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ディジタル回路　第 5 回 ダイオードと BJT を使った ディジタル回路 テキスト第 3 章

ディジタル回路　第 5 回 ダイオードと BJT を使った ディジタル回路 テキスト第 3 章. 情報工学科 天野英晴. A. K. ダイオード. もっとも単純な素子 I=Is{exp(qV/kT)-1} Is: 逆方向飽和電圧（非常に小さい値） q: 電子の電荷 ｋ：ボルツマン定数 T: 絶対温度 ｋ T/q≒ 26(1/mV). I. V. 0.7. 0.6. A. K. 順方向と逆方向. p. n. ＋ 正孔. － 電子. エネルギー障壁 (0.65V くらい）. 順方向. 電流. ＋. 逆方向. ＋.

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ディジタル回路　第 5 回 ダイオードと BJT を使った ディジタル回路 テキスト第 3 章

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Presentation Transcript

  1. ディジタル回路　第5回ダイオードとBJTを使ったディジタル回路テキスト第3章ディジタル回路　第5回ダイオードとBJTを使ったディジタル回路テキスト第3章 情報工学科 天野英晴

  2. A K ダイオード • もっとも単純な素子 • I=Is{exp(qV/kT)-1} Is: 逆方向飽和電圧（非常に小さい値） q:電子の電荷 ｋ：ボルツマン定数 T:絶対温度 ｋT/q≒26(1/mV) I V 0.7 0.6

  3. A K 順方向と逆方向 p n ＋ 正孔 － 電子 エネルギー障壁(0.65Vくらい） 順方向 電流 ＋ 逆方向 ＋ エネルギー障壁を 越える

  4. A A K K ダイオードのスイッチングモデル I I モデル化 V V 0.7 0.7 0.6 0.6 ON OFF 電流 電流は流れない 0.6V OFF：AとKは切れている ON：AとK間にはON電圧が生じる

  5. BJT(Binary Junction Transistor)いわゆる普通のトランジスタ スイッチングモデル：　BE間はダイオードと考えて良い VBE<0.6V BEのダイオードがOFF:　トランジスタがOFF CEは切れたのと同じ VBE>0.6V BEのダイオードがON:　トランジスタがON CEはくっついたのと同じ L C H C B H B L 切れたのと 同じ E E

  6. BJTのON/OFF H L VCC IB ＋ ＋ B B ｐ ｐ n n n n R C C IC E ON：BE間のダイオードがON エネルギー障壁が突破され 多くの電子がC領域に突入 IC=ｈFE×IB：不飽和 IC=VCC/R:飽和→VC=0 エネルギー障壁が 越えられない OFF：BE間はオープン CE間もオープン

  7. ダイオードAND Vcc OFF ON ON Y＝ Vcc Y A＝H A＝L Y A＝L ０．６V ０．６V B＝H B＝H B＝L OFF OFF ON 両方ONでも ０．６Vなことに 注意！ A B Y L L ０．６V L H ０．６V H L ０．６V AND?っぽい H H Vcc

  8. ダイオードOR OFF ON ON Y＝0 A＝L A＝H A Y Y B＝L B＝L B OFF OFF ON A B Y 両方ONでも Vcc-０．６Vなことに 注意！ L L ０V L H Vcc－０．６V OR?っぽい H L Vcc－０．６V H H Vcc－０．６V

  9. 例題3.2　（p.64) H H H L Vcc=5V I ０．６V ２KΩ OFF ON VY=I・R＝（5－0.6）/２R×R 　　　　　＝2.2V Y は？ H H L 2.2V OFF ２KΩ OFF ダイオードだけではディジタルレベルが維持できない！

  10. 演習１ • 下の回路をダイオードANDとダイオードORで構成した。出力は何Vか？ L L H Vcc=5V Vcc=5V H I ２KΩ L H L ２KΩ

  11. BJTで増幅する L 完全にONになりきらない ０．６V Diode-Transistor Logic（DTL) NAND L ここが1.8Vにならないと ONにならない→スレッショルドは１．２V

  12. DTLの問題点 H→Lを 高速にする には大電流 ＝過飽和 H H 逆方向 なのでこっちには 行けない 蓄積した 電荷が流れ 出る まではON L H L→Hが極めて遅い

  13. TTL（Transistor-Transistor Logic) H H 2段接続 （ダーリントン） でパワーアップ マルチエミッタ トランジスタで電荷を 急速放電 トランジスタの 負荷で高速に 電荷を充電

  14. TTLがL→Hが高速な理由 トランジスタがONに なって低抵抗で出力電圧を Hレベルに引き上げる OFF →ON H→L ON →OFF マルチエミッタトランジスタが トランジスタとして動作 ONになって電荷を放出

  15. TTLの入出力特性 Vout ５V CMOS TTL 1.2V Vin ２．５V ５V ０V

  16. TTLの特性 • 静特性：p.81の7400の規格表より • Hレベルノイズマージン：VOH-VIH2.4-2=0.4V • Lレベルノイズマージン：VIL-VOL0.8-0.4=0.4V • 同じ電源電圧ならばCMOSよりも低い • しかしノイズに弱いとは限らない • Hレベルファンアウト：IOH/IIH：400μA/40μA=10 • Lレベルファンアウト：IIOL/IIL:16mA/1.6mA=10 • Lレベルの出力時には常に電流が流れる • Hレベルは漏れだが、出力もあまり強くない • マイナスは方向なんで気にしない • 動特性：p.86 • 高速版（F,AS）などはCMOSのACよりも高速

  17. TTLの世代 • 第一世代：74シリーズ、H、Lシリーズ • 70年代鮮烈なデビューを飾る • 当時のM-DTLよりも圧倒的に高速 • H（高速版）、L（ローパワー版）が登場 • 第二世代：Sシリーズ、LSシリーズ • ショットキーバリアダイオードの登場 • マルチエミッタトランジスタの欠点解消 • 第三世代：F,AS、ALSシリーズ • CMOSを迎撃するため、ローパワー化を進める • 回路の複雑化（p80の回路を見よ！）

  18. TTLの衰退 • うまく作ればスピードはCMOSに負けない • 消費電力、実装密度で不利 • プロセス技術の進展が、トランジスタの性能向上に直接結びつかない • 80年代後半から本格的な衰退が始まる • 現在は、歴史的、あるいは実験室でのみ使われるデバイスとなっている • CMOSよりタフ

  19. 演習２ 81ページの規格表から７４AS00 のH,Lレベルノイズマージン、H,Lレベルファンアウトを計算せよ

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