шу қийматга яқин бўлсин: UХ = U0 = 0. У ҳолда барча ЭЎлар КЎ каби тўғри йўналишда силжиган бўлади. Барча транзисторлар тўйиниш режимига ўтадилар. Бу ҳолатда I0 ток ҳам очиқ ЭЎларидан, ҳам КЭТнинг очиқ КЎдан оқиб ўтиши мумкин.  Ток КЭТ ЭЎлардан оқиб ўтаётганда бу ўтишлардаги кучланиш +0,7 В га тенг бўлади.  Параллел уланган ЭЎларга эга КЭТни икки баробар катта ҳажмдаги ягона транзистор деб қараш мумкин.

КЭТ КЎдан оқиб ўтаётган ток деярли нолга тенг, чунки унга VT1 нинг ЭЎи кетма – кет уланган. Ток бу занжирдан оқиб ўтиши учун, КЭТ база потенциали 2U*=1,4 В га тенг бўлиши керак. Демак, VT1 очиқ, эмиттер ва коллекторнинг қолдиқ токларини нолга тенг деб ҳисоблаш мумкин. Чиқиш кучланиши эса ЕМ га  яқин бўлади, яъни мантиқий 1 сатҳини U1= ЕМ беради. Бу вақтда  I0  қуйидагича аниқланади:

  .

Агар фақат битта киришга мантиқий 0, қолганларига мантиқий 1 берилса, VT1 берк бўлади. Шундай қилиб, бирор киришга мантиқий 0 берилса чиқишда мантиқий 1 олинар экан. Фақат барча киришларга мантиқий 1 берилсагина, чиқишда мантиқий 0 га эга бўламиз. Шундай қилиб, мазкур схема 2ҲАМ-ЭМАС мантиқий амалини бажаради, бу ерда 2 рақами МЭ киришлари сонини билдиради.

Энди, унча катта бўлмаган юклама қобилиятига ва нисбатан кичик тезкорликка эга бўлган ТТМ негиз элементни кўриб чиқамиз. Бу қуйидагилар билан шартланган. Очиқ ҳолатда VT1нинг тўйиниш режими таъминланиши учун R2 қаршилик қиймати катта (бир неча кОм) бўлиши керак. У ҳолда транзисторнинг берк ҳолатдаги мантиқий 1 сатҳи юклама қаршилиги ZЮ га кучли равишда боғлиқ бўлиб қолади. ZЮ деганда мазкур МЭ чиқишига уланган n та худди шундай МЭ ларнинг комплекс қаршилиги тушунилади. Мантиқий 0 ҳолатида (VT1 транзистор очиқ) КЭТ - VT1 тизимнинг ток узатиш коэффициенти қиймати кичик бўлганлиги сабабли, чиқиш кучланиши сатҳи ҳам юклама қаршилиги қийматига қайсидир маънода боғлиқ бўлади. Сабаби, КЭТ инверс уланишида ток узатиш коэффициенти  1 дан кичик бўлади. Актив режимда эса 1 га яқин. Шу сабабли,  бу турдаги МЭ юклама қобилияти кичик ҳисобланади.

МЭ тезкорлиги кириш ва чиқиш кучланишлари ўсиб бориш ва камайиш фронтлари тиклиги билан  аниқланадиган динамик параметрлар билан белгиланади. Ҳар МЭни RC тизим деб қарасак, у ҳолда ундаги кучланиш тиклигини ўзгариши асосан  сиғим СЮ нинг зарядланиш ва разрядланиш вақти давомийлиги билан аниқланади. Юклама сиғими СЮ       p-n ўтишлар, электр боғланишлар, чиқишлар ва х.з.лар сиғимларининг умумий йиғиндиси. Демак, тезкорликни таҳлил қилганда МЭ чиқишига уланган бошқа элементни RC – юклама деб қарашимиз керак. Схемада        МЭ кириши мантиқий 0 ҳолатдан мантиқий 1 ҳолатга ўтаётганда VT1 транзистор беркилади. Шунинг учун юклама сиғими  R2 резистор орқали  зарядланади. R2 нинг қиймати катта бўлганлиги сабабли, зарядланиш вақти доимийси  сезиларли бўлади. МЭ чиқиш сатҳи U0 бўлганда юклама сиғими тўйинган VT1 транзистор орқали разрядланади. Ток узатиш коэффициенти  унча катта бўлмаганлиги сабабли, разрядланиш вақти доимийси  ҳам кичик қийматга эга бўлади.

Кўриб ўтилган камчиликлар  туфайли, 2.1 – расмда келтирилган схема кенг қўлланилмайди. Бу схема асосан ташқи индикация элементларини улаш учун очиқ коллекторли микросхемаларда (2.2 – расм) қўлланилади.

2.2 – расм. ТТМ сериядаги ЁКИ бўйича кенгайтириш схемаси.

 

 

2.3 – расм. Мураккаб инверторли ТТМ МЭ схемаси.

 

Мураккаб инверторли ТТМ схемаси (2.3 – расм) амалиётда кенг қўлланилади. У икки тактли чиқиш каскади (VT2 ва VT3 транзисторлар, R4 резистор ва VD диод), бошқарилувчи фаза ажратувчи каскад (VT1 транзистор, R2 ва  R3 резисторлар) дан ташкил топган.

Фаза тушунчаси (юнонча пайдо бўлиш)га биноан VT1 транзистор берк ва унинг коллекторида (А нуқта) юқори потенциал пайдо бўлиши натижасида VT2 транзистор очилади. VT1 транзисторнинг очиқ ҳолатида унинг эмиттерида   (В нуқта) юқори потенциал пайдо бўлади ва у VT3 ни очади. Демак, VT2 ва VT3 транзисторлар галма – гал (турли тактларда) очиладилар. Шунинг учун чиқиш каскади икки тактли деб аталади.

Схеманинг иш тартибини кўриб чиқамиз. Оддий инверторли ТТМ каби, бу схемада ҳам бирор киришга мантиқий 0 берилса VT1 транзистор берк бўлади. Натижада VT2 транзистор очилади, VT3 транзистор эса беркилади. Юклама сиғими СЮ  эса 2.1 – схемадан фарқли равишда, энди кичик қаршиликка (150 Ом) эга резистор R4, очиқ турган VT2 транзистор ва VD диод орқали зарядланади. Резистор R4 ток чеклагичи бўлиб, у чиқиш тасодифан умумий нуқтага уланганда ўзаро кетма – кет уланган VT2 транзистор ва VD диод орқали оқиб ўтувчи ток қиймати ортиб кетишидан  ҳимоялайди. Бошқа томондан, чиқиш каскадининг қайта уланиш вақтида, яъни VT2 транзистор энди очилаётган, VT3 транзистор эса ҳали беркилиб улгурмаган вақт моментида кучли қисқа импульслар пайдо бўлиши олдини олади. Элемент қайта уланиш вақтида юклама сиғими СЮ  тўйинган VT3 транзисторнинг кичик қаршилиги орқали разрядланади. Бу билан элементнинг юқори тезкорлиги таъминланади.

VD диод вазифасини тушунтирамиз. Диод йўқ деб фараз қилайлик. Бу ҳолда элемент қайта уланиш вақтида, яъни VT3 транзистор очиқ бўлганда VT2 транзистор берк бўлиши, яъни UБЭVT2 кучланиш қиймати 0,7 В дан кичик бўлиши керак. UБЭVT2 ни аниқлаймиз. Бунинг учун элемент чиқиш қисми кучланиши учун қуйидаги муносабатларни ёзиб оламиз: UБVT2 = UБЭVT3 + UКЭ.ТЎЙ.VT1 = 1 В; UЭVT2 = UКЭ.ТЎЙ.VT3 = 0,3 В. У ҳолда UБЭVT2 = UБЭVT3 + UКЭ.ТЎЙ.VT1 - UКЭ.ТЎЙ.VT3= 0,7 В.

Бу вақтда VT2 транзистор очиқ бўлади. Шундай қилиб, VD диод бўлмаганда VT2 транзистор очиқ, U0ЧИҚ кучланиш эса ноаниқ бўлади.  Схемага VD диод  уланганда очиқ VT3 транзистор кучланиши UБЭVT2 + UVD  > UБЭVT3 + UКЭ.ТЎЙ.VT1 - UКЭ.ТЎЙ.VT3; UБЭVT2 + UVD  > UБЭVT3 бўлади. Бу қийматларни мос ўринларга қўйиб 1,4 В > 0,7 В га эга бўламиз. Шундай қилиб, VD диод кучланиш сатҳини силжитувчи элемент вазифасини бажаради ва чиқишда кучланиш U0 бўлганда, VT2 транзисторни аниқ беркилишини таъминлайди.

Юклама қобилияти ёки КТАРМ коэффициенти  VT3 транзисторнинг максимал коллектор токидан келиб чиққан ҳолда аниқланади. Бу вақтда

 

  

 

деб ёзиш мумкин. Бу ерда I0кир – ИМС маълумотномасидан олинадиган параметр. IКмах = ЕМ/R4=30 мА бўлгани сабабли,  I0кир = 1,35 мА бўлганда КТАРМ = 22.

Хулоса қилиб шуни айтиш мумкин-ки, 2.3 – расмда кириш занжирида пунктир билан тасвирланган диодлар акс-садога қарши диодлар деб аталади ва мувофиқлашмаган линия охирларидан қайтган манфий сигналлар (халақитлар) амплитудасини чеклаш учун қўлланилади. Бу сигналлар иккита  p-n ўтиш (диоднинг p-n ўтиши ва КЭТ эмиттер ўтиши) оралиғида бўлиниб, МЭни ёлғон қайта уланишдан сақлайди.

Ҳозирги вақтда ТТМ негиз элементларининг кўп сонли модификациялари яратилган. Ҳар бир модификация параметрлари ёки қўшимча имкониятлари билан ажралиб туради.

Масалан, чиқиш каскадида ток бўйича катта кучайтириш коэффициентига эга бўлган таркибий транзисторлар қўлланиши юклама қобилиятини оширади (2.4, а – расм). Схеманинг ишлаш принципи ўзгармайди. Таркибий транзистор (VT4 ва VT2 транзисторлар) VT3 инверторнинг динамик юкламасини ҳосил қилади. Масаланинг бундай ечилиши барча резисторлар номиналларини икки баробар кичрайтиришга ва бу билан тезкорлик ва юклама қобилиятини оширишга имкон беради. А ва В нуқталар оралиғида иккита кетма – кет уланган транзисторларнинг p-n ўтишларининг мавжудлиги эса VD диод бўлишини талаб қилмайди.

