C.E.A.D.7.1 CIRCUITI ELETTRONICI ANALOGICI E DIGITALI LEZIONE N° 7 (3 ore) Transistore multi...

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.11

CIRCUITI ELETTRONICI CIRCUITI ELETTRONICI ANALOGICI E DIGITALIANALOGICI E DIGITALI

LEZIONE N° 7 (3 ore)LEZIONE N° 7 (3 ore)

• Transistore multi emettitoreTransistore multi emettitore• Porta TTL prima versione Porta TTL prima versione • Caratteristica di trasferimentoCaratteristica di trasferimento• Pilotaggio di carichi capacitiviPilotaggio di carichi capacitivi• Stadio d’uscita TOTEM-POLEStadio d’uscita TOTEM-POLE• Porta NAND TTL StandardPorta NAND TTL Standard

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.22

RichiamiRichiami

• Inverter a BJTInverter a BJT• Caratteristica di trasferimentoCaratteristica di trasferimento• Inverter idealeInverter ideale• Margini di rumoreMargini di rumore• Fan-in e Fan-out Fan-in e Fan-out • Tempi di ritardoTempi di ritardo• Dissipazione di potenzaDissipazione di potenza• Logica DTLLogica DTL• Caratteristiche statiche e dinamiche Caratteristiche statiche e dinamiche

della logica DTLdella logica DTL

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.33

Transistore multi emettitoreTransistore multi emettitore

• BJT a un emettitoreBJT a un emettitore BJT multi BJT multi emettitoreemettitore

QB

C

E

n

p n

EBC

QB

C

E1

n

p n

E1BC

E2

n

E2

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.44

OsservazioniOsservazioni

• Il transistore multi emettitore si può Il transistore multi emettitore si può vedere come due transistori accoppiati, vedere come due transistori accoppiati, sia come tre diodi connessi come in sia come tre diodi connessi come in figurafigura

n

pnn

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.55

NAND TTL prima versioneNAND TTL prima versione

Q1VA

RB

VCC

RC

VU

Q2

R2

Q3

R11.4k

1k

4k

2.2k

+- VCE

•

VB

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.66

OsservazioniOsservazioni

• Il transistore QIl transistore Q11 si comporta, si comporta, staticamente, come tre diodi staticamente, come tre diodi

• Dinamicamente, quando QDinamicamente, quando Q22 è in forte è in forte conduzione, sul fronte di discesa di Vconduzione, sul fronte di discesa di Vii, , QQ11 si comporta da transistore si comporta da transistore

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.77

Caratteristica di trasferimentoCaratteristica di trasferimento

•

Q1

VA

RB

VCC

RC

VU

Q2

R2

Q3

R1

1.4 k

1 k

4 k4 k

+- VCEVB

1.3 1.5 20

5

VI

VU

0.2

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.88

Pilotaggio di carichi capacitiviPilotaggio di carichi capacitivi

• Scarica a corrente costante (Scarica a corrente costante (IIBB) )

• Carica esponenziale Carica esponenziale = R = RCCCC

RC

VU

Q3

4 k

C

VI

0 t

VU

VCC

T1 T2

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.99

OsservazioniOsservazioni

• Per ridurre il tempo tPer ridurre il tempo t22 si deve diminuire si deve diminuire RRCC

• Ridurre RRidurre RCC comporta una maggiore comporta una maggiore dissipazione statica dissipazione statica

• Ridurre RRidurre RCC comporta una diminuzione del comporta una diminuzione del

Fan-outFan-out• RC svolge la funzione di Pull-UpRC svolge la funzione di Pull-Up• Soluzione: sostituire il Pull-Up statico con Soluzione: sostituire il Pull-Up statico con

un Pull-Up dinamicoun Pull-Up dinamico

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.1010

Stadio d’uscita TOTEM - POLEStadio d’uscita TOTEM - POLE

• RR11, R, R22, Q, Q22 parafase parafase (se il collettore sale (se il collettore sale l’emettitore scende)l’emettitore scende)

• DD00 serve per avere Q serve per avere Q44

interdetto con Qinterdetto con Q22 e Q e Q33

saturatisaturati

• In assenza di DIn assenza di D00 Q Q44 è in è insaturazionesaturazione

RC

VU

Q3

.1 k

C

VI

VCC

Q4

Q2D0

R2

R1

1.4 k

1 k

Z4

Z3

Z2

Z1

V 8.0

V 1

131

1

CESATZZZ

BESATCESATZ

VVV

VVV

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.1111

Porta NAND TTL StandarPorta NAND TTL Standar

• RC

VU

Q3

.1 k

C

VI

VCC

Q4

Q2D0

R2

R1

1.4 k

1 k

RB

4 k

Z4

Z3

Z2

Z1

Z7

Z6

Z5

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.1212

Correnti di scaricaCorrenti di scarica

• La corrente di scarica di C è data da La corrente di scarica di C è data da IIB3B3

