На выходах мультивибраторов получаем меандр с частотой, которую можно рассчитать по уравнению

{ = (5.10-*)/С,

(1.27)

либо выбрать по графику (рис. 1.139,6),

Для маломощного исполнения данной микросхемы выходная частота окажется в 5 раз меньшей при той же емкоати конденсатора С . Для К531ГГ1 диапазон выходной частоты составляет 1 Гц...60 МГц н более. Потребляемый микросхемой ток питания составляет 110...150 мА. Выходной ток нагрузки не должен превышать 20 мА.

По входу разрешения EI выходную последовательность можно запретить, если подать иа вход EI напряжение высокого уровня. При напряжении низкого уровня на входе EI начнется генерация (в схеме LS124 она продолжается независимо от сигнала EI). Для повышения стабильности генерации микросхема имеет четыре вывода питания. Два из них (16 и 9) принадлежит выходным буферным каскадам обоих мультивибраторов, через другую пару выводов (15 и 8) питание передается на автогенераторную часть схемы и на каскады управления частотой. Несмотря на такую развязку по питанию, одновременная работа двух мультивибраторов из одной микросхемы как генераторов, частота которых управляется напряжением (ГУН), не рекомендуется.

На рис. 1.139, в показаны графики управления частотой ГУН. При фиксированном напряжении диапазона йд (например, ид = 3,5 В), регулируя напряжение Uynp на входе управления частотой УЧ в пределах

SS д7

м

К531ГП

----о-

M

Ksiwm

A<B

Рис. 1.140. Две типовые схемы применения микросхемы К531ГГ1 192

1,5...4 В, можно изменить выходную частоту почти на +20 %. При C.j = = 2 пФ, Uynp = 4 В и ид=1 В минимальное значение частоты автогенерации равно 60, а максимальное 85 МГц.

На рис. 1.140 показаны две типовые схемы применения микросхемы К531ГГ1. В них мультивибратор (рис. 1.140, а) работает как задающий кварцевый (частота fi), а мультивибратор (рис. 1.140,6) как ГУН.

Петля ФАП (рис. 1.140, а) использует простой фазовый компаратор ФК, например исключающее ИЛИ (см. рис. 1.34). В схеме имеется два делителя частоты: на коэффициент М и на N. Поскольку после захвата на схему ФК должны приходить равные частоты (опорная fi/M и выходная fo/N), нетрудно вычислить, что при {i/M=fo/N частота

{ = (N/M){i. (1.28)

Если быстродействия ФК недостаточно, коэффициенты деления обоих делителей можно попытаться увеличить в К раз, выходная частота от этого не изменится.

На рис. 1.140,6 показана схема петли ГУН, где в качестве ФК использован компаратор (сравниватель) К531СП1 параллельных цифровых слов (а не последовательных потоков). Такое решение более надежно для высоких частот. Для исключения паразитной автогенерации параллельно низкочастотному кварцевому резонатору полезно подключать конденсатор емкостью 5... 15 пФ.

2. ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ КМОП

Из многочисленных серий цифровых микросхем на полевых транзисторах наибольшее распространение получили серии микросхем

КМОП.

Сокращение КМОП - это начальные буквы четырех слов из полного определения: комплементарные полевые транзисторы со структурой металл - окисел - полупроводник. Слово комплементарный переводится как взаимно дополняющий. Так называют пару транзисторов, сходных по абсолютным значениям параметров, но с полупроводниковыми структурами, взаимно отображенными как бы в виде негатива и позитива. В биполярной схемотехнике - это транзисторы п-р-п и р-п-р, в.полевой р-канальные и п-канальные. Здесь р--первая буква слова positive, п-- negative.

Интересно, что на.первых этапах развития биполярных цифровых микросхем предсказывали широкое распространение комплементарных биполярных логических элементов на р-п-р и п-р-п транзисторах. К примеру, если в ТТЛ удалось бы заменить выходной каскад на двухтактный компле.ментарный, принципиально повысилась бы экономичность элемента. Однако биполярная комплементарная транзисторная логика не прижилась из-за трудности изготовления на кристалле большого количества компактных по площади и высококачественных по параметрам интегральных р-п-р транзисторов.

Напомним, что в аналоговой схемотехнике, где р-п-р транзисторы просто необходимы как для упрощения схемотехники, так и для улучшения свойств усилителей, проблема создания хороших р-п-р транзисторов для технологов все еще существует. Поэтому реально биполярные

13-788 193

микросхемы ТТЛ имеют иа выходе так называемый квазикомплементар-иый каскад. На кристалле делают только п-р-п транзисторы. Эта компромиссная схема элемента ТТЛ оказалась оптимальной и перспективной на многие десятилетия.

Первые попытки выпускать серии простых полевых элементов, сходных по схеме с РТЛ (см. рис. 1.1, в), к успеху не привели. Логические элементы получались крайне медленнодействующими, поскольку внутреннее сопротивление канала у полевого транзистора на порядок больше, чем сопротивление между коллектором и эмиттером насыщенного биполярного транзистора. Однополярные микросхемы МОП не отличались ни помехоустойчивостью, ни малой потребляемой мощностью. Хорошие результаты дало применение двуполяриого инвертора, построенного на комплементарной полевой паре.

2.1. УСТРОЙСТВО И СВОЙСТВА ЛОГИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА КМОП

На рис. 2.1,0 показано условно поперечное сечение р-каналь-ного полевого транзистора VT1, к которому подключен управляющий переключатель S1, подано напряжение питания Un.n и присоединен резистор нагрузки стока Рс. Транзистор VT1 имеет объем кремния с электронной проводимостью. Этот объем называется п-подложка. Методом

Рис. 2.1. Включение р-канального МОП-транзистора (а) н схема (б) для снятия его передаточной характеристики (е)

диффузии в объеме сделаны две области с повышенной концентрацией положительных носителей - дырок. Это области истока И и стока С с проводимостью р+. Знак + означает повышенную концентрацию носителей. Чем запас носителей больше, тем больше может быть плотность тока в канале и тем значительнее крутизна полевого транзистора.

На поверхности п-подложки (это левая вертикальная плоскость на рис. 2.1, а) создают специальным окислением поверхности кремния высококачественный слой кварцевого стекла ЗЮг. Толщина этого слоя около 1 мкм. Поверх слоя 5102 напыляется металл-алюминий. Если транзистор VT1 в схему ие включен, его исток не связан со стоком электрически, так как между этими областями р+ находится п-кремний подложки.