Шоттки диоди ва транзисторларини қўллаш ёрдамида (2.4, б – расм) ТТМ элементининг тезкорлиги оширилган (ТТМШ). Улар транзистор базасида ортиқча зарядларни чиқариб юбориш вақтини сезиларли камайтириш ёки умуман йўқотишга имкон берадилар. Натижада импульс камайиб бориш вақтидаги кечикиш камаяди. Лекин тезкорлик ортиши билан ТТМШ статик параметрлари ёмонлашади. Хусусан, бўсағавий кучланиш қиймати камаяди ва U0ЧИҚ ортади, бу эса ўз навбатида оддий схемаларга нисбатан халақитбардошликни пасайтиради. ТТМШ КИСларнинг негиз элементи ҳисобланади.

Икки йўналишли ахборот шиналари ёки магистрал қурилмалар яратишда, бир неча схема чиқишларини бирлаштириш талаб қилинади. Агар элементлар уланаётганда, улардан бирининг чиқишида паст U0ЧИҚ сатҳ, иккинчисида эса юқори U1ЧИҚ сатҳ бўлса, у ҳолда кетма – кет уланган VT2 ва VT3 транзисторлардан биридан сизилиш токи               Iсиз ≈ (ЕМ – U*) /R4 оқиб ўтади. Бу ток статик режимдаги манба токидан анча катта. Бу вақтда истеъмол қилинаётган қувват кескин ортади ва схема ишдан чиқиши мумкин, чунки VT2, VT3 транзисторлар ва VD диод узоқ муддат катта ток оқиб ўтишига мўлжалланмаган. Бу ҳолат юзага келмаслиги учун чиқиши учта ҳолатга эга бўлган: икки ҳолат – бу оддий  UЧИҚ = U0   ва  UЧИҚ = U1  сатҳлар, учинчиси эса– элемент юкламадан буткул узиладиган “чексиз катта” чиқиш қаршилиги ҳолатини таъминлайди, яъни ток истеъмол қилмайдиган ва узатмайдиган ТТМ элементлар яратилган.

     Бунинг учун мураккаб инверторли схемага қўшимча VT4 транзистор ва R5 резистор уланади (2.4, в – расм).

     а)                                                        б)

       

 

  в)                                                               г)

                      

 

2.4 – расм. ТТМ МЭнинг турли схема вариантлари.

 

     Бошқарувчи кириш Z  га  U0КИР  кучланиш берилса, VT4 транзистор берк бўлиб, схема оддий элемент каби ишлайди. Бошқарувчи кириш Z  га  U1КИР  кучланиш берилса, VT4 транзистор тўйиниш режимига ўтади, VT1, VT2 ва VT3 транзисторлар эса беркилади (учинчи ҳолат).

Бу учинчи ҳолат мантиқий киришлардаги ахборот сигналлари комбинациясига боғлиқ эмас.  Бундай элементлар чиқишларини умумий юкламага улаш мумкин, чунки ихтиёрий вақт моментида юкламага фақат битта элемент “хизмат кўрсатади”, қолган элементлар эса учинчи ҳолатда бўлади.

ТТМнинг бошқа сериялари таркибида махсус элементлар бўлиши мумкин. Улар бу серия имкониятларини ошириш учун мўлжалланган. Улардан бирини кўриб чиқамиз.

Очиқ коллекторли ҲАМ-ЭМАС элементи. Бу схема мантиқий схемаларни ташқи ва индикаторли қурималар, масалан, нурланувчи диодли индикатор, чўлғанувчи лампалар, реле ўрамлари ва х.з. билан мувофиқлаштиришга мўлжалланган.             

Бу схеманинг юқорида кўриб ўтилган элементдан (2.3 – расм) фарқи шундаки, чиқиш каскади юклама резисторисиз бир тактли схемада бажарилган.

2.4, г – расмда очиқ коллекторли ҲАМ-ЭМАС МЭ да индикация элементи сифатида чўғланувчи лампа (ЧЛ) қўлланилган схема кўрсатилган. ЧЛ VT2 транзисторнинг коллектор занжиридаги юклама ҳисобланади ва мантиқий ҳолатларнинг визуал индикатори сифатида хизмат қилади. Агар барча киришларга U1 сатҳ берилса, индикатор нурланади, агар бир ёки бир нечта киришга U0 сатҳ берилса, индикатор нурланмайди. Шунтловчи R4 резистор VT2 транзисторни ҳимоялайди, акс ҳолда чўлғам симиининг қаршилиги совуқ ҳолатда кичик бўлади ва коллектор токининг ортиши кузатилади.

 

2.1 – жадвал

ТТМ элементи сериялари тури

ТТМ РИС параметри

 

серия

стандарт

тезкорлиги юқори

микро-қувватли

Шоттки  диодили

 

К155

130

158

531

К555

I0КИР, мА

1,6

2,3

0,15

2

1

I1КИР, мА

0,04

0,07

0,01

0,05

0,05

U0ЧИҚ, В

0,4

0,35

0,3

0,5

0,5

U1ЧИҚ, В

2,4

2,4

2,4

2,7

2,7

КТАРМ

10

10

10

10

10

КБИРЛ

8

8

2

4

2

tкеч.ўрт, нс

20

10

70

5

20

РИСТ, мВт

22

44

5

19

3,7

fЧЕГ, МГц

10

30

3

50

10

 

Маълумот. Саноатда ТТМ турли элементларнинг фақат бир неча серияси ишлаб чиқарилади (стандарт 133, 155; тезкорлиги юқори бўлган 130, К131; микро қувватли 134; Шоттки  диодили 530, К531; Шоттки  диодили микро қувватли К555). Бу элементларнинг асосий параметрлари   2.1 – жадвалда келтирилган.

ТТМ элементлари потенциал элементлар қаторига киради: улар асосида компьютер схемаларини тузишда улар ўзаро гальваник боғланадилар, яъни конденсатор ва трансформаторларсиз. Мантиқий 1 ва мантиқий 0 асимптотик қийматлари U1 ≥ 2,4 B; U0 ≤ 0,4 B, UҚУ = U1 - U0 = 2 В кучланишлар билан ифодаланади. Юқорида кўриб ўтилган сериялар функционал ва техник тўлиқликка эга, яъни турли арифметик ва мантиқий амалларни, хотирада сақлаш, ёрдамчи ва махсус функцияларни бажаради.

Асосий ТТМ тури бўлиб мантиқий қўпайтириш инкори билан яъни, ҲАМ-ЭМАС амалини бажарадиган Шеффер элементи ҳисобланади. Шеффер элементининг шартли белгиланиши 2.5 – расмда кўрсатилган. Бу ерда         Х1, Х2 – киришлар, У – чиқиш. Минимал киришлар сони нолга тенг. Икки киришли Шеффер элементининг ишлаши ҳақиқийлик жадвалида келтирилган (2.2 – жадвал).

 

2.5 – расм. Икки киришли Шеффер элементи шартли белгиси.

 

 2.2 – жадвал

 

Икки киришли Шеффер элементининг ҳақиқийлик жадвали

 

х1

х2

у = х1· х2

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

         Назорат саволлари

 

1.     ТТМ МЭларнинг кенг тарқалганлигини нима билан тушунтириш мумкин ?

2.     Нима сабабдан U0 ва U1  сатҳлар ТТМ элементлар занжиридан ўтганда стандарт сатҳларга айланади ?

3.     ТТМ МЭлардаги КЭТ тузилмаси хоссалари нима билан тушунтирилади ?

4.     ТТМ МЭларнинг асосий статик ва динамик параметрлари ҳамда характеристикаларини санаб беринг.

5.     ТТМ МЭлар модификацияси вариaнтларини санаб беринг ва қандай мақсадларда ишлаб чиқилганлигини тушунтиринг.

6.     ТТМда бажарилган 3ҲАМ-ЭМАС негиз МЭ схемасини келтиринг ва унинг ишлашини тушунтиринг.

7.     ТТМШ схемадаги диодлар ва Шоттки транзисторлари вазифасини тушунтиринг ?

8.     ТТМ сериядаги ИС асосий параметрларини солиштиринг. Уларни фарқи нимадан келиб чиқади ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИНТЕГРАЛ ИНЖЕКЦИОН МАНТИҚ

 

Микроэлектрон аппаратлар ривожи КИС ва ЎКИС ларни кенг  қўллашга асосланган. Бу билан аппаратларнинг техник-иқтисодий кўрсаткичлари ортмоқда: ишончлилик, халақитбардошлик  ортмоқда, массаси, ўлчамлари, нарҳи камаймоқда ва х.з.

КИС МЭлари тезкорлигининг кичиклигига қарамасдан МДЯ – технологияда бажарилар эди. МЭ тезкорлигини ошириш муаммоси Philips ва  IBM фирмалари томонидан БТ асосида интеграл –инжекцион мантиқ (И2М) негиз элементи яратилишига сабаб бўлди.  

И2М негиз элементи схемаси 3.1, а – расмда келтирилган. Элемент VT1 (p1-n-p2)  ва  VT2 (n-p2-n+) комплементар БТлардан ташкил топган. VT1 транзистор, кириш сигналини инверсловчи  VT2 транзистор учун база токи генератори (инжектори) вазифасини бажаради. VT2 транзистор одатда бир нечта коллекторга эга бўлиб, элемент мантиқий чиқишларини ташкил этади. И2М турдаги элементларда ҳосил қилинган мантиқий схемаларда, VT1 транзистор эмиттери ҳисобланган инжектор (И), кучланиш манбаи билан R резистор орқали уланади ва унинг қаршилиги талаб этилган токни таъминлайди. Бундай ток билан таъминловчи қурилма инжектор токи қийматини, кенг диапазонда  ўзгартириб унинг тезкорлигини ўзгартиришга имкон беради. Амалда инжектор токи 1 нА ÷ 1 мАгача ўзариши мумкин, яъни VT1 транзистор ЭЎидаги кучланишни озгина орттириб (ҳар 60 мВда ток 10 марта ортади) ток қийматини 6 тартибга ўзгартириш мумкин.

И2М ИС кремнийли n+- асосда тайёрланади (3.1, б – расм), у ўз навбатида барча инвертор эмиттерларини билаштирувчи умумий электрод ҳисобланади (расмда битта инвертор кўрсатилган). n-p-n турли транзистор базаси бир вақтнинг ўзида p-n-p турли транзисторни коллектори бўлиб ҳисобланади. Элементларнинг бундай тайёрланиши функционал интеграция дейилади. Бу вақтда турли элементларга тегишли соҳаларни изоляция қилишга (ТТМ ва ЭБМ элементларидаги  каби) эҳтиёж қолмайди. И2М элементи резисторлардан ҳоли эканлигини инобатга олсак, яхлит элемент кристаллда ТТМдаги стандарт КЭТ эгаллаган ҳажмни эгаллайди.

