4.Полевая логика (ПЛ) и её разновидности (МДПТЛ, КМДПТЛ и др)

В отличии от всех рассмотренных схем (ДЛ, ТЛ, ДТЛ, ТТЛ, ТТЛШ и ЭСЛ), основанных на биполярных транзисторах (как правило npn-транзисторов, но могут быть и pnp – транзисторы), полевая логика на полевых (канальных, униполярных) транзисторах. В отличие от биполярных транзисторов они имеют меньшее быстродействие, но более компактны и меньше выделяют тепло.

4.1. ПЛ (на основе полевых транзисторов)

Полевой транзистор открывается, если индуцируется канал между истоком и стоком (без канала это 2 диода, включенных на встречу друг другу).

Это, разумеется относится к транзисторам, где изначально канал не существует, а требуется подача напряжения на затвор для создания (индицирования канала)

Название – “униполярные транзисторы”, т.к. подвижные заряды только электроны (в n- канальных), а дырки не подвижны, либо подвижны дырки (в p-канальных), электроны неподвижны. А вот в биполярных всегда есть движение и электронов и дырок, поэтому и неустраним ток Э-Б.

Название – ”полевые транзисторы”, т.к управляются только входным напряжением. (т.е. электрическим полем).

Вполевых транзисторах IВХ = 0, зависят UВЫХ и IВЫХ только от UВХ(входного напряжения).

Вбиполярных транзисторах (т.к. есть ток

Э-Б) UВЫХ и IВЫХ зависят UВХ и IВХ. Считается, что биполярные транзисторы управляются напряжением и током, а полевые только напряжением.

Итак, полевые транзисторы: n-канальные, p-канальные.

Задача входного напряжения в индицировании и разрушении

канала (открыт-закрыт) в цифровой схемотехнике, или в расширении или

сужении канала (меньше-больше) в аналоговой технике.

Что бы полностью предотвратить ток с затвора в канал (ток может быть, если pn – переход между затвором и подложкой откроется), была предложена особая разновидность полевых транзисторов: МДП, МОП, МИП, (MIS) – транзистор.Затвор – металлический. Подложка, где может быть канал, а также исток, сток – полупроводниковый. Между ними расположен диэлектрик (как правило, оксид кремния SI02) т.е. изолятор (Metall-Isolator- Semiconductor).

Причем канал может быть заранее встроенным (в аналоговой технике) или индуцированным (т.е. создаваемым, наводимым) – в цифровой технике.

кан n-кан р-кан с индуцирован. с встроенным каналом каналом

4.2. МДПТЛ – логика на основе полевых МДП транзисторов.

Достоинства:

1.Нет паразитных входных токов между затвором и ( а в npn- транзисторах токи есть всегда между Б-Э), и как следствие меньше проблем отвода тепла.

2.Очень компактны и дешевы в изготовлении, допускают большую концентрацию в кристалле (в 100 раз больше, чем npn- транзисторы).

Недостатки:

1. Отсутствие быстродействия: индицирование и рассасывание канала требует большего времени, чем открытие и закрытие pn- перехода

Если во всех схемах ТЛ npn-транзистор заменить на МДП-транзистор получаются схемы МДПТЛ

Этот инвертор: при UВХ = 0, RТР → ∞, цепь разомкнута, UВЫХ = UИСТ. При UВХ = 1, RТР → 0, UВЫХ = 0 (т.к. выход замыкается “на замлю”).

Еще один, но преодолимый недостаток: если транзистор закрыт (токи не протекают, нет выделения тепла), но если транзистор открыт, протекают токи и выделяется тепло. Этот недостаток свойственен также и всем другим рассмотренным схемам. Но в случае МДП транзистора её удается весьма эффективно преодолеть.

4.3. КМДПТЛ – логика на комплементарных МДП транзисторах

Complementary (complex) – взаимодополняющий, составляющий (сложный), не путать со словом комплимент (от французского похвала).

Используют 2 МДП транзистора: n-канальный и р-канальный, но включенный «вверх ногами».

Напомним, что n-канальным открывается если напряжение затвора больше напряжения истока(Uзатв > Uист ), а p – канальный, если Uзатв < Uст.

р-канальный:	UЗАТВ	≥ UИСТ – закрыт,
	UЗАТВ < UИСТ – открыт.
n-канальный:	UЗАТВ ≤ UИСТ – закрыт,
	UЗАТВ	> UИСТ – открыт

Рассмотрим два случая: UВХ = 1 и UВЫХ = 1

(наприме, равный напряжению источника). При этом схемы существенно упрощаются

Верхний р-канальный транзистор открыт, т.к. UЗАТВ = 0 < UИСТ = 1. Нижний n-канальный транзистор закрыт, т.к. UЗАТВ = UИСТ = 0. Следовательно UВЫХ = 1, т.к. выход “накоротко” подсоединен к источнику. Токи нигде не протекают.

Верхний р-канальный транзистор закрыт, т.к. UЗАТВ = UИСТ = 1. Нижний n-канальный транзистор открыт, т.к. UЗАТВ =1 и больше UИСТ = 0. UВЫХ = 0, т.к. выход заземлен. Токи также не протекают.

Это схема инвертора, из которой можно получить схемы И-НЕ, ИЛИ-НЕ

Токи практически не протекают (только чуть-чуть во время переключения). Вопросы отвода тепла – отсутствуют. На инвертор требуется 2 транзистора (но нет сопротивления как в ТЛ, но на которое в интегральных схемах уходит элемент схемы). Для схем ИЛИ-НЕ, И-НЕ – требуется 4 транзистора, но ничего более,

так что получается очень компактно. Это техническое решение допускает наибольшую концентрацию в кристалле. Но из-за низкого быстродействия используется в основном для ячеек памяти.