Презентация на тему: Электроника

Электроника
Логические элементы
Электроника
Электроника
Электроника
Электроника
Основные логические функции
Классификация электронных транзисторных физических реализаций логических элементов
Электроника
Электроника
Резисторно-транзисторная логика
Электроника
Электроника
Электроника
Электроника
Электроника
Транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки (ТТЛШ)
Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ)
Эмиттерно-связанная логика
Интегрально-инжекционная логика (ИИЛ)
Достоинства и недостатки ИИЛ
Электроника
Электроника
Интегральные микросхемы
Интегральные микросхемы
Интегральные микросхемы
Отечественные интегральные микросхемы
Электроника
Электроника
1/29
Средняя оценка: 4.1/5 (всего оценок: 99)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (2140 Кб)
1

Первый слайд презентации: Электроника

Лекции в презентациях Логические элементы Сушков С. А. Омск - 20 1 2 г. ОмГУПС Кафедра АиТ (Для студентов ИАТИТ)

Изображение слайда
2

Слайд 2: Логические элементы

Логические элементы — устройства, предназначенные для обработки информации в цифровой форме (последовательности сигналов высокого — «1» и низкого — «0» уровней в двоичной логике, последовательность «0», «1» и «2» в троичной логике, последовательности «0», «1», «2», «3», «4», «5», «6», «7», «8» и «9» в десятичной логике). Физически логические элементы могут быть выполнены механическими, электромеханическими (на электромагнитных реле), электронными (на диодах и транзисторах), пневматическими, гидравлическими, оптическими и др. С развитием электротехники от механических логических элементов перешли к электромеханическим логическим элементам (на электромагнитных реле), а затем к электронным логическим элементам на электронных лампах, позже — на транзисторах. После доказательства в 1946 г. теоремы Джона фон Неймана об экономичности показательных позиционных систем счисления стало известно о преимуществах двоичной и троичной систем счисления по сравнению с десятичной системой счисления. 2

Изображение слайда
3

Слайд 3

3 От десятичных логических элементов перешли к двоичным логическим элементам. Двоичность и троичность позволяет значительно сократить количество операций и элементов, выполняющих эту обработку, по сравнению с десятичными логическими элементами. Логические элементы выполняют логическую функцию (операцию) над входными сигналами (операндами, данными). Всего возможно x ( x n )*m логических функций и соответствующих им логических элементов, где x — основание системы счисления, n —число входов (аргументов), m — число выходов, то есть бесконечное число логических элементов. Всего возможны 2 (2 2 )*1 =2 4 =16 двоичных двухвходовых логических элементов и 2 (2 3 )*1 =2 8 =256 двоичных трёхвходовых логических элементов (Булева функция). Кроме 16 двоичных двухвходовых логических элементов и 256 трёхвходовых двоичных логических элементов возможны 19 683 двухвходовых троичных логических элемента и 7 625 597 484 987 трёхвходовых троичных логических элементов (троичные функции). Логические элементы

Изображение слайда
4

Слайд 4

4 Сколь угодно сложные логические схемы строятся из минимального набора логических элементов. Минимальный набор логических элементов содержит: Конъюнктор - И Дизъюнктор - ИЛИ Отрицание - НЕ Физическая реализация данного базиса представляет из себя построение определённого логического компонента. Логические элементы a b f 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 a b f 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 a f 0 1 1 0

Изображение слайда
5

Слайд 5

5 Логические элементы базиса k И-НЕ. Где, k = 2,3,4,…. 2И-НЕ 3И-НЕ 4И-НЕ Логические элементы И-НЕ a b f 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 a b с f 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 a b с d f 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0

Изображение слайда
6

Слайд 6

6 Логические элементы базиса k ИЛИ-НЕ. Где, k = 2,3,4,…. 2ИЛИ-НЕ 3ИЛИ-НЕ 4ИЛИ-НЕ Логические элементы ИЛИ-НЕ a b f 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 a b с F 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 a b с d f 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0

Изображение слайда
7

Слайд 7: Основные логические функции

Отрицание, НЕ Повторение, ДА Конъюнкция (логическое умножение). Операция 2И. Функция min(A,B) Дизъюнкция (логическое сложение). Операция 2ИЛИ. Функция max(A,B) Инверсия функции конъюнкции. Операция 2И-НЕ (штрих Шеффера) Инверсия функции дизъюнкции. Операция 2ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса) Эквивалентность (равнозначность), 2ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ_ИЛИ-НЕ Сложение по модулю 2 (2Исключающее_ИЛИ, неравнозначность). Инверсия равнозначности. Импликация от A к B (прямая импликация, инверсия декремента, A<=B) Импликация от B к A (обратная импликация, инверсия инкремента, A>=B) Декремент. Запрет импликации по B. Инверсия импликации от A к B Инкремент. Запрет импликации по A. Инверсия импликации от B к A 7