Элементнинг ишлаш принципи. Иккита кетма-кет уланган И2М элементлар занжири 3.2 – расмда тасвирланган. Агар схеманинг киришига  берилган кучланиш  U0КИР < U*  бўлса, у ҳолда қайта уланувчи VT2 транзисторнинг иккала ўтиши берк бўлади. VT1 инжектордан берилаётган ток IМ, қайта уланувчи транзистор базасидан кириш занжирига узатилади. Бу ҳолатда чиқиш кучланиши кейинги каскад қайта  уланувчи VT2/ транзисторининг  тўғри силжитилган p-n ўтиши кучланишига тенг бўлади, яъни            U1ЧИҚ  = U* ≈ 0,7 В. Агар схеманинг киришидаги кучланиш U1КИР > U* бўлса, у ҳолда қайта  уланувчи VT2  транзистор очилади. p2  соҳага келиб тушаётган коваклар бу соҳани тез зарядлайди. VT1 инжектор тўйиниш режимига ўтади. p2  соҳа потенциали инжектор потенциалига деярли тенг бўлади. VT2 транзисторнинг эмиттер-база ўтиши тўғри йўналишда силжийди ва электронларнинг базага, кейин эса коллекторга инжекцияси бошланади.

а)                                                  б)

в)

3.1 – расм. И2М негиз элементнинг принципиал схемаси (а),

топология қирқими (б) ва шартли белгиланиши (в). 

 

 

Коллекторга келаётган электронлар p2  соҳадан келган ковакларни нейтраллайди. Натижада коллектор потенциали пасаяди ва база потенциалидан кичик бўлиб қолади. VT2 транзистор тўйиниш режимига ўтади ва элемент чиқишида тўйинган транзистор кучланишига тенг бўлган кичик сатҳли кучланиш ўрнатилади. Реал шароитда у 0,1÷0,2 В га тенг. Шундай қилиб, И2М негиз МЭ учун қуйидаги муносабатлар ҳақиқийдир:     U0 = 0,1÷0,2 В; U1 = 0,6÷0,7 В. Бундан И2М негиз МЭ учун мантиқий ўтиш UМЎ  = 0,4÷0,6 В эканлиги келиб чиқади.

3.2 – расмдаги схемадан фойдаланиб 2ҲАМ-ЭМАС ва 2ЁКИ-ЭМАС мантиқий амалларини бажарувчи МЭларни тузиш мумкин. 

 3.2 – расм. И2М МЭ занжири.

Масалан, 3.3 – расмда иккита инверторни металл ўтказгичлар билан туташтириш йўли билан 2ЁКИ-ЭМАС функциясини амалга ошириш мумкин. Бу вақтда иккала инвертор VT1 транзисторда осил қилинган ягона  кўп коллекторли (икки коллекторли) инжектордан таъминланади.

Келтирилган схемадан кўриниб турибдики, чиқишлар киришдаги ўзгарувчиларга нисбатан умумий нуқтага параллел уланса ЁКИ-ЭМАС мантиқий амал бажарилади. Чиқиш сигналларига нисбатан эса ҲАМ амали бажарилади. Шуни таъкидлаш керакки, инверторларнинг иккинчи коллекторлари ёрдамида қўшимча кириш сигналларини инкор этиш мантиқий амалини () бажариш мумкин, бу эса ўз навбатида МЭ имкониятларини кенгайтиради.

 

 

3.3 – расм. ЁКИ-ЭМАС амалини И2М мантиқй элементлар асосида

ташкил этиш схемаси.

 

И2М схемалар тезкорлиги инжекция токи IИ га кучли боғлиқ бўлиб, ток ортган сари ортади. Бу вақтда АҚУ  озгина ортади ва 4÷0,2 пДжни ташкил этади. Элемент қайта уланишининг ўртача кечикиш вақти 10÷100 нс, яъни ТТМ элементникига нисбатан бир неча марта катта. Аммо қувват истеъмоли 1-2 тартибга кичик бўлади. Мантиқий ўтиш кичиклиги  туфайли И2М элементининг халақитбардошлиги ҳам кичик (20÷50 мВ) бўлади. Шунинг учун бу схемалар фақат КИС ва ЎКИСлар таркибида ва кичик интеграция даражасига эга мустақил ИСлар сифатида қўлланилади.

И2М МЭнинг Х киришига статик режимда мантиқий 1га мос кучланиш берилганда манба ЕМ дан энергия истеъмол қилиши, унинг камчилиги ҳисобланади.

 

Назорат саволлари

1. И2М МЭ технологияси  нимадан иборат ?

2. И2М МЭ  схемотехник ечими хоссалари нимадан иборат ?

3. Негиз И2М МЭ схемаси ва унинг топологиясини келтиринг.

ЭМИТТЕРЛАРИ БОҒЛАНГАН МАНТИҚ

 

Эмиттерлари боғланган мантиқ (ЭБМ) элементни яратилишига рақамли қурилмалар тезкорлигини ошириш муаммоси сабаб бўлган. ЭБМ  элементда қайта уланувчи транзистор ёки берк, ёки очиқ бўлади ва базада қўшимча ноасосий заряд ташувчилар тўпланаётганда БТ тўйиниш режимида ишлайди. Транзисторни бир ҳолатдан иккинчисига ўтиши узоқ кечадиган жараён бўлганлиги сабабли, ТТМ элемент тезкорлиги чекланган. БТдаги калит инерциялилигини камайтириш мақсадида шундай схемалар яратиш керакки, унда қайта уланувчи транзистор очиқ ҳолатда актив режимда ишласин.

ЭБМ шундай схематехник ечимлардан бири ҳисобланади. БТнинг тўйинмаган режими юклама ва паразит сиғимларни тез қайта зарядланиши учун талаб қилинадиган ишчи токларни ошириш имконини беради. Қайта уланувчи элемент уланиш вақти минимумга келади. Бу вақтда БТнинг беркилиш вақти ортмайди. Шу сабабли ЭБМ элементлар юқори тезкорликка эга.

ЭБМ элемент асосини ток қайта улагичи ташкил этади (4.1 – расм).

У ДК каби иккита симметрик елкадан ташкил топган бўлиб, уларнинг ҳар бири транзистор ва резистордан иборат. Умумий эмиттер занжирида БТГ I0  ишлайди.

4.1– расм. Ток  қайта улагичи.

 

ДКдан фарқли равишда киришлардан бири (VT2) таянч деб аталувчи доимий кучланиш манбаи U0 га уланган. Ток I0  қиймати транзисторнинг актив иш режимига мос келади ва ЭБМ негиз элементларида I0 = 0,5÷2 мА. БТГ мавжудлиги туфайли база потенциалларининг ихтиёрий қийматларида эмиттер ўтишларда автоматик равишда

                                              (4.1)

шарт ўрнатилади.

     Актив режимда эмиттер токининг база – эмиттер кучланишига боғлиқлиги киришдаги VT1 транзистор учун қуйидаги ифода билан аппроксимацияланади

   ,                                    (4.2)

VT2 транзистор учун эса

    .                                    (4.3)

Бу ифодаларда эмиттер токининг UЭБ =0 ва UКБ ≠0 бўлгандаги  қолдиқ қиймати IЭ0. Интеграл технологияда эгизаклик принципига мувофиқ IЭ01 = IЭ02. Хона температурасида 0,025 В.

(4.1), (4.2) ва (4.3)лардан фойдаланиб,

   ,                     (4.4)

га эга бўламиз.

Схема симметрик, шунинг учун иккала БТ база потенциаллари тенг бўлганда   (UКИР = U0) ҳар бир елкадан оқиб ўтаётган ток I0 / 2 га тенг.

Таянч кучланиш U0 = 1,2 В бўлсин. Агар UКИР  қиймати Δ ≤ 0,1 В га камайса,  у ҳолда (4.4) га мувофиқ , IЭ1 ток I0 га нисбатан 1 % гача камаяди, IЭ2 ток эса 99 % гача ортади. Демак, кириш сигнали U-КИР  ≤ U0 – Δ (мантиқий 0) бўлганда VT1 транзистор берк бўлади, VT2 транзистордан эса тўлиқ I0 токи оқиб ўтади.

Агар аксинча бўлса, яъни  UКИР  қиймати Δ ≥ 0,1 В га ортса,  у ҳолда (4.4) га мувофиқ, IЭ1 ток I0 га нисбатан 99 % гача ортади, IЭ2 ток эса 1 % гача камаяди. Демак, кириш сигнали U+КИР  ≥ U0 + Δ (мантиқий 1) бўлганда VT2 транзисторни берк деб ҳисоблаш мумкин, VT1 транзистордан эса тўлиқ I0 ток оқиб ўтади. Натижада идеал ток қайта улагичига эга бўлдик. Сатҳлар орасидаги фарқ  - қайта уланиш кичиклиги унинг камчилиги ҳисобланади, чунки қайта уланиш соҳаси кириш сигналларини таянч кучланиш U0 дан UҚУ=U+КИР–U-КИР=2Δ≈ 0,3 В қийматга ўзгариши билан аниқланади. Демак, халақитбардошлик ҳам кичик бўлади. Лекин мантиқий ўтиш вақтининг кичиклиги, ҳамда тўйиниш режимининг йўқлиги ҳисобига ток қайта улагичининг қайта уланиш вақти жуда кичик бўлиб, 3 нсдан ошмайди.

Транзистор актив режимда қоладиган максимал U+КИР қийматини аниқлаймиз. Бунинг учун UКБ≥0 (UК≥UБ) шарт бажарилиши керак. Транзисторнинг база потенциали кириш сигнали билан, коллектори потенциали эса

                                      (4.5)

 

ифода ёрдамида аниқланади.

У ҳолда транзистор актив режим чегарасида (UК =UБ) қоладиган U+КИР  қиймати қуйидаги муносабат билан аниқланади

 

.                             (4.6)

(4.6) шарт бажарилиши, берилган ЕМ, U0 ва U+КИР қийматларида транзисторнинг актив иш режими таъминланиши учун RК резисторлар қаршилиги кичик (200 Омгача) қилиб танланади.

Алоҳида калитлар (қайта улагичлар) асосан аналог схемаларда қўлланилади. Мантиқий схемаларда ҳар бир қайта улагич чиқиши бир ёки бир неча бошқа қайта улагичлар киришига уланади. Қайта улагичлар кетма –кетлиги ишга лаёқатлигини таъминлаш мақсадида кириш ва чиқишлар бўйича мантиқий 0 ва мантиқий 1 сатҳлар мувофиқлаштирилган бўлиши керак. Афсуски, мазкур турдаги қайта улагичларда сатҳлар мослиги мавжуд эмас, чунки У1 ва У2 чиқишлардан олинаётган чиқиш кучланиши доим U0 дан катта бўлади.  Шу сабабли бундай қайта улагичларни кетма – кет улаб бўлмайди. Бунинг учун махсус мувофиқлаштирувчи каскадлар қўлланилади. Улар кучланиш сатҳини силжитиш қурилмаси деб аталади. Эмиттер қайтаргичлар бундай қурилманинг содда схемаси бўлиб ҳисобланади. Қайтаргичда чиқиш (эмиттер) потенциалининг сатҳи таянч потенциал сатҳидан U* катталикка паст бўлади.

