Examen electronică digitală

Circuitul bistabil de tip Schmitt

Un astfel de circuit este caracterizat cu două stări de echilibru stabil. Structura unui bistabil Schmitt este asimetrică şi constă din două etaje de amplificare cuplate direct pe o rezistenţă comună de emitor (circuit cu cuplaj prin emitor). Caracteristica de transfer este determinată de RC1. În funcţie de o anumită valoare critică Rcr, se pot defini mai multe tipuri de caracteristici de transfer, după cum urmează.

1) RC1 < Rcr

În acest caz circuitul se comportă ca amplificator.

2) RC1 = Rcr

Circuitul se comportă ca un bistabil având pragul V¬i’=V¬i’’. Saltul tensiunii de ieşire de la U2m ¬ la Ec are loc prin următorul proces regenerativ: IC1↑, VC1↓, VCE↓, VB2↓, IC2↓, VC2↑, VE1↓, VC1↓, IC1↑. Tensiunea de ieşire îşi schimba valoarea prin salt atunci când tensiunea

de intrare atinge pragul de basculare.

3) RC1 > Rcr

Porţiunea de caracteristică cu panta negativă este instabilă şi nu poate fi obţinută practic. Instabilitatea constă în indeterminarea punctului static de funcţionare. Practic, comutarea se realizează conform săgeţilor (figura 4.15). Caracteristica de transfer este aşadar de tipul cu histerezis, tensiunea de histerezis având valoarea Vh =V1’-V1"

Familia logică CMOS (Complementary MOS)

Familia logică CMOS (MOS Complementar, .Complementary. MOS) are parametrii cei mai apropiaţi de ai unei familii logice ideale, în sensul că ar trebui să aibă consum zero în regim static, timpi de propagare egali cu zero, fronturi controlabile, imunitate la zgomot egală cu 50% din diferenţa între tensiunile asociate nivelelor logice. Circuitele CMOS au o putere disipată în regim static de 10nW / poartă, care depinde însă de frecvenţă, de tensiunea de alimentare şi de sarcină. Consumul poate ajunge la 10 mW la o frecvenţă de 1MHz pe o sarcină capacitivă de 50 pF.

Timpul de propagare are valori tipice de 50-100ns şi depinde de tensiunea de alimentare; el se determină pentru o încărcare (fan-out) egală cu 3 (5pF x 3 = 15 pF, RL = 200 KΩ). Marginea de zgomot în semnal este de 0,45 din diferenţa de tensiune corespunzătoare nivelelor logice. Marginea de zgomot de curent continuu este de 1 V pentru întreaga gamă a tensiunilor de alimentare şi indiferent de condiţiile de lucru. Tensiunea de alimentare determină viteza de lucru şi puterea disipată.

Metode de îmbunătăţire a fronturilor

Fronturile semnalului de ieşire ale astabilului cu tranzistoare sunt afectate de încărcarea şi descărcarea unor capacităţi, având deci formă exponenţială. Modificările necesare pentru eliminarea acestui neajuns constau în reducerea timpilor de creştere prin introducerea unor diode ce asigură separarea circuitului de încărcare de cel de descărcare (figura 4.33).

Diodele D1 şi D2 separă circuitul de încărcare a capacităţii de colectorul tranzistorului făcând astfel posibil saltul abrupt al tensiunii de ieşire a tranzistorului, care se blochează de la valoarea unei tensiuni de saturaţie la valoarea tensiunii de alimenate. C2 se încarcă pe traseul +Ec, R.C1, C2, T2. În starea T1 blocat, T2 saturat, dioda D2 este polarizată direct, ceea ce permite descărcarea

capacităţii C1 pe traseul +Ec, RB1, C1, D2 deschisă, T2.

Familia logică ECL (cu cuplaj prin emitor)

Timpul de propagare relativ mare al porţii TTL standard se datorează în principal comutaţiei tranzistorului între regiunea se blocare şi cea de saturaţie. Comutarea între blocare şi saturaţie produce întârzieri la ieşirea din saturaţie datorită timpului necesar pentru evacuarea sarcinii stocate.

O soluţie de accelerare a comutaţiei ar putea fi folosirea regimului de curent al tranzistorului în comutaţie, adică comutarea între regiunea de blocare şi regiunea activă. Pentru structura clasică acest lucru este dificil de realizat deoarece, chiar pentru polarizări corespunzătoare, la variaţii mici ale tensiunii emitor-bază (variaţie care se poate datora temperaturii sau dispersiei parametrilor) are loc trecerea rapidă a tranzistorului către una din stările extreme, blocare sau saturare.

O soluţie mai eficientă de a obliga tranzistorul să rămână în RAN indiferent de variaţiile semnalului de intrare, în cazul structurii standard, constă în introducerea unei reacţii negative, prin utilizarea unei rezistenţe mari în emitor, rezistenţă ce poate fi cea oferită de un etaj repetor pe emitor sau un circuit în antifază. Utilizarea unei rezistenţe mari în emitor are însă dezavantajul că, la intrarea tranzistorului sunt necesare nivele mari de tensiune pentru a asigura comutarea între regiunea de blocare şi regiunea activă.

O comutare între starea de blocare şi regiunea activă normală şi în acelaşi timp o variaţie mică pentru semnalul de intrare care să determine comutarea ieşirii, se obţine cu ajutorul unui circuit ce nu comandă blocarea sau deschiderea tranzistoarelor ci comută curentul de la un tranzistor la altul. Structura de bază este cea a unui amplificator diferenţial. Deoarece emitoarele tranzistoarelor sunt conectate pe o rezistenţă comună de emitor (sau pe un generator de curent), familia logică generată se numeşte cu cuplaj prin emitor (.emitter coupled logic. - ECL). În această familie tranzistoarele sunt nesaturate şi funcţionează în clasa A.