Изображение слайда
8

Слайд 8: Классификация электронных транзисторных физических реализаций логических элементов

Логические элементы подразделяются и по типу использованных в них электронных элементов. Наибольшее применение в настоящее время находят следующие логические элементы: РДЛ (резисторно-диодная логика) РТЛ (резисторно-транзисторная логика) РЕТЛ (резисторно-емкостная транзисторная логика) ДТЛ (диодно-транзисторная логика) ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) ТТЛШ (то же с диодами Шоттки) ЭСЛ (эмиттерно-связанная логика) ИИЛ (интегрально-инжекционная логика) КМОП (логика на основе комплементарных ключей на МОП транзисторах) 8

Изображение слайда
9

Слайд 9

9 Резисторно-диодная логика. Логика «И» Принципиальная схема простейшего логического элемента «И» и таблица истинности представлены на рис. Если хотя бы на одном входе схемы имеется низкий уровень положительного напряжения, принимаемый за условный нуль, то диод, связанный через катод с этим входом, открыт и напряжение на его аноде, а, следовательно, и на выходе устройства равно нулю. вх 1 вх 2 вых 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0

Изображение слайда
10

Слайд 10

10 вх 1 вх 2 вых 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 Резисторно-диодная логика. Логика «ИЛИ» Простейшее логическое устройство с таблицей истинности, выполняющее операцию дизъюнкции над логическими переменными x 1 и x 2, выраженными в форме электрических напряжений, представлены на рис.. Под единичным уровнем понимают высокий положительный потенциал. Если единичный уровень присутствует хотя бы на одном входе, то через открытый диод VD 1 ( VD 2) это напряжение передаётся на выход, создавая единичный уровень напряжения. Недостатки диодной логики: схемы критичны к внутреннему сопротивлению источников ЭДС. Обладают нестабиль-ными уровнями логичес-кого «0» и «1».

Изображение слайда
11

Слайд 11: Резисторно-транзисторная логика

При наличии напряжения хоть на одном из входов ключ открывается и закорачивает выход на корпус. При этом он «просаживает» выходное напряжение почти до нуля. Таким образом РТЛ-элемент выполняет функцию ИЛИ-НЕ в позитивной логике или И-НЕ в негативной. 11 Резисторно-транзисторная логика Коллектор транзистора (ключа) соединён через резистор с шиной питания, а эмиттер с корпусом. К базе подключены резисторы, являющиеся входами. При отсутствии напряжения на всех входах транзистор закрыт и на выход через резистор поступает напряжение близкое к напряжению питания, то есть логическая единица на выходе при нолях на входе при позитивной логике.

Изображение слайда
12

Слайд 12

12 Диодно-транзисторная логика Принципиальная схема такого устройства показана на рис. В данном устройстве диоды VD 1 и VD 2 (совместно с резистором R 1 ) выполняют логическую операцию «И», транзистор VT 1 работает в схеме инвертора и выполняет операцию «НЕ», диоды VD см1 и VD см n служат увеличения порога открывания ключа, собранного на транзисторе VT 1. Принципиальная схема элемента ДТЛ Упрощенная схема элемента ДТЛ

Изображение слайда
13

Слайд 13

13 Достоинства схемы: схема характеризуется высокой стабильностью логического «0» и логической «1»; схема не критична к внутреннему сопротивлению источника ; выходное сопротивление данного элемента «И-НЕ» при логическом «0» на выходе определяется сопротивлением насыщенного транзистора VT, т.е. мало, а при логической «1» на выходе равно сопротивлению R к . Рассмотренные элементы «И-НЕ» могут быть выполнены и в интегральном исполнении. Их достоинством является малое значение втекающих входных токов. Диодно-транзисторная логика 2. 30 мин.

Изображение слайда
14

Слайд 14

Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ, TTL) — разновидность цифровых логических микросхем, построенных на основе биполярных транзисторов и резисторов. Название транзисторно-транзисторный возникло из-за того, что транзисторы используются как для выполнения логических функций (например, И, ИЛИ), так и для усиления выходного сигнала (в отличие от резисторно-транзисторной и диодно-транзисторной логики). Простейший базовый элемент ТТЛ выполняет логическую операцию И-НЕ, в принципе повторяет структуру ДТЛ микросхем и в то же время за счёт использования многоэмиттерного транзистора, объединяет свойства диода и транзисторного усилителя что позволяет увеличить быстродействие и энергопотребление, снизить потребляемую мощность и усовершенствовать технологию изготовления микросхемы. 14 Транзисторно-транзисторная логика ( ТТЛ ) 2.46 мин.