Ток қайта улагичини ЭБМ элементга ўзгартириш учун унинг чап елкасини параллел уланган (киришлари бўйича) транзисторлар билан алмаштириш керак. Иккита киришли ЭБМ элемент схемаси 4.2 – расмда келтирилган.

VT1 ва VT2 транзисторлардан ихтиёрий бирининг (ёки бароварига) беркиилиши I0 токни чап елкадан ўнг елкага ўтишига олиб келади.

VT4 ва VT5 эмиттер қайтаргичлар колектор потенциаллари сатҳлари U* катталикка силжитилади, бу билан ЭБМ занжирнинг ишга лаёқатлиги таъминланади.

 

4.2 – расм. Иккита киришли ЭБМ МЭ схемаси. 

Дейлик, иккала киришга мантиқий 0 потенциал берилган бўлсин. У ҳолда VT1 ва VT2 транзисторлар берк, VT3 транзистор очиқ бўлади. Демак, У1 чиқишда мантиқий 1 сатҳи ўрнатилади. VT1 ва VT2 транзисторлар берк бўлганлиги сабабли уларнинг коллектор потенциаллари UК1,2 = ЕМ.  VT4 ЭЎидан U*  кучланишни олиб ташласак, мантиқий 1 сатҳ

.                                              (4.7)

эканлиги келиб чиқади.

VT3 транзистор билан VT5 қайтаргич ҳам мантиқий функция бажарадилар. Х1=Х2= U0  бўлганда VT3 транзистор очиқ, демак У2 чиқишда мантиқий 0 сатҳи ўрнатилади. VT3 транзистор тўйиниш чегарасида турибди деб фараз қилайлик, яъни     UКБ3 = 0. У ҳолда транзистордаги қолдиқ кучланиш ЭЎдаги кучланишга тенг бўлади   (UҚОЛ = U*). U*  кучланишни олиб ташласак ва (4.7) ифодага қўйсак, мантиқий 0 саҳига эга бўламиз

 

.                                            (4.8)

(4.7) ва (4.8) ифодалардан фойдаланиб, мантиқий ўтиш қийматини аниқлаймиз

0,7 В.

Энди бирор киришга, масалан Х1 га мантиқий 1 потенциал берилган бўлсин. У ҳолда VT1 транзистор очилади, VT3 транзистор эса беркилади. Натижада У1 чиқишда мантиқий 0 кучланиши, У2 чиқишда эса мантиқий 1 кучланиши ўрнатилади. Иккала киришга мантиқий 1 берилганда ҳам вазият ўзгармайди. Ҳосил бўлган ҳақиқийлик жадвали 12.2 – жадвалда келтирилган. Жадвалдан, схема У1 чиқиш бўйича  мантиқий амалини, У2  чиқиш бўйича эса  мантиқий амалини бажариши маълум бўлиб турибди.

Шуни таъкидлаш керак-ки, чиқишда эмиттер қайтаргичларнинг қўлланилиши мантиқий ўтишни 0,7В гача ва халақитларга бардошликни деярли 0,3В гача оширди. Бундан ташқари, эмиттер қайтаргичдаги кичик чиқиш қаршилиги туфайли схеманинг юклама қобилияти ортди ва юкламадаги сиғим қайта зарядланиши тезлашди.

Манбанинг манфий қутби умумий деб олинган ЭБМ схеманинг камчилиги бўлиб чиқиш сигнали мантиқий сатҳларининг  кучланиш манбаи қийматига боғлиқлиги ҳисобланади. Бу (4.7)  ва (4.8) лардан келиб чиқади. Бундан ташқари, чиқиш умумий нуқта билан қисқа туташганда эмиттер қайтаргич транзистори ишдан чиқади.

Кучланиш манбаи ЕМ нинг мусбат қутбини умумий нуқтага улаб айтиб ўтилган камчиликларни бартараф этиш мумкин. У ҳолда

 - 0,7 В;   

 - 1,4 В.

Бунда, схеманинг иш принципи, албатта ўзгаришсиз қолади.

500 серияга мансуб ЭБМ элементнинг принципиал электр схемаси     4.3 – расмда келтирилган.

12

 

4.3 – расм. 500 серияга мансуб иккита киришга эга  ЭБМ элемент схемаси.

 

Ўзгармас ток генератори (манбаи) I0 ни турли усуллар билан амалга ошириш мумкин. Мазкур схемада ток манбаи сифатида токни барқарорлаштирувчи резистор R3 қўлланган. Унинг қаршилиги R1 (R2) резисторларнинг максимал қийматларидан  анча катта бўлиши керак. Бундай манбада I0 қиймати қайта уланиш вақтида ўзгаради, лекин U0 ва  U1 қийматларига таъсир кўрсатмайди.

Таянч кучланиш U0  қиймати, ҳамда U0 ва  U1  қийматлари температура ва бошқа омиллар таъсирида ўзгаради. ЭБМ схемаларда халақитларга бардошлик  юқори бўлмагани сабабли, схемаларни ишга лаёқатлигини сақлаб қолиш мақсадида кенг ишчи шароитлар диапазонида температурага барқарор таянч кучланиш манбаи қўлланилади. У R5, VD1, VD2, R4  лардан иборат бўлган кучланиш бўлгичи ва VT5, R0 дан тузилган эмиттер қайтаргичдан ташкил топган. VD1 ва VD2 диодлар транзисторнинг UБЭ  кучланиши ўзгарганда I0 токи ўзгариши ҳисобига температура ўзгаришини компенсациялайдилар. R0 резистор VT5 транзистор эмиттер токи қийматини ошириш учун хизмат қилади ва натижада, унинг ток бўйича кучайтириш коэффициенти ортиб, частота параметрлари яхшиланади. Одатда битта U0  манба ягона кристаллда жойлашган бир неча (5-10 тагача) ЭБМ элементларни таянч кучланиш  билан таъминлайди.

ЭБМ элементлар ўта юқори тезликда ишловчи тизимлар учун негиз ҳисобланади. Элементларни монтаж усулда бирлаштириш йўли билан турли функцияларни амалга ошириш имконияти туғилади.

Юқоридагилардан келиб чиқадики, ЭБМ схемотехникаси ТТМга нисбатан функционал жиҳатдан мосланувчан ва турли мураккабликдаги мантиқ алгебрасини яратиш имконини беради. Бу хосса матрицали кристаллар асосида  буюртмага асосан   КИСлар яратишда кенг қўлланилади.

Бундан ташқари, кўпгина махсус мақсадлар учун ишлаб чиқилган ЭБМ схемалари мавжуд (иккилик ахборотни индикация қилиш учун, маълум шаклдаги сигналларни шакллантириш учун ва бошқалар).

ЭБМ элементлари бир неча серия (К137, К187, К229, 100, К500, 500 ва бошқалар) кўринишида ишлаб чиқарилади. Бу сериялар функционал ва техник тўлиқликка эга, яъни  ихтиёрий арифметик ва мантиқий амалларни, ҳамда сақлаш, ёрдамчи ва махсус функцияларни бажарлиишини таъминлайди. ЭБМ элементлар параметрлари 4.1 – жадвалда келтирилган.

4.1 – жадвал

ЭБМ серия элементлари турлари

ЭБМ РИС параметрлари

серия

К137

100, К500, 700

1500

I0КИР, мкА

0,5

0,5

0,5

I1КИР, мкА

200

265

200

U0ЧИҚ, В

- 1,6

- 1,6

- 1,65

U1ЧИҚ, В

- 0,8

- 0,9

- 0,96

КТАРМ

15

15

15

КБИРЛ

9

9

9

tўрт.кеч, нс

6

2,9

0,7

РИСТР, мВт

70

35

50

IМ, мА

15

26

-

ЕМ, В

- 5,2

- 5,2

- 4,5

 

ЭБМ негиз элементининг шартли гарфик белгилиниши 4.4 – расмда кўрсатилган бўлиб, у ерда Х1, Х2 - киришлар, У1 – инверс чиқиш; У2 –тўғри чиқиш. Элемент мусбат мантиқ учун бир вақтнинг ўзида иккита функцияни амалга оширади: У1 чиқиш бўйича 2ЁКИ-ЭМАС (Пирс элементи)  ва У2 чиқиш бўйича 2ЁКИ (дизъюнкция). Икки киришли МЭнинг ҳақиқийлик жадвали 4.2 – жадвалда келтирилган.

4.4 – расм. Икки киришли ЭБМ элементнинг шартли гарфик белгиланиши

 

 4.2 - жадвал

 

Икки киришли ЭБМ элементнинг

ҳақиқийлик жадвали

 

х1

х2

у1

у2

0

0

1

0

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

0

1

Назорат саволлари

 

1. ЭБМ  МЭларнинг тезкорлиги нима билан тушунтирилади ?

2. ЭБМ негиз МЭ схемасида асосий тугунларни ажратиб кўрсатиш мумкинми ?

3. Нима сабабдан кўпчилик ЭБМ МЭларда эмиттер қайтаргичлар қўлланилади ?

4. Ток қайта улагичи схемасини келтиринг.

МДЯ ТРАНЗИСТОРИДА ЯСАЛГАН МАНТИҚИЙ ЭЛЕМЕНТЛАР

 

         Ахборотни қайта ишлаш ва сақлаш вазифаларини бажарувчи замонавий микроэлектрон аппаратларда  турли интеграция даражасига эга бўлган ИМСлар ишлатилади. Айниқса КИС ва ЎКИС интеграция даражасига эга бўлган ИМСлар кенг қўлланилмоқда.

ТТМ ва ЭБМ элементлари юқори тезкорликни таъминлайдилар, аммо истеъмол қуввати ва ўлчамлари катта бўлганлиги сабабли, фақат кичик ва ўрта интеграция даражасига эга бўлган ИМСлар яратишдагина қўлланилади.

1962 йилда планар технологик жараён асосида кремний оксидили (SiO2) МДЯ – транзистор яратилди, кейинчалик эса унинг асосида гуруҳ усулида ишлаб чиқариш йўлга қўйилди.

Интеграл БТлардан фарқли равишда бир турдаги МДЯ интеграл транзисторларда  изоляцияловчи чўнтаклар ҳосил қилиш талаб этилмайди. Шунинг учун, бир хил мураккабликка эга бўлганда, МДЯ – транзисторли ИМСлар БТларга нисбатан кристалда кичик ўлчамларга эга ва ясалиш технологияси содда бўлади. Кремний оксидили МДЯ ИСларнинг асосий камчилиги –тезкорликнинг кичиклигидир. Яна бир камчилиги – катта истеъмол кучланиши бўлиб, у МДЯ ИСларни БТ ИСлар билан мувофиқлаштиришни мураккаблаштиради. МДЯ ИСлар асосан унча катта бўлмаган тезкорликка эга бўлган ва кичик ток истемол қиладиган мантиқий схемалар ва КИСлар яратишда қўлланилади. МДЯ ИСларда энг юқори нтеграция даражасига эришилган бўлиб, бир кристалда юз минглаб ва ундан кўп компонентлар жойлашиши мумкин.

