Correzione domande Fondamenti di elettronica

I

v

allora l’uscita viene portata a V+ tramite R

O v

(3) Interruttore implementato con un transistor MOSFET, quando è alto il mosfet

I

conduce (si comporta come un interruttore chiuso), mentre quando è basso il mosfet

v

non conduce e si porta a V+ tramite il resistore

O

ingresso 0 il circuito è aperto e non passa corrente attraverso R e il MOSFET di

conseguenza l’uscita viene portata a V+

(4) Interruttore implementato con un transistor bipolare che funziona in modo simile al

mosfet v

Se l'ingresso è 0, il transistor bipolare non riceve corrente di base sufficiente

I v

per attivarsi, quindi resta spento e si comporta come circuito aperto e l’uscita O

quindi sarà alta (vicino a V+)

Perché quando il circuito è aperto la corrente di uscita è portata a V+?

Quando il circuito è aperto il transistor o l’interruttore non forniscono un percorso verso

v

massa per l’uscita di dato che non c’è alcun percorso a resistenza bassa verso la

O v

massa non si crea un circuito e quindi l’unica connessione per l’uscita è attraverso il

O

resistore R che la collega a V+, anche se il resistore R non permette il passaggio di molta

v

corrente e comunque sufficiente per tirare l’uscita verso V+ quando il transistor è

O

spento

Un interruttore con carico resistivo può funzionare come un invertitore, e questo accade

perché l'interruttore, agendo come un dispositivo a due stati, consente di collegare o

scollegare il carico (resistore) da una tensione di alimentazione (V+) o dalla massa (0 V).

- quando l’interruttore è chiuso l’uscita viene collegata a 0 v in questo caso la tensione

di uscita è bassa

- quando l’interruttore è aperto la corrente non fluisce direttamente attraverso

l’interruttore ma il resistore viene collegato a V+ la tensione di uscita è quindi alta

in sintesi

se all’ingresso si applica un segnale alto e l’interruttore si chiude e quindi l'uscita sarà bassa.

se invece all’ingresso si applica un segnale basso l'interruttore si apre e l’uscita sarà alta

=V

V v

- stato logico basso in uscita dalla porta per

L i H

=V

V v

- stato logico alto in uscita dalla porta per

H i L

V

- massimo valore di ingresso riconosciuto come livello logico basso

IL

V

- minimo valore di ingresso riconosciuto come livello logico alto

IH

V V

- tensione di uscita corrispondente alla tensione di ingresso pari a

OH IL

V V

- tensione di uscita corrispondente alla tensione di ingresso pari a

OL IH

le zone in cui riconosco come segnale basso o alto servono a evitare che il dispositivo

produca uscite errate in presenza di ingressi rumorosi

sono definite per il livello basso e alto secondo le equazioni

=V −V

N M → (valore logico 0)

L IL OL

=V −V

N M → (valore logico 1)

H OH IH v V V

Quando il segnale di ingresso Si trova tra e , ci troviamo in una regione

I IL IH

in cui il circuito non può distinguere chiaramente se il segnale è "alto" o "basso". In questa

regione di tensioni l'invertitore è nella regione a guadagno elevato e la pendenza della curva

è ripida, ma non è possibile garantire una risposta logica definita.

↓ v

In questa regione, il comportamento dell'uscita diventa imprevedibile, e può oscillare o

O

V V

stabilizzarsi in un punto intermedio tra e

OL OH

Quindi per garantire il corretto funzionamento logico del circuito è essenziale che il segnale

N M N M

di ingresso sia all’interno dei margini di rumore (perché sia 0) e (perché

L H

sia 1)

Risposta dinamica delle porte logiche:

Tempi di salita e discesa t t

i tempi di salita ( ) e discesa ( )

r d

10 % 90 %

sono misurati al e al della

transizione tra i due stati:

