Раздел 4. Инверторы.

Развитие микроэлектроники привело к естественному резкому удешевлению производимых микросхем но и к не менее резкому сокращению их номенклатуры. Исчезло великое разнообразие схемных решений, реализуемых на дискретных элементах. В настоящее время принято делить электронные схемы на два класса: цифровые и аналоговые. В основе аналоговых схем лежат усилительные элементы, преобразующие непрерывно и квазимонотонно меняющийся электрический сигнал. Такие схемы иногда называют линейными или квазилинейными. Входные и выходные сигналы в них могут принимать любые значения и связаны друг с другом функциональной зависимостью.

В основе цифровых схем лежат простейшие транзисторные ключи, для которых характерно наличие двух устойчивых состояний - разомкнутого и замкнутого. На основе их реализуются простейшие электронные схемы, называемые инверторами, в которых входной сигнал тем или иным способом преобразуется из одного дискретного состояния в другое. Чаще всего для этих целей используется значения низкого и высокого напряжения.

Если в логической схеме они отображают значения 0 и 1 - то принято говорить, что такая схема реализует положительную логику, если наоборот - отрицательную.

Вх

Вых

Рис.1.8 Инвертор

Отсюда следует, что цифровые схемы мало чувствительны к разбросу параметров, температурным и временным зависимостям, внешним помехам и внутренним шумам, что является колоссальным преимуществом. Рассмотрим простейшую схему, реализованную на n - канальном полевом транзисторе, как это показано на рис.1.8. В этой схеме исток заземлен, а сток подсоединен к источнику питания через нагрузочный резистор. Подложка полевого транзистора обычно заземлена или подсоединена к источнику постоянного напряжения смещения. Для получения низкого напряжения на выходе (логического нуля) - необходимо, чтобы сопротивление резистора было намного больше сопротивления МДП транзистора в открытом состоянии. Для этой цели иногда вместо резистора в цепь ставят МДП транзистор, работающий в нагрузочном режиме (кроме всего прочего это выгодно технологически). Такая схема из активного и нагрузочного транзисторов называется МДП ячейкой, МДП вентилем или логическим МДП вентилем.

Uвх	Uвых
0	1
1	0

Рассмотрим работу схемы инвертора, приведенную на рис.1.8. При подаче напряжения на затвор полевого транзистора через схему протекает ток, поэтому напряжение на выходе равно 0, т.е. при подаче на вход логической единицы на выходе имеем логический ноль. При отсутствии на затворе напряжения ток через схему не течет и на выходе имеем напряжение питающей шины, т.е. при подаче на вход логического нуля на выходе имеем логическую единицу. Для более сложных логических схем пользуются таблицами истинности, в которых последний столбец показывает сигнал на выходе логической схемы, а предыдущие - комбинацию сигналов на входе, как это показано на приведенной таблице, соответствующей электрической схеме на рис.1.8. Строго говоря, поскольку реальная схема не идеальна, напряжение на выходе не равно нулю, а имеет какое-то небольшое значение. Поэтому необходимо определить его пороговую величину, которая будет соответствовать логическому нулю.

В схемах, реализующих логические функции, логические нули и единицы обычно представлены разными значениями напряжения: напряжением или уровнем нуля и напряжением или уровнем единицы. Разность уровней единицы и нуля называется логическим переходом. Он должен быть настолько большим, чтобы исключить влияние случайных помех.