МДЯ – транзисторли мантиқ (МДЯТМ) асосида юкламаси МДЯ – транзисторлар асосида яратилган электрон  калит - инверторлар ётади. Схемада пассив элементларнинг ишлатилмаслиги, ИМСлар тайёрлаш технологиясини соддалаштиради.

Мантиқий ИМСлар тузишда n – ёки р – канали индукцияланган МДЯ – транзисторлардан фойдаланиш мумкин. Кўпроқ n – каналли транзисторлар қўлланилади, чунки электронларнинг ҳаракатчанлиги  ковакларникига нисбатан юқори бўлганлиги сабабли мантиқий ИМСларнинг юқори тезкорлиги таъминланади. Бундан ташқари, n – МДЯТМ схемалар  кучланиш номинали ва мантиқий 0 ва 1 сатҳлари бўйича ТТМ схемалар билан тўлиқ мувофиқликка эга.

Содда 2ҲАМ-ЭМАС ва 2ЁКИ-ЭМАС МЭ схемалари 5.1 – расмда келтирилган.

Бу схемаларда юклама сифатида ишлатилаётган VT0 транзисторлар  доим очиқ ҳолатда бўлади, чунки уларнинг  затворлари кучланиш манбаининг мусбат қутбига туташган. Улар ток чеклагичлар (динамик қаршиликлар) вазифасини бажаради.

2ҲАМ-ЭМАС схемада (5.1, а – расм) пастки VT1 ва VT2 транзисторлар кетма – кет, 2ЁКИ-ЭМАС схемада эса (5.1, б – расм)  – параллел уланади.

2ҲАМ-ЭМАС МЭ ишини кўриб чиқамиз. Агар қайта уланувчи транзисторлар бирининг киришидаги потенциал бўсағавий потенциал U0 дан кичик бўлса, яъни  UКИР < U0 (мантиқий 0) бўлса, у ҳолда бу транзистор берк бўлади. Бу вақтда юкламадаги VT0 транзистор сток токи ҳам нолга тенг бўлади. Шу сабабли, схеманинг чиқишида манба кучланиши ЕМ қийматига яқин бўлган, яъни мантиқий бирга мос кучланиш ўрнатилади.

Иккала киришга мантиқий 1 сатҳга мос (U1КИР > U0) мусбат потенциал берилса, иккала транзистор очилади ва чиқишда мантиқий 0 (U0ЧИҚ < U0) ўрнатилади.

2ЁКИ –ЭМАС элементда (5.1, б – расм) бирор киришга юқори сатҳ кучланиши (U1КИР> U0) берилса, мос равишда VT1 ёки VT2 транзистор очилади ва чиқишда мантиқий  0 (U0ЧИҚ < U0) ўрнатилади.

Агар иккала киришга мантиқий 0 даражаси берилса, VT1 ва VT2 берк бўлади. Чиқишда эса юқори сатҳ кучланиши – мантиқий 1 ўрнатилади.

 

а)                                                     б)

 5.1 – расм. n – МДЯ транзисторли мантиқ элементлар схемалари.

 

U0ЧИҚ < U0 бўлиши учун, қайта уланувчи транзистор (ҚУТ) канали кенглиги юклама вазифасини бажарувчи транзистор (ЮТ) канали кенглигидан катта, ҚУТ канал узунлиги эса ЮТ никидан кичик бўлиши керак. Инвертор статик режими ва ўтиш жараёнлари таҳлил шуни кўрсатдики, тезкорлик ва истеъмол қуввати нуқтаи назаридан  ЕМ = (2÷3)U0 кучланиш қиймати оптимал ҳисобланади. Демак, U0 = 1,5 ÷ 3 В  бўлганда    ЕМ = 4,5 ÷ 9 В бўлади.

МДЯТМ элементларда реал U0ЧИҚ қиймати U0 = UҚОЛ ≈ 0,2 ÷ 0,3 В дан катта эмас,  U1ЧИҚ  қиймати  эса U1ЧИҚ  ≈ ЕМ.

Мос равишда мантиқий ўтиш

 

 .

МДЯТМ элементнинг яна бир афзаллиги – халақитбардошлиги юқорилигидадир.  БТлардаги МЭларда мантиқий 0 нинг халақитбардошлиги (1÷2)U*, яъни 0,7÷1,4 В бўлганда, МДЯТМ да U0ХАЛ = U0 - U0 ≈ 1,5 ÷ 3 В бўлади.

ҲАМ-ЭМАС элементида киришлар сони ортган сари халақитбардошлик камаяди, чунки бир вақтда барча транзисторларнинг  қолдиқ кучланишлари UҚОЛ ортади. Шу сабабли ҲАМ-ЭМАС элементларда киришлар сони 4 тадан ортмайди, ЁКИ-ЭМАС элементларда эса 10-12  тагача етади. Амалда ЁКИ-ЭМАС элементлар кўп қўлланилади, ҲАМ-ЭМАС  элементлар эса фақат ИС серияларининг функционал тўлиқлиги учун ишлатилади. МДЯ схемаларнинг юклама қобилияти катта, чунки кириш (затвор) занжири деярли ток истеъмол қилмайди. Демак,  иш жараёнида занжирдаги барча МЭлар бир – бирига боғлиқ бўлмаган ҳолда ишлайдилар, U0 ва U1  сатҳи эса юкламага боғлиқ бўлмайди.

МДЯ – тузилма элементлари тезкорлиги эса кириш ва чиқиш занжирларини шунтловчи сиғимларнинг қайта зарядланиш вақти билан аниқланади. Тезкорликни ошириш йўлидаги барча уринишлар бошқа камчиликларни юзага келтирди. Масалан, тезкорликни ортиши юкламадаги сиғимларни қайта зарядланиш токи қийматини ортишига олиб келади. Лекин, бу усул истеъмол қувватини ва чиқишдаги мантиқий сатҳлар нобарқарорлигини ортишига олиб келади. Кўрсатилган қарама – қаршиликлар турли ўтказувчанликка эга (комплементар) транзисторли калитлар ёрдамида, схемотехник усулда бартараф этилиши мумкин.

 

         Назорат саволлари

 

1. Динамик юкламали МДЯ – транзисторли электрон калит схемасини келтиринг.

2. Бир турдаги МДЯ – транзисторли  3ҲАМ-ЭМАС ва 3ЁКИ-ЭМАС амалларини бажарувчи МЭ схемасини келтиринг ва уларни ишлашини тушунтиринг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОМПЛЕМЕНТАР ИНВЕРТОРЛАР

 

Комплементар МДЯ-транзисторли электрон калитларнинг статик режимда қувват истеъмоли ўнларча нановаттни ташкил этиб, тезкорлиги эса 10 МГц ва ундан юқори частоталарда ишлашга имкон беради. МДЯ – транзисторли РИСлар ичида комплементар МДЯ-транзисторли МЭлар (КМДЯТМ) юқори халақитбардошликка эга бўлиб, кучланиш манбаи қийматининг 10÷45% ни ташкил этади. Яна бир афзаллиги – кучланиш манбаидан самарали фойдаланиш ҳисобланади, чунки мантиқий ўтиш деярли кучланиш манбаи қийматига тенг. Демак РИСлар кучланиш манбаи қийматининг ўзгаришига сезгир эмас. КМДЯ-транзисторли МЭда кириш ва чиқиш сигналлари қутблари ва сатҳлари мос тушади, бу эса ўз навбатида МЭларни ўзаро бевосита улаш имкониятини беради (сатҳ силжитиш қурилмаси талаб этилмайди).

КМДЯ-транзисторларда ҲАМ-ЭМАС  ва ЁКИ-ЭМАС мантиқий амаллар осон ташкил этилади. ҲАМ-ЭМАС мантиқий амали кириш транзисторларини кетма – кет улаш йўли билан, ЁКИ-ЭМАС мантиқий амали эса – уларни параллел улаш йўли билан амалга оширилади. Бу вақтда ҳар бир кириш учун калит-инверторни ҳосил қилувчи иккита транзистор талаб қилинади. Юкламадаги р – каналли ва қайта уланувчи n – каналли транзисторларнинг бундай комбинацияси КМДЯ – транзисторларнинг асосий хоссаси – статик режимда ихтиёрий кириш сигналида ток истеъмол қилмаслик шартини сақлаб қолади.

 

а)                                                               б)

 

6.1 – расм. КМДЯ транзисторлар асосидаги  2ҲАМ-ЭМАС (а)  ва

2ЁКИ-ЭМАС (б) мантиқ элементларнинг схемаси.

 

2ҲАМ-ЭМАС схемада юклама вазифасини бажарувчи транзисторлар бир-бирига параллел уланади (6.1, а – расм), 2ЁКИ-ЭМАС схемада эса – кетма – кет (6.1, б– расм). Бундай принцип ёрдамида фақат икки киришли элементлар эмас, балки киришлар сони катта бўлган схемалар ҳам тузилади.

2ҲАМ-ЭМАС схема (6.1, а – расм) қуйидагича ишлайди. Схема киришларига U0КИР < UnБЎС  кучланиш берилса, барча қайта уланувчи   (n – каналли транзситорлар) очиқ бўлиб, чиқиш кучланиши U0 га тенг бўлади. Кириш сигналларининг бошқа комбинацияларида кетма-кет уланган қайта уланувчи транзисторлардан бири беркилади. Бу вақтда чиқиш кучланиши    U1 = ЕМ  га тенг бўлади.

2ЁКИ-ЭМАС схема (6.1, б – расм) қуйидагича ишлайди. Схема киришларига U0КИР < UnБЎС  кучланиш берилса, қайта уланувчи n – каналли транзисторлар берк бўлади, чунки уларда канал индукцияланмайди. р – каналли транзисторларда эса канал индукцияланади, чунки уларнинг затворлари асосга нисбатан манфий потенциалга эга бўлади. Бу потенциал қиймати U0КИР – ЕМ ≈ – ЕМ бўлиб, бўсағавий кучланиш қийматидан катта бўлади. Лекин, каналлардан берк транзисторларнинг жуда кичик токлари оқиб ўтади. Шу сабабли каналлардаги кучланиш пасайиши деярли нольга тенг бўлади ва чиқиш кучланиши U1 = ЕМ бўлиб мантиқий 1 га мос келади.

