Логические схемы на МОП транзисторах одного типа проводимости

Принципы работы элементов n-МОП и p-МОП удобно проследить на примере инверторов:

В этих схемах исток ключевого – активного транзистора заземляется, а знак питающего напряжения определяется типом МОП транзистора (для p-отрицательное, для n-положительное).

Принципиальное отличие схем на униполярных транзисторах от схем на биполярных заключается в том, что в первых нагрузкой является нормально открытый МОП транзистор. Это существенно упрощает технологию изготовления схем.

Как видно, в элементах p- МОП используется соглашение отрицательной логики. (Логическая единица отображается отрицательным напряжением, модуль которого превышает пороговое напряжение, логический ноль – малым отрицательным напряжением, модуль которого не достигает модуля порогового).

В обеих схемах транзисторы являются нагрузочными. Затвор транзистора – нагрузки подключается к источнику смещения , который по модулю превышает не менее чем на пороговое напряжение. Возможно подключение затвора непосредственно к источнику питания (пунктир, падает быстродействие схемы).

В обеих схемах при подаче на вход напряжения, соответствующего , транзистор закроется и на выходе будет действовать напряжение, близкое к (то есть логическая «1»).

Если же , то открыт, напряжение на выходе , так как сопротивление канала нагрузочного транзистора значительно больше сопротивления канала открытого транзистора: . Это неравенство выполнимо лишь при изготовлении транзисторов с разными размерами каналов:

У нагрузочного резистора увеличивают длину канала, у активного – его ширину (на рис. сопротивления отличаются в 25 раз).

Большое входное сопротивление МОП транзисторов позволяет строить логические схемы, используя непосредственное соединение каналов (параллельное, последовательное, смешанное).

При отсутствии тока через схему (все активные транзисторы закрыты) напряжение на выходе , что соответствует .

Для построения многоступенчатых схем применяют смешанное соединение каналов МОП транзисторов.

Характерные недостатки p(n) МОП схем:

- необходимость иметь определенное соотношение между сопротивлением каналов (увеличивает расход площади кристалла и следовательно стоимость элемента). Желательно иметь транзисторы .

- при через оба транзистора от источника питания на общую точку течет статический ток. Это исключает применение низкоомных каналов (растет рассеиваемая элементом мощность). Высокоомность каналов влечет потерю быстродействия.

Время задержки распространения – десятки и сотни наносекунд (частота переключения 1000-50 кГц), потребляемая мощность – десятки мВт/вентиль.

Типичное напряжение питания – 27В.

Нагрузочная способность МОПТ ИС одного типа проводимости достаточно высока (n>10) и ограничивается лишь снижением быстродействия за счет емкости нагрузки Си.

С целью расширения функциональных возможностей в состав серии включены буферные схемы ( ).