Изображение слайда
15

Слайд 15

15 Принципиальная схема ТТЛ-элемента, являющегося основой ряда полупроводниковых интегральных микросхем для цифровых устройств, приведена на рис.. Транзисторно-транзисторная логика

Изображение слайда
16

Слайд 16

16 В данной схеме применен многоэмиттерный транзистор VT 1. Если хотя бы один эмиттерно-базовый переход его включён в прямом направлении, то коллекторный переход многоэмиттерного транзистора VT 1 смещен в обратном направлении. При отсутствии входных переходов включённых в прямом направлении базо-коллекторный переход включён в прямом направлении. При напряжении соответствующем уровню логического «0» хотя бы на одном из входов логического элемента транзистор VT 2 заперт. Потенциал коллектора VT 2 близок к +Е, что открываети насыщает VT 3. При этом VT 4 заперт, т.к. потенциал его базы близок к нулю. На выходе схемы при этом имеет место высокое напряжение порядка 3,5 В (уровень логической «1»), т.к. +Е поступает на выход схемы через насыщенный транзистор VT 3 и диод VD 1 включённый в прямом направлении. Диоды VD 2 - VD 4 выполняют защитные функции микросхемы от отрицательных входных импульсов. Указанное преобразование сигнала соответствует логической операции «И-НЕ», которую выполняет каскад на многоэмиттерном транзисторе VT 1 операция «И» инвертор, собранный на транзисторах VT 2, VT 3 и VT 4 (операция «НЕ»). Транзисторно-транзисторная логика

Изображение слайда
17

Слайд 17: Транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки (ТТЛШ)

В ТТЛШ используются транзисторы Шоттки, в которых барьер Шоттки не позволяет транзистору войти в режим насыщения в результате чего диффузионная ёмкость мала и задержки переключения малы, а быстродействие высокое. 17 ТТЛШ-логика отличается от ТТЛ наличием диодов Шоттки в цепях база — коллектор, что исключает насыщение транзистора, а также наличием демпфирующих диодов Шоттки на входах (редко на выходах) для подавления импульсных помех, образующихся из-за отражений в длинных линиях связи (длинной считается линия, время распространения сигнала в которой больше длительности его фронта, для самых быстрых ТТЛШ микросхем линия становится длинной начиная с длины в несколько сантиметров). Транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки (ТТЛШ) 2. 21 мин. Элементы ТТЛ и ТТЛШ с открытым коллектором и тремя состояниями 2. 28 мин. ТТЛШ

Изображение слайда
18

Слайд 18: Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ)

ЭСЛ – эта логика, иначе называемая логикой на переключателях тока, построена на базе биполярных транзисторов, объединённых в дифференциальные каскады. Один из входов обычно подключён внутри микросхемы к источнику опорного (образцового) напряжения, примерно посредине между логическими уровнями. Сумма токов через транзисторы дифференциального каскада постоянна, в зависимости от логического уровня на входе изменяется лишь то, через какой из транзисторов течёт этот ток. В отличие от ТТЛ, транзисторы в ЭСЛ работают в активном режиме и не входят в насыщение или инверсный режим. Это приводит к тому, что быстродействие ЭСЛ-элемента при той же технологии (тех же характеристиках транзисторов) гораздо больше, чем ТТЛ-элемента, но больше и потребляемый ток. К тому же, разница между логическими уровнями у ЭСЛ-элемента намного меньше, чем у ТТЛ (меньше вольта), и, для приемлемой помехоустойчивости, приходится использовать отрицательное напряжение питания (а иногда и применять для выходных каскадов второе питание). Зато максимальные частоты переключения триггеров на ЭСЛ более, чем на порядок превышают возможности современных им ТТЛ. 18

Изображение слайда
19

Слайд 19: Эмиттерно-связанная логика

Серия К500 обеспечивала частоты переключения 160—200 МГц, по сравнению с 10-15 МГц современной ей ТТЛ серии К155. В настоящее время и ТТЛ(Ш), и ЭСЛ используются только в схемах с малой интеграцией, так как с уменьшением проектных норм КМОП технология больших интегральных схем (БИС) достигла частот переключения в несколько гигагерц. 19 Типичная схема (4ИЛИ/ИЛИ-НЕ).