Агар қайта уланувчи транзисторлардан бирининг затворидаги кириш кучланиши  бўсағавий кучланиш қийматидан катта бўлса U1КИР > UnБЎС, бу транзисторда канал индукцияланади. Унга мос келадиган юклама транзисторида эса канал йўқолади, яъни транзистор беркилади. Схема чиқишидаги кучланиш қолдиқ кучланиш қийматига тенг, яъни деярли ноль бўлади. Шу сабабли уни мантиқий 0 сатҳ  U0 = 0 деб ҳисоблаш мумкин.

Демак, мантиқий ўтиш UМ = ЕМ ни ташкил этади.

Статик ҳолатда КМДЯ-транзисторларда бажарилган элементлар  қувват истеъмол қилмайдилар, чунки транзисторларнинг бир гуруҳи берк бўлиб, деярли ток истеъмол қилмайди. Бу вақтда улардан берк транзисторларнинг жуда кичик токи оқиб ўтади. Шу сабабли РИС истеъмол қилаётган қувват минимал бўлиб, асосан сиғимларни қайта зарядлаш учун сарфланаётган қувват билан аниқланади.

КМДЯТМ элементларнинг тезкорлиги МДЯТМ элементлар тезкорлигига нисбатан сезирларли даража юқори. Бу ҳолат, КМДЯТМ элементларида канал кенглигига чекланишлар қўйилмаганлигидан келиб чиқади. Чунки паразит сиғимлар қайта зарядланадиган очиқ транзисторларда етарли ўтказувчанликни таъминлаш мақсадида канал кенглиги анча катта олинади.

Саноатда КМДЯ-транзисторлар асосида яратилган МЭлар бир неча серияда ишлаб чиқарилади: 164, К176, К564, 764,765. Бу сериялар  функционал ва техник тўлиқликка эга, яъни ихтиёрий арифметик ва мантиқий амалларни, ҳамда сақлаш, ёрдамчи ва махсус функцияларни бажаради.

Турли сериядаги КМДЯТМ асосий параметрлари 6.1 – жадвалда келтирилган.

 

 

 

 

6.1 – жадвал

КМДЯТМ серия элементларининг асосий параметрлари

 

КМДЯТМ РИС параметрлари

серия

164

176

561

564

tўрт.кеч, нс

200

250

50

50

РЎРТ, мВт

0,1

0,1

0,1

0,1

ЕМ, В

9

9

5

9

U0ЧИҚ, В

0,5

0,3

0

0

U1ЧИҚ, В

7,7

8,2

5

9

КТАРМ

50

50

50

50

 

 

         Назоравт саволлари

 

1.     КМДЯ – транзисторли инвертор МЭ схемасини тушунтиринг.

2.     КМДЯ – транзисторли 3ҲАМ-ЭМАС ва 3ЁКИ-ЭМАС МЭлари схемасини тушунтиринг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАРЯД АЛОҚАЛИ АСБОБЛАР

 

         Заряд алоқали асбоб (ЗАА) (7.1 – расм) юпқа диэлектрик қатлам Д билан қопланган ва юзасига 12 та бошқарувчи метал электродлар тизими жойлаштирилган яримўтказгич кристалдан (масалан  р – турли) иборат. Шундай қилиб 12 та МДЯ – тизим ҳосил қилинади. Тизимлар сони N элементлар орасидаги масофага, ёзувчи импульс давомийлигига боғлиқ бўлади ва N = 200 га етиши мумкин. Ҳар бир электрод кенглиги                    10 ÷ 12 мкм ни, улар орасидаги масофа эса 2 ÷ 4 мкм ни ташкил этиши мумкин.

 

Безымянный01

 

7.1 – расм. ЗАА туркумидаги уч фазали силжитувчи

регистр тизимида заряд кўчиши.

 

 

Барча электродларга бўсағавий кучланиш U0 берилганда диэлектрик билан яримўтказгич орасида камбағаллашган соҳа ҳосил бўлади, бу соҳа потенциал чуқур деб аталади. Алоҳида электроддаги кучланиш қиймати ахборотни сақлаш кучланиши          UСАҚ  > U0 гача ўзгартирилганда, ушбу электрод остидаги камбағаллашган соҳа яримўтказгичнинг бошқа юзаларига қараганда “чуқурроқ” бўлади. Потенциал чуқурда электронларни (пакетини) тўплаш мумкин. Демак, МДЯ – тузилма маълум вақтгача потенциал чуқурдаги зарядга мос ахборотни эслаб қолувчи элемент сифатида хизмат қилиши мумкин. Электрон пакет динамик бир жинсликмасликни ташкил этади. Электрон пакетни сақлаш жараёнида маълум электрод (затвор) остида термогенерация ҳисобига қўшимча электронлар ҳосил бўлиши мумкин. Агар заряд ўзгаришининг рухсат этилган қиймати 1 % ни ташкил этса, ахборотни сақлаш вақти эса бир неча секунддан ошмайди. Шунинг учун ЗАА динамик турдаги асбобдир. Бирламчи тўпланган ва маълум аниқ потенциал чуқур билан боғлиқ зарядлар, яримўтказгич сирти бўйлаб потенциал чуқур силжитилган ҳолда кўчирилиши мумкин. Бунинг учун затворлардаги кучланишлар аниқ кетма – кетликда ўзгартирилиши мумкин.

Зарядни маълум йўналишда кўчириш учун ҳар бир электрод уч фазали бошқариш тизимининг Ф1, Ф2, Ф3 такт шиналаридан бирига уланади. Демак, ЗААнинг бир элементи учта МДЯ – тузилмали ячейкадан иборат бўлади. Агар ЗАА қўшни электродларига берилган кучланишлар қиймат жиҳатдан бир–биридан фарқ қилса, қўшни потенциал чуқурлар орасида электр майдон ҳосил бўлади. Ушбу майдон йўналиши шундай-ки, электронлар каттароқ потенциалга эга соҳага дрейф ҳаракат қилади, яъни “саёзроқ” потенциал чуқурдан нисбатан “чуқурроқ”қа кўчади.

Агар заряд биринчи электрод остида тўпланган бўлса–ю, уни иккинчи электрод остига силжитиш зарур бўлса, унга каттароқ кучланиш берилади, бунда заряд юқорироқ кучланишли электрод остига кўчади. Кейинги тактда юқорироқ кучланиш навбатдаги электродга берилади ва заряд унга кўчади. Заряд кўчиришнинг уч тактли тизимида 1,4,7,10 ва шунга ўхшаш электродлар Ф1 шинага, 2,5,8,11 электродлар Ф2 шинага, 3,6,9,12 ва шунга ўхшаш электродлар эса Ф3 шинага уланади.

Зарядларнинг электродлараро циркуляцияси барча ЗААлар қўлланишларнинг асоси ҳисобланади. Зарядларни кўчириш имконияти ЗААлар асосида силжитувчи регистрлар ва хотира қурилмалар яратиш имконини беради. Регистр деб иккилик код асосида берилган кўп разрядли ахборотни ёзиш, сақлаш ёки силжитиш учун қўлланиладиган қурилмага айтилади.

Сигналнинг заряд пакетларини бир неча усуллар билан, масалан, р – n ўтишдан заряд ташувчиларни метал электродлар остига инжекциялаш,     МДЯ – турдаги тузилмада юза бўйлаб кўчкисимон тешилиш ёки метал электродлар орасидаги аниқ жойлар орқали ёруғлик киритиб электрон – ковак жуфтликларни генерациялаш билан ҳосил қилиш мумкин.

 

 

         Назорат саволлари

 

1.   Заряд алоқали асбобларнинг ишлаш принципини тушунтиринг.

2.   Заряд алоқали асбобларнинг қўлланиш соҳаларига мисоллар келтиринг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЯРИМЎТКАЗГИЧЛИ ХОТИРА ҚУРИЛМАЛАРИ

 

Хотира қурилмасининг магнит ИСларида ЦМДлар токли сим сиртмоқ кўринишидаги доменлар генератори ёрдамида ҳосил қилинади (8.1, а – расм). Токли сиртмоқ 1 асос 4 сиртида жойлашган асосий феррит парда 3 сиртидаги изоляцияловчи парда 2 га пуркаш билан ҳосил қилинади. Монокристал пардалар (ферритлар, гранатлар) буғ фазадан магнитланмайдиган, масалан, гадолиний – галлийли гранат асосга кимёвий ўтказиш йўли билан олинади.

ЦМД ҳалқа орқали парданинг локал соҳасини қайта магнитлаш учун етарли амплитудаси юзларча мАни ташкил этувчи I ток импульси ўтказилганда ҳосил бўлади. Доменларни ўчириш давомийлиги 1 мкс, амплитудаси 200 мА ва йўналиши ЦМД ҳосил қилувчи ток йўналишига тескари ток ўтказиш билан амалга оширилади.

Мусбат  (+) ва манфий (-) ишоралар билан мос равишда ЦМДнинг жанубий ва шимолий қутблари белгиланган.

ЦМДни юпқа парданинг маълум соҳасида фиксация қилиш учун магнитостатик тутгичлардан фойдаланилади. Тутгич махсус магнит юмшоқ материал пермоллойдан ясалган маълум шаклдаги аппликациялардан иборат. Аппликация остидаги соҳада ташқи магнит майдон экранланади ва потенциал чуқур – тутгич ҳосил бўлади. Шунинг учун ЦМД чуқурга тушиб исталганча узоқ вақт сақланиши мумкин.

ЦМДнинг маълум нуқтага (манзилга) силжитилиши қуйидагича амалга оширилади. Асосий юпқа парда сиртида аппликацияларга айланиш ўқи асосий парда сиртига тик йўналган айланиб турувчи ташқи НБОШҚ майдон таъсир этади. Айланиб турувчи магнит майдон бир – бирига нисбатан 900 га бурилган, икки фазали ток билан таъминланувчи иккита ғалтак ёрдамида ҳосил қилинади. Бу ҳолда натижаловчи майдон НБОШҚ  вектори соат стрелкаси бўйлаб ω бурчак тезлик билан текис буралади. НБОШҚ майдон ЦМДга амалий таъсир кўрсатмайди, лекин пермаллойли аппликацияларда магнит зарядлар қутбларининг даврий қайта тақсимланишини ҳосил қилади. Айтиб ўтилган қутбларнинг ЦМДга таъсири уни чапдан ўнгга силжишига олиб келади.

ЦМДларнинг силжиши Т – симон ёки шевронли пермаллой аппликациялар орқали амалга ошиши мумкин. Шевронли аппликациялар кенг қўлланилади. Улар зич жойлашиши ва диаметри 1 мкм амтрофида бўлган доменлар силжишини таъминлайди. Учта шевронли аппликациядан ташкил топган тузилма, НБОШҚ йўналиши, аппликацияларда магнит қутблар ҳолати ва майдоннинг турли ҳолатларида ЦМД ҳолати 8.2 – расмда кўрсатилган. Аппликациялар доменнинг жанбуий қутбига тегади деб фараз қилинади.