=V +0.1

V ΔV

- 10 % L

=V −0.1

V Δ V

- 90 % H

ΔV

con swing logico dato da

−V

V H L

Ritardo di propagazione:

il ritardo di propagazione viene definito

come la differenza di istanti in cui i segnali

50 %

raggiungono i rispettivi punti al

V

¿ +V

H

(¿ )/2

L

=¿

V 50%

(come se fosse una media tra alto e basso)

il ritardo di propagazione alto-basso (o basso-alto) sono generalmente diversi il ritardo di

propagazione è la loro media aritmetica

τ

¿ PHL+τ

(¿ )/2 τ τ →

→

(con ritardo di propagazione, ritardo p. basso-

PLH P PLH

=¿

τ P τ →

alto, ritardo p. alto-basso)

PHL

Prodotto ritardo-potenza:

Denominato con la sigla PDP (power-delay product) prodotto che descrive l’energia richiesta

per eseguire un'operazione logica

PDP=P τ τ

(con P potenza media dissipata dalla porta logica e

p p

ritardo di propagazione)

Simboli della porte logiche:

Transistori MOS (sia PMOS sia NMOS) possono essere combinati con carichi resistivi per

creare porte logiche a singolo canale

Per porte logiche a singolo canale si intendono dispositivi logici che contengono una singola

funzione logica, come AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR o XNOR, realizzata su un unico

canale (o singola porta).

il primo esempio di porta logica è l’invertitore ne esistono più implementazioni:

- (1) invertitore con carico resistivo

- (2) invertitore con carico in saturazione

- (3) invertitore con carico in regione lineare

- (4) invertitore con carico a svuotamento

- (5) invertitore pseudo NMOS

(1) Invertitore con carico resistivo

Struttura del circuito:

le componenti del circuito sono un resistore R e un transistor NMOS

=2.5

V V v

- il resistore R è collegato tra l’alimentazione e l'uscita

DD O

M

- transistor che svolge la funzione di interruttore

s

v

- tensione di ingresso al gate del transistor

i

v

- tensione di uscita che rappresenta il risultato della funzione di inversione

o

v

- tensione di soglia del transistor

TN M

TRANSISTOR SPENTO ( “off” allora vince la resistenza)

s - condizione di ingresso:

=V <

v V

i L TN

- comportamento: dato che l’ingresso

è inferiore alla tensione di soglia il

transistor è spento quindi non

conduce corrente

- Risultato sull'Uscita: dato che non

c’è alcun percorso verso massa

=V =2,5V

V v

R tira l’uscita verso ottenendo un uscita che è interpretata

DD o H

come uscita logica “1”

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

TRANSISTOR ACCESO:

M

( “off” allora vince il transistor)

s

=V =2,5

v V

- condizione di ingresso: i H

v

(quindi maggiore di )

TN v

-comportamento: dato che è oltre la

i

tensione di soglia il transistor è acceso

quindi conduce corrente I

- corrente nel circuito: la corrente DD

scorre attraverso il resistore e il transistor

=80

I μ A

(in questo caso so che )

DD

- Caduta di Tensione sul Resistore:

questa corrente che attraversa R provoca v

una caduta di tensione che porta l’uscita a un valore basso l’uscita quindi è

O

interpretata con il valore logico “0” v

[In questo caso, R ha un valore di 28.8 kΩ, e si ha una caduta di tensione tale che =

O

=0

V V

La tensione (tra drain e source) è 0.20 V, quindi il transistor è in regione

L DS

attiva.]

Retta di carico:

i d v DS

v → tensione tra drain e source del transistor

DS

i → la corrente di drain che attraversa il transistor

d - Curve caratteristiche:

Le curve blu rappresentano le caratteristiche del transistor NMOS per diversi valori

v

della tensione di gate-source ognuna di queste è etichettata con un valore di GS

v i

che indica il comportamento del transistor in funzione di e

DS d

queste curve ci aiutano a capire che in regione operativa si trova il transistor in base

v

al valore di GS V V

- Punti di lavoro e :

L H