Изображение слайда
20

Слайд 20: Интегрально-инжекционная логика (ИИЛ)

Технология построения логических элементов на биполярных транзисторах. Интегрально-инжекционная логика появилась в 1971 г. ИИЛ является развитием технологии НСТЛ (логика с непосредственными связями между транзисторами, которая в иностранной литературе называется MTL — Merged Transistor Logic или DCTL — Direct-Coupled Transistor Logic). В свою очередь, НСТЛ можно рассматривать как крайний вариант РТЛ, в котором отсутствуют резисторы между выходом (коллектором) NPN транзистора и входом (базой) следующего. В основе логики ИИЛ лежит использование «особых» транзисторов с объединённой базой. Эти транзисторы не способны проводить ток из-за нехватки носителей зарядов в базе. Поэтому рядом с транзистором находится «инжектор» — электрод, «добавляющий», или, как говорят, «инжектирующий» заряд в базу. При этом транзистор включается и может выполнять полезную работу. ИИЛ-транзистор по размеру (если не считать инжектора) меньше МОП-транзистора. Причём один инжектор может использоваться для многих транзисторов. 20

Изображение слайда
21

Слайд 21: Достоинства и недостатки ИИЛ

Преимущества таких ИМС: высокая степень интеграции (иногда выше, чем МОП); иногда меньшая стоимость, чем у устройств, построенных по принципам других логик; малое потребление энергии на одно переключение ~ 1/10¹²Дж; низкое напряжение питания: 1-3 В; схемы ИИЛ имеют высокую устойчивость к шуму, поскольку управляются током, а не напряжением. К недостаткам относят: максимальные рабочие частоты не превышают 50МГц; уровни ИИЛ очень близки («Ноль»: 0.2V, «Единица»: 0.7V) ; На основе технологии ИИЛ выпускались микропроцессорные наборы серий К582 и К584. Также серии микросхем памяти К558 и К541 небольшой емкости, которые благодаря встроенным преобразователям уровней были совместимы с ТТЛ. 21

Изображение слайда
22

Слайд 22

КМОП (К-МОП; комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник; КМДП; англ. CMOS, Complementary-symmetry/metal-oxide semiconductor) — технология построения электронных схем. В технологии КМОП используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости. Отличительной особенностью схем КМОП по сравнению с биполярными технологиями (ТТЛ, ЭСЛ и др.) является очень малое энергопотребление в статическом режиме (в большинстве случаев можно считать, что энергия потребляется только во время переключения состояний). Подавляющее большинство современных логических микросхем, в том числе, процессоров, используют схемотехнику КМОП. 22 Схема 2И-НЕ Статический КМОП инвертор Топология Логические элементы на МОП и КМОП-структурах

Изображение слайда
23

Слайд 23

23 Логические элементы на МОП и КМОП-структурах

Изображение слайда
24

Слайд 24: Интегральные микросхемы

ТТЛ стала популярной среди разработчиков электронных систем после того, как в 1965 году фирма Texas Instruments представила серию интегральных микросхем 7400. Данная серия микросхем стала промышленным стандартом, но ТТЛ-микросхемы производятся и другими компаниями. Более того, фирма Texas Instruments не была первой, кто начал выпуск ТТЛ микросхем, несколько ранее его начали фирмы Sylvania и Transitron. Тем не менее промышленным стандартом стала именно серия 74 фирмы Texas Instruments, что в значительной мере объясняется большими производственными мощностями фирмы Texas Instruments, а также её усилиями по продвижению серии 74. Поскольку биполярные интегральные ИМС серии 74 фирмы Texas Instruments стали наиболее распространёнными, их функционально и параметрически повторяет продукция других фирм (Advanced Micro Devices, серия 90/9N/9L/9H/9S Fairchild, Harris, Intel, Intersil, Motorola, National и т.д). 24 Интегральные микросхемы 2.38 мин.

Изображение слайда
25

Слайд 25: Интегральные микросхемы

Серии ТТЛ-микросхем зарубежного производства SN7400N В скобках указаны типовые значения времени задержки (Tpd) и потребляемой мощности (Pd) для каждой серии, взятые из документа SDAA010.PDF фирмы Texas Instruments, кроме 74F, для которой данные взяты из AN-661 фирмы Fairchild. 74 — базовая ТТЛ-серия. Несмотря на то, что была первой серией, выпускавшейся фирмой Texas Instruments, до сих пор находится в производстве (Tpd = 10 нс, Pd = 10 мВт); 25 Интегральные микросхемы Префикс серии «74» обозначает коммерческий вариант микросхем, «54» — военный, с расширенным температурным диапазоном. Тип корпуса как правило указывается последней буквой в обозначении, например для Texas Instruments тип корпуса пластиковый DIP кодируется буквой N.