 

 

 

 

 

а)

                            б)

 

8.1 – расм. ЦМД асосидаги хотира қурилмаси:

устидан кўриниши (а) ва қирқими (б).

 

Аппликациялар бир – биридан ~ 1 мкм масофада жойлашиб регистрни ҳосил қилади. ЦМД асосидаги хотира қурилмаларида 8 та ёки 16 та бир – бирига яқин жойлашган доменлар генераторлари ҳосил қилинади ва улар 8 ёки 16 разрядли сонларни ёзувчи регистрни ташкил этади. Доменлар силжиш тезлиги секундига юзларча метрни ташкил этиши мумкин, ахборотни ёзиш тезлиги эса 105 ÷ 106 бит/с ни ташкил этади. Ахборотни ўқиш учун магниторезистив эффектга эга яримўтказгич халқадан фойдаланилади. Магниторезистив эффект содир бўлганда яримўтказгич остидан ЦМД ўтганда унинг электр қаршилиги ўзгаради. Бунинг учун халқа (датчик) орқали ўзгармас ток ўтказилади. Агар датчик остидан ЦМД ўтса халқадаги магнит майдон ўзгаради. У билан биргаликда халқа қаршилиги ва ундан ўтадиган ток қиймати ҳам ўзгаради. Мантиқий кўприк схемага уланган бундай микровольтли датчикнинг сигнали кейинчалик кучайтирилади.

 

Безымянный2

 

8.2 – расм. ЦМДларнинг шевронли аппликациялар бўйлаб силжиши.

ЦМДлар асосида КИС ва ЎКИСли яримўтказгич хотира қурилмалар яратилади. Уларнинг  ахборот сиғими 92 ёки 250 Кбитли катта бўлмаган секциялар билан ошириб борилади. Шундай қилиб керакли сиғимли хотирани ҳосил қилиш мумкин. ЦМД асосидаги хотира қурилмалар юқори ишончлиликка эга ва магнит дисклардаги шундай қурилмаларга нисбатан тезкор ишлайди, хотирасида сақловчи ахборотнинг кўплиги ва масса ҳамда ўлчамларининг кичиклиги билан фарқ қилади. Улар анча кам энергия истеъмол қилади. Бундан ташқари, ЦМД асосидаги асбоблар ёрдамида мантиқ элементларнинг тўлиқ тўпламини ҳосил қилиш мумкин.

 

 

         Назорат саволлари

 

         1. Яримўтказгичли хотира қурилмалари ҳақида тушунча беринг.

          2. Хотира қурилмаларининг қандай турларини биласиз ?

          3. Хотира қурилмаларининг қўлланиш соҳаларига мисоллар келтиринг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОПТРОНЛАР. ОПТОЭЛЕКТРОН ИМСЛАР.

 

         Битта р-n ўтишга эга бўлган фотоэлектр асбоб фотодиод деб аталади. Фотодиод схемага ташқи электр манба билан (фотодиод режими) ва ташқи электр манбасиз (фотовольтаик режим) уланиши мумкин. Ташқи электр манба шундай уланадики, бунда р-n ўтиш тескари йўналишда силжиган бўлсин. Фотодиодга ёруғлик тушмаганда диоддан берилган кучланишга боғлиқ бўлмаган I0 экстракция токи деб аталувчи, жуда кичик қийматга эга “қоронғулик” токи оқиб ўтади. Диоднинг n – база соҳаси тақиқланган зона кенглигидан катта энергияга эга бўлган фотонлар билан ёритилганда электрон – ковак жуфтликлар генерацияланади. Агар ҳосил бўлган жуфтликлар билан р-n ўтиш орасидаги масофа заряд ташувчиларнинг диффузия узунлигидан кичик бўлса, генерацияланган коваклар р-n ўтиш майдони ёрдамида эктракцияланади ва тескари ток қиймати унинг “қоронғулик”даги қийматига нисбатан ортади. Ёруғлик оқими Ф интенсивлиги ортиши билан диоднинг IФ тескари токи қиймати ортиб боради. Ёруғлик оқимининг турли қийматлари учун фотодиод ВАХи 9.1 – расмда келтирилган. Ёритилганликнинг кенг чегарасида фототок билан ёруғлик оқими орасидаги боғланиш амалда чизиқли бўлади.

.

 

9.1 – расм. Ёруғлик оқимининг турли қийматларида

фотодиод ВАХининг ўзгариши.

 

Пропорционаллик коэффициенти  бир неча мА/лм ни ташкил этади ва фотодиоднинг сезгирлиги деб аталади. Фотодиодлар турли ўлчаш қурилмаларида ҳамда оптик толали алоқа линияларида ёруғлик оқимини қабул қилувчилар сифатида ишлатилади.

Фотодиоднинг фотодиод режимидан ташқари фотовольтаик режими кенг ишлатилади. Ушбу режимда фотодиод ташқи электр манба уланмаган ҳолда ишлатилади ва ёруғлик (қуёш) энергиясини бевосита электр энергияга ўзгартириш учун қўлланилади

Диод фотовольтаик режимда ёритилганда унинг чиқишида фото ЭЮК ҳосил бўлади. Қуёш нури энергиясини электр энергияга ўзгартирувчи ўзаро уланган ўзгартгичлар электр манба сифатида космик кемаларда ва ер устидаги автоном электр энергия қурималарида ишлатилиб келинмоқда.

Нурланувчи диодлар – битта р-n ўтишга эга бўлган, электр энергияни нокогерент ёруғлик нурига ўзгартувчи  яримўтказгич нурланувчи электрон асбобдир. Нурланувчи диодларда электрон – ковак жуфтликларининг рекомбинациялашуви натижасида ёруғлик нури пайдо бўлади. Агар р-n ўтиш тўғри йўналишда силжитилган бўлса рекомбинация содир бўлади. Нурланувчи рекомбинация тўғри зонали деб аталувчи яримўтказгичларда ҳосил бўлади. Бундай яримўтказгич сифатида арсенид галлийни келтириш мумкин. Нурланаётган ёруғликнинг тўлқин узунлиги энергияси тахминан яримўтказгич таъқиқланган зонаси кенглигига мос келувчи квант энергияси билан аниқланади. Арсенид галлий асосида тайёрланган нурланувчи диодларнинг тўлқин узунлиги= 0,9-1,4 мкм ни ташкил этади. Кўринувчи нурлар диапазонидаги нурланувчи диодлар фосфид галлий, карбид кремний ва бошқалар асосида тайёрланади. Замонавий нурланувчи диодларда галлийнинг азот ва алюминий билан бирикмаларидан фойдаланилади.

Нурланувчи диодларнинг энергетик характеристикаси сифатида квант чиқиши (самарадорлик) дан фойдаланилади. Квант чиқиши бошқарув занжиридан ўтаётган ҳар бир электронга нурланувчи диод чиқишида нечта нурланиш кванти тўғри келишини кўрсатади. Гомоўтишли нурланувчи диодлар учун одатда квант чиқиши 0,01-0,04 ни ташкил этади. Гетероўтишли нурланувчи диодлар ҳосил қилиш учун бинар ва уч компонентали яримўтказгич бирикмалардан фойдаланилади, улар учун квант чиқиши анча юқори қийматни (0,3 гача) ташкил этади, лекин ҳамма вақт бирдан кичик бўлади. ВАХлари, оддий диодларникидек, экспоненциал боғланиш билан ифодаланади. Нурланувчи диоднинг қайта уланиш вақти 10-7÷10-9 с ни ташкил этади.

Нурланувчи диодлар оптик алоқа линияларида, индикация қурилмаларида, оптоэлектрон жуфтликларда ва яқин келажакда электр ёритгич асбобларни алмаштиришда қўлланилади.

Фотодиод ва нурланувчи диод оптоэлектрониканинг асосий яримўтказгич асбобларидир. Оптоэлектроника – электрониканинг бўлими бўлиб, ахборотларни қабул қилиш, узатиш ва қайта ишлашда ёруғлик сигналлар электр сигналларга ва аксинча ўзгартирилишини таъминловчи электрон қурилмаларни ишлаб чиқиш, яратиш ва амалий қўллаш билан шуғулланади.

Оптоэлектрон жуфтлик, ёки оптожуфтлик констуркцияси жиҳатдан оптик муҳит орқали ўзаро боғланган нурлатгич ва фото қабул қилгичдан ташкил топган бўлади.

Кирувчи электр сигнал таъсирида нурланувчи диод ёруғлик тўлқинларини генерациялайди, фотоқабулқилгич эса (фотодиод, фоторезистор, фототранзистор ва бошқалар) ёруғлик таъсирида фототок генерациялайди.

 

                  а)                 б)                         в)                         г)

 

9.2 – расм. Нурланувчи диод ва фотодиоддан (а), фототранзистордан (б), фототиристордан (в), фоторезистордан (г) ташкил топган оптожуфтликларнинг схемаларда шартли белгиланиши.

 

 

Нурланувчи диод ва фотодиоддан (а), фототранзистордан (б), фототиристордан (в), фоторезистордан (г) ташкил топган оптожуфтликларнинг схемада шартли белгиланиши 9.2 – расмда келтирилган.

Оптожуфтликлар рақамли ва импульс қурилмаларда, аналог сигналларни узатувчи қурилмаларда, автоматика тизимларида юқори вольтли таъминловчи манбаларни контактсиз бошқариш ва бошқалар учун қўлланилади.

 

 

         Назорат саволлари

 

1.     Оптоэлектроника ҳақида тушунча беринг.

2.     Фотодиод ишлаш механизмини ва ВАХини тушунтиринг.

3.     Нурланувчи диод  ишлаш механизмини ва ВАХини тушунтиринг.

4.     Оптожуфтлик деб нимага айтилади ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ФУНКЦИОНАЛ ЭЛЕКТРОНИКА РИВОЖЛАНИШИНИНИНГ АСОСИЙ ЙЎНАЛИШЛАРИ

 

ИМСларда компонентли тузилишдан четлашиш ва динамик бир жинсликмаслилардан фойдаланишга асосланган йўналиш “функционал электроника” номини олди. Функционал электроника (ФЭ) ривожланишининг бошланғич босқичида турибди. ФЭнинг кўп қурилмалари микроэлектрониканинг рақамли қурилмалари билан ишлашга мослашган. Улар биринчи навбатда юқори тезкорлик ва 105 ÷ 107 бит сиғимга эга хотира қурилмаларидир.

Функционал электрониканинг энг истиқболли баъзи асбоблари ишлаш принципларини кўриб чиқамиз.

Акустоэлектроника асбоблари. Акустоэлектрон асбобларнинг ишлаши электр сигнални ультратовуш тўлқинларга, уни товуш ўтказувчи орқали тарқалишига ва кейинчалик чиқиш электр сигналга ўзгартирилишига асосланади.