• In base alla 7.8In base alla 7.8

mA 5.272

100per mA 725.2

2

3

21

213

BSINK

BEsat

B

BEsatCCCEsatBEsatCC

RRBRB

II

R

V

R

VVV

R

VVV

IIII

RC

VU

Q3

.1 k

C

VI

VCC

Q4

Q2 D0

R2

R1

1.4 k

1 k

RB

4 k

Z4

Z3

Z2

Z1

Z7

Z6

Z5

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.1313

Correnti di caricaCorrenti di carica

• La corrente di carica di C è (ingresso La corrente di carica di C è (ingresso basso)basso)– Ipotesi Q4 in saturazioneIpotesi Q4 in saturazione

mA 39

mA 36.2

4

14

C

CESATCESATCCC

BESATCESATCCB

R

VVVVI

R

VVVVI

RC

VU

Q3

.1 k

C

VI

VCC

Q4

Q2 D0

R2

R1

1.4 k

1 k

RB

4 k

Z4

Z3

Z2

Z1

Z7

Z6

Z5

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.1414

Caratteristica di trasferimentoCaratteristica di trasferimento

•

0.2

0.6 1.5 50

3.8

VI

VU

3

1.3

RC

VU

Q3

.1 k

C

VI

VCC

Q4

Q2D0

R2

R1

1.4 k

1 k

RB

4 k

Z4

Z3

Z2

Z1

Z7

Z6

Z5

)(2 incutCC VV

)( incutV

VV incut )(

V 96.2

2 12

)()(

R

R

VVV incut

incutCC

VVCEsat

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.1515

Margini di rumoreMargini di rumore

• NHL è basso a causa della caratteristica NHL è basso a causa della caratteristica due due ginocchi ginocchi

0.2

0.6 1.5 50

3.8

VI

VU

3

1.3

OHV

V 4.02.06.0

V 3.25.18.3

OLILHL

IHOHHH

VVN

VVN

OLV

ILV IHV

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.1616

Uscita TRI - STATEUscita TRI - STATE

• Si introduce un novo stato logicoSi introduce un novo stato logico• ALTA IMPEDENZA “Z”ALTA IMPEDENZA “Z”• Più uscite Tri – state possono essere Più uscite Tri – state possono essere

connesse in paralleloconnesse in parallelo• Si deve garantire che logicamente sia Si deve garantire che logicamente sia

possibile abilitarne solo una alla voltapossibile abilitarne solo una alla volta

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.1717

Buffer Tri - StateBuffer Tri - State

• InvertenteInvertente

• Non invertenteNon invertente

S

in out1

S

in out2

SS inin outout

11

outout22

00 00 ZZ ZZ

00 11 ZZ ZZ

11 00 11 00

11 11 00 11

0 1 z

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.1818

Circuito Tri – State”Circuito Tri – State”

• Si deve obbligare sia QSi deve obbligare sia Q22 che Q che Q44 a non a non condurrecondurre

RC

VU

Q3

.1 k

VI

VCC

Q4

Q2D0

R2

R1

1.4 k

1 k

Z4

Z3

Z2

Z1

S

in

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.1919

OsservazioniOsservazioni

• La max velocità di commutazione è La max velocità di commutazione è limitata da T storagelimitata da T storage

• T storage è dovuto alla saturazione dei BJTT storage è dovuto alla saturazione dei BJT• La saturazione è necessaria per avere La saturazione è necessaria per avere

un’uscita costante anche se varia un’uscita costante anche se varia l’ingressol’ingresso

• Per aumentare la velocità di Per aumentare la velocità di commutazione è necessario passare a commutazione è necessario passare a logiche non saturatelogiche non saturate

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.2020

Diodo SchottkyDiodo Schottky

• La giunzione Silicio drogato “n” e La giunzione Silicio drogato “n” e metallo (alluminio) da luogo auna metallo (alluminio) da luogo auna ginzione rettificatrice che prende il ginzione rettificatrice che prende il nome di nome di DIODO SCHOTTKYDIODO SCHOTTKY

• La tensione di soglia di un diodo La tensione di soglia di un diodo schottky è più bassa di quella di un schottky è più bassa di quella di un diodo “p-n” ( 0.4 V)diodo “p-n” ( 0.4 V)

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.2121

Transistore SCHOTTKYTransistore SCHOTTKY

• Mettendo un diodo Schottky fra base e Mettendo un diodo Schottky fra base e collettore si ottiene un transistore che collettore si ottiene un transistore che non può andare in saturazionenon può andare in saturazione

0.3 V

0.4 V

0.7 V

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.2222

NAND LS (74LS00)NAND LS (74LS00)

•

D1

20 k 8 k

.12 k

3 k1.5 k

4 k

Q3

Q4

Q2

Q6

D2

Q5

D3

D4

C.E.A.D.C.E.A.D. 7.7.2323

ConclusioniConclusioni

• Transistore multiemettitoreTransistore multiemettitore• Porta TTL prima versione Porta TTL prima versione • Caratteristica di trasferimentoCaratteristica di trasferimento• Pilotaggio di carichi capacitiviPilotaggio di carichi capacitivi• Stadio d’uscita TOTEM-POLEStadio d’uscita TOTEM-POLE• Porta NAND TTL StandardPorta NAND TTL Standard• Porta Tri StatePorta Tri State• TTl Low-power SchottkyTTl Low-power Schottky