Изображение слайда
26

Слайд 26: Интегральные микросхемы

74L — серия с пониженным энергопотреблением, заменена серией LS, а также КМОП-микросхемами, значительно превосходящими её по экономичности (Tpd = 33 нс, Pd = 1 мВт); 74H — повышенная скорость. Использовалась в 1960-е — начале 1970-х годов и была заменена S-серией (Tpd = 6 нс, Pd = 22 мВт); 74S — с диодами Шоттки (Schottky). Хотя устарела (её превосходят серии 74AS и 74F), до сих пор производится фирмой Texas Instruments (Tpd = 3 нс, Pd = 19 мВт); 74LS — с диодами Шоттки и пониженным энергопотреблением (Low Power Schottky) (Tpd = 9 нс, Pd = 2 мВт); 74AS — улучшенная с диодами Шоттки (Advanced Schottky) (Tpd = 1,7 нс, Pd = 8 мВт); 74ALS — улучшенная с диодами Шоттки и пониженным энергопотреблением (Advanced Low Power Schottky) (Tpd = 4 нс, Pd = 1,2 мВт); 74F — быстрая (Fast) с диодами Шоттки (Fast) (Tpd = 1,7 нс, Pd = 4 мВт, в действительности 74F несколько уступает по быстродействию 74AS); 26 Интегральные микросхемы

Изображение слайда
27

Слайд 27: Отечественные интегральные микросхемы

27 Отечественные интегральные микросхемы Обозначение отечественных микросхем Большинство заводов- изготовителей на территории бывшего СССР применяют следующую кодировку своих изделий: XX    X    X    XXX    XX    XX    X Вариант применения: XX   X    X    XXX    XX    XX    X К - общего применения Э - экспортное исполнение Нет символа - специального применения Тип корпуса: XX   X   X    XXX    XX    XX    X M - металлокерамический Н - миниатюрный металлокерамический Р - пластмассовый DIP А,Ф - миниатюрный пластмассовый Б - бескорпусной Е - металлополимерный DIP Группа по конструктивно-технологическому исполнению: XX    X   X   XXX    XX    XX    X 1, 5, 6, 7 - полупроводниковые 1, 4, 8 - гибридные 3 - прочие (пленочные) Порядковый номер данной серии: XX    X    X   XXX   XX    XX    X Возможно обозначение двумя цифрами

Изображение слайда
28

Слайд 28

28 XX    X    X    XXX   XX   XX    X А - формирователи: АФ - специальной формы Б - устройства задержки: БМ - пассивные БП - прочие БР - активные В - вычислительные устройства: ВГ - контроллеры ВЕ - микро-ЭВМ ВЖ - специальные вычислительные устройства ВИ - времязадающие ВП - прочее Г - генераторы сигналов: ГЛ - линейно изменяющихся ГП - прочие (не sin; не спец. формы; не прямоуг.; не шума) ГФ - специальной формы Е - питание ЕП - источники питания ЕУ - устройства управления источниками питания И - цифровые устройства: ИЕ - счетчики ИП – прочие К - коммутаторы и ключи: КН - напряжения КП - прочие КТ - коммутаторы и ключи тока Н - наборы элементов: НК - комбинированные НТ - набор транзисторов П - преобразователи сигналов: ПА - цифроаналоговые ПД - длительности ПП - прочие ПС - частоты ПЦ - цифровые делители частоты Р - запоминающие устройства: РП - прочие (не ОЗУ; не ПЗУ; не ассоциативные; не на ЦМД) РР - ПЗУ с перепрограммированием У - усилители: УД - операционные УИ - импульсные УК - широкополосные УЛ - считывания и воспроизведения УН - низкой частоты УП - прочие УР - промежуточной частоты Ф ФП - фильтры Х - многофункциональные устройства: ХА - аналоговые ХК - комбинироанные ХЛ - цифровые ХП – прочие Порядковый номер разработки: XX    X    X    XXX    XX   XX   X Возможно обозначение одной цифрой. Различия в электрических параметрах (А-Я): XX    X    X    XXX    XX    XX   X Функциональное назначение:

Изображение слайда
29

Последний слайд презентации: Электроника

29 Пример простых логических схем Цифровые элементы

Изображение слайда