Шундай қилиб, бундай асбобларда кириш билан чиқиш орасида ахборот ташувчи бўлиб ультратовуш (акустик) сигнал деб аталувчи динамик бир жинслимаслик хизмат қилади. У 1013 Гц  частотали тебранишлардан иборат бўлиб, қаттиқ жисмда 1,5 ÷ 5,5 км/с товуш тезлигида тарқалади. Акустик тўлқин тезлиги электромагнит тебранишлар тарқалиш тезлигига нисбатан  5 тартибга кичиклиги кўриниб турибди. Шунинг учун ушбу хусусиятдан биринчи навбатда кичик ўлчамли кечиктириш линияларини ишлаб чиқишда фойдаланилди. Акустоэлектрон асбоблар микроэлектроникада қўлланиладиган усуллар билан ҳосил қилиниши ва ИМСларга ўхшашлиги билан эътиборга лойиқ.

Ультратовуш тўлқинлар пьезоактив материалларда (пьезоэлектрикларда) ҳосил қилиниши мумкин. Шунинг учун ушбу синф асбоблар учун ишчи муҳит сифатида пьезоэффект жуда яққол наомён бўладиган диэлектрик ва яримўтказгич кристаллар хизмат қилади. Тўғри пьезоэффект деб механик кучланиш натижасида пьезоэлектрикнинг қутбланиш ҳодисасига айтилади (10.1, а – расм). Қутбланиш натижасида пьезоэлектрикнинг қарама – қарши томонларида пьезо – ЭЮК деб аталувчи потенциаллар фарқи ҳосил бўлади. Тескари пьезоэффект деб берилган ташқи кучланиш таъсирида жисмнинг геометрик ўлчамлари ўзгаришига айтилади (10.1, б – расм). Расмда жисмнинг деформациядан кейинги ўлчамлари пунктир чизиқ билан кўрсатилган.

Кучланиш берилган жойда электр майдон кучланганлиги йўналишига боғлиқ холда пьезоэлектрик сиқилади ёки кенгаяди. Натижада, товуш ўтказувчи деб аталадиган, кристал пластинада кўндаланг ёки бўйлама акустик ультратовуш частотаси берилган кучланиш частотасига тенг бўлади. Пьезоэлектрик маълум хусусий механик тебранишлар частотасига эга бўлгани сабабли, ташқи ЭЮК частотаси билан пластина хусусий тебранишлар частотаси бир – бирига тенг бўлганда (резонанс ҳодисаси) пластинанинг тебранишлари амплитудаси энг катта қийматга эга бўлади.

   а)                                                   б)

 

10.1– расм. Тўғри (а) ва тескари (б) пьезоэффект.

 

         Акустоэлектроника асбобларида частотаси 1 ÷ 10 ГГЦ бўлган, кварц, литий ниобити ва танталати ҳамда CdS, ZnS, ZnO, GaAs, InSb ва бошқа юпқа яримўтказгич қатламларда генерацияланадиган ультратовуш тўлқинлар ишлатилади. Ушбу диапазондаги ҳажмий ва сирт акустик тўлқинлар (САТ) ишлатилади. САТларда ишлайдиган акустоэлектрон асбоблар кенг тарқалган. Уларга кечиктириш линиялари, полосали фильтрлар, резонаторлар, турли датчиклар ва шунга ўхшашлар киради. Бу асбобларда электр сигналларни акустик сигналга ва аксинча ўзгартириш махсус ўзгартиргичлар ёрдамида амалга ошади. САТлар ўзгартгичларининг етти тури мавжуд бўлиб, амалда икки метал электродлари синфаз ва қозиқсимон жойлашган турлари кенг тарқалган.

САТли фильтрлар кўп каналли электр алоқа ва космик алоқа тизимлари фильтрлари сифатида кенг ишлатилади. Улар телевизион қабулқилгичларнинг тасвир орқали частота кучайтиргич блокларида LC – фильтрларни алмаштирмоқда. Ҳозирги вақтда тасвирни ташиш частотаси 38 ва 38,9 МГц ни ташкил этувчи САТли телевизион фильтрлар серияли равишда ишлаб чиқарилмоқда.

Замонавий САТли фильтрлар Δ f =0,05-50 % ўтказиш полосасига эга, ўтказиш полосасидаги сўниш 2 ÷ 6 дБ, селективлиги 100 дБ гача. Бундай фильтрлар 900 МГц гача частоталарда ишлайди.

Магнитоэлектроника асбоблари. Магнитоэлектрон асбобларда ферромагнит материаллар ишлатилади. Улар домен тузилишга эга, яъни бутун ҳажми кўп сонли локал соҳалар – доменлардан ташкил топади. Доменлар тўйингунча спонтан магнитланган. Улар полосали, лабиринтсимон ва цилиндрик шаклга эга бўлиши мумкин. Доменнинг чизиқли ўлчамлари миллиметрнинг мингларча улушидан ўнларча улушига тенг. Доменлар ўзаро чегарадош деворлар (Блох деворлари) билан ажралиб туради. Бу деворларда битта домен магнитланганлик векторига нисбатан аста ўзгаришлари содир бўлади.

Магнитоэлектроника асбобларида ахборот сигналини ташувчи сифатида қуйидаги динамик биржинслимасликларнинг биридан фойдаланилади:

1) цилиндрик шаклдаги доменлар;

2) чизиқли доменларда вертикал Блох чизиқлар (ВБЧ). Қўшни ВБЧлар орасидаги масофа етарли кичик, ўлчами 0,5 мкм бўлган чизиқли домен деворида 100 битгача ахборот сақлаш мумкин;

3) ферромагнит материални частотаси квант ўтишлар частотасига тенг ёруғлик билан ёритилганда ҳосил бўлувчи резонанслар ва тўлқинлар;

4) спин тўлқинлари ва бошқаларнинг квант тебранишларини акс эттирувчи квазизаррачалар – магнонлар.

 

Назорат саволлари

 

1. Функционал электроника асбобларига таъриф беринг.

2. Акустоэлектрон асбобларга таъриф беринг.

3. Сирт акустик тўлқинли асбобларнинг тузилиши ва ишлашини тушунтиринг.

4. Магнитоэлектрон асбобларга таъриф беринг.

5.Цилиндрик магнит доменлар асосидаги магнитоэлектрон асбобларнинг ишлаш принципини тушунтиринг.

 

 

                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ФОЙДАЛАНИЛГАН АДАБИЁТЛАР

 

1.     Х.К. Арипов, А.М. Абдуллаев, Н.Б. Алимова, Х.Х. Бустанов, Е.В. ОБъедков, Ш.Т. Тошматов. Схемотехника. Т.: ТАФАККУР БЎСТОНИ, 2013й.

2.     Х.К. Арипов, А.М. Абдуллаев, Н.Б. Алимова, Х.Х. Бустанов, Е.В. ОБъедков, Ш.Т. Тошматов. Схемотехника. Т.: ALOQACHI, 2010г.

3.     А.Г. Алексенко. Основы микросхемотехники. Изд. 3-е. –Москва. ЮНИМЕДИАСТАЙЛ.2002 г. -448с.

4.     Схемотехника ЭВМ, С. Н. Лехин, , Санкт-Петербург, 2010г.

5.     Нефедов А.В. и др. Зарубежные интегральные микросхемы. 1989г.

6.     Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. 2006г.

7.     Цифровая схемотехника., Ю.Е. Мишулин., В.А.Немонтов., 2006г.

8.     Основы схемотехники цифровых устройств., Л.А. Брякин., 2005г.

9.     Multisim User Guide, National Instruments, 2007 y.

10.                       Н.П. Бабич, И.А. Жуков. Компьютерная схемотехника. Учебное пособие К.: МК-Пресс, 2004г., 576 с.

11.                       Digital Logic Design., Jiwang WareZ Scene., Fourth Edition., 2002у.

12.                       Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника.- СПб.: БХВ, Санкт-Петербург, 2000г.

13.                       Кучумов А.Н. Электроника и схемотехника. 2002г.

14.                       Акулова О.А. и др. Основы элементной базы ЭВМ. Учебное пособие. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002г.

15.                       А.Г. Морозов. Электротехника, электроника и импульсная техника. – М.: Высшая школа, 1987.

16.                       А.Г, Алексенко, И.И. Шагурин. Микросхемотехника. – М.: Радио и связь, 1990.

17.                       Д.В. Игумнов, Г.В. Королев, И.С. Громов. Основы микроэлектроники. – М.: Высшая школа, 1991.

18.                       Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров. Аналоговая и цифровая электроника. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003.

19.                       Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001.

20.                       Ю.Л. Бобровский, С.А. Корнилов, И.А. Кратиров и др.; Под ред. проф. Н.Ф. Федорова. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника: Учебное пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 2002.

 

 

 

 

 

 

МУНДАРИЖА

 

 

 

КИРИШ. Фаннинг мақсад ва вазифалари…………………..………

3

1.

Мантиқий элементлар. МЭларнинг узатиш характеристикалари……………………………………………..........

 

4

2.

Оддий инверторли ТТМ. Мураккаб инверторли ва шоттки барьерли ТТМ………………………………………...........................

 

11

3.

Интеграл инжекцион мантиқ...............................................................

20

4.

Эмиттерлари боғланган мантиқ..........................................................

23

5.

МДЯ транзисторида ясалган мантиқий элементлар.........................

29

6.

Комплементар инверторлар................................................................

32

7.

Заряд алоқали асбоблар.......................................................................

35

8.

Яримўтказгичли хотира қурилмалари................................................

37

9.

Оптронлар. оптоэлектрон ИМСлар....................................................

40

10.

Функционал электроника ривожланишинининг асосий йўналишлари.........................................................................................

 

43

 

Фойдаланилган адабиётлар.................................................................

46

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАҚАМЛИ МАНТИҚИЙ

ҚУРИЛМАЛАРНИ ЛОЙИҲАЛАШТИРИШ

 

фанини ўқитиш бўйича

 услубий кўрсатмалар

 

 

 

Э ва Р кафедраси мажлисида

 тасдиқланган (39 – баённома, 3.06.14 й.)

 

ТТ факультет ИУК мажлисида

тасдиқланган (9 – баённома, 27.05.14 й.)

 

ТАТУ ИУК мажлисида

тасдиқланган (10(71) – баённома, 3.07.14 й.)

 

 

 

 

 

 

                                                                                 Тузувчилар:  Х.К. Арипов,

                                                                                                        А.М. Абдуллаев,

                                                                                                        Н.Б. Алимова,

                                                                                                        Ш.Т. Тошматов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                  Масъул муҳаррир  __________   Х.К. Арипов

 

                                  Мусаҳҳиҳ               __________   З.Б. Раджабова