Особенности ЛЭ на полевых транзисторах:
1. высокая технологичность;
2. малая потребляемая мощность в статическом состоянии;
3. высокое входное сопротивление;
4. сравнительно невысокое выходное сопротивление, позволяющее работать ЛЭ на емкостную нагрузку (до 500 пФ);
5. сравнительно невысокое быстродействие, обусловленное наличием большой входной емкости;
6. среднее время задержки до 20 нс.
Обычно логические элементы строят на комплиментарных транзисторах (серия КМОП: К176, К561, К564, К765).
Транзисторы VT1, VT2, VT3 соединены в схеме параллельно, а транзисторы VT4, VT5, VT6 —последовательно (ярусно).
1) Если на всех входах X1=X2=X3=0, то транзисторы VT4, VT5, VT6 закрыты, а транзисторы VT1, VT2, VT3 — открыты. Тогда F=1, и на выходе — напряжение, примерно равное E.
2) Если X1=X2=0, а X3=1, то транзисторы VT1, VT2, VT6 открыт, а VT3, VT4, VT5 — закрыты, и F=1.
3) Если X1=X2=X3=1, то есть uВХ>EЗ0 для транзисторов VT4, VT5, VT6, то F=0.
Мощность, потребляемая схемой в статическом состоянии PСТ=0,1 мВт.
Транзисторы VT1, VT2, VT3 с p-каналом соединены в схеме последовательно, а транзисторы VT4, VT5, VT6 — параллельно.
1) Если на всех входах X1=X2=X3=0, то транзисторы VT4, VT5, VT6 закрыты, а транзисторы VT1, VT2, VT3 — открыты. Тогда F=1.
2) Если X1=X2=0, а X3=1, то транзистор VT6 открывается, а VT3 — закрывается, и F=0.
Для повышения помехоустойчивости рассматриваемых ЛЭ на входе ставят инвертор.
Диод VD1 защищает входную цепь от слишком больших входных сигналов. При uВХ>E диод VD1 открывается. Диоды VD2 и VD3 и резистор R защищают входные цепи транзисторов VT1 и VT2 от статического напряжения. Если входное статическое напряжение UСТ<0, срабатывает диод VD3.
Постоянная времени
t=R1×C = 10нс, (1.21)
где С — барьерная емкость диода, то есть она мало сказывается на быстродействии логического элемента.
Сопротивление R1 и барьерная емкость C диода образуют интегрирующую цепь. Используя ее, можно уменьшить сопротивление на затворе транзистора. В большинстве логических элементов такая цепь ставится на входе. Ее включение позволяет увеличить напряжение помех на входе до значения UПОМ = 0,3×E.
Для повышения нагрузочной способности ЛЭ на выходе включают простой или сложный инверторы.
На полевых транзисторах легко реализуется схема ЛЭ с тремя устойчивыми состояниями.
Если транзисторы VT1 и VT4 закрыты, то выходное сопротивление такой схемы велико (высокоимпедансное состояние). На входы вспомогательных транзисторов VT1 и VT2 подается сигнал EZ, дающий разрешение для работы транзистора.
Часто требуется согласовать элементы ТТЛ и элементы КМОП. Для ТТЛ UВЫХ1=2,4 B, UВЫХ0=0,4 B, для КМОП — UВЫХ1=8 B. Для согласования по уровню входногои выходного сигналов существуют 3 способа:
1. Записать КМОП пониженным напряжением так, чтобы входной и выходной сигналы были близки к ТТЛ.
2. Использовать элементы ТТЛ с открытым коллектором.
3. Использовать преобразователи уровня.
КМОП в ТТЛ à 564ПУ4
ТТЛ в КМОП à 564 ПУ7, ПУ8.
Незадействованные входы логических элементов либо соединяются параллельно с исследуемым входом, либо подключаются к источнику питания. ЛЭ на полевых транзисторах используются в высокоэкономичных цифровых устройствах с относительно невысоким быстродействием.