CHƯƠNG 3: CÁC HỌ VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.1 Đặc điểm chung của các vi mạch logic - Lối vào và lối ra của các vi mạch logic chỉ có hai mức điện áp VL và VH tương ứng với mức logic 0 và 1’ - Các mạch logic phải được nuôi bằng nguồn nuôi có điện áp chuẩn đã được quy định - Cùng một chức năng logic nhưng có thể thực hiện theo những sơ đồ nguyên lý khác nhau - Những vi mạch được xây dựng trên cùng một kiểu sơ đồ nguyên lý được xếp vào một học logic - Các vi mạch logic trong cùng một họ logic phải được nuôi bằng nguồn điện có điện áp bằng điện áp nuôi chuẩn cho họ logic đó - Các mức logic của các vi mạch này phải như nhau, các vi mạch logic có mức logic phù hợp có thể ghép nối trực tiếp với nhau CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.1 Đặc điểm chung của các vi mạch logic - Các thông số cơ bản của vi mạch logic: 1. Trở kháng ra: thay đổi theo trạng thái đầu ra cao hay thấp 2. Hệ số mắc tải (Fan out): Cho biết lối ra có thể điều khiển đồng thời được bao nhiêu lối vào song song của các mạch khác 3. Hệ số hợp lối vào (Fan in): Cho biết có thể mắc song song bao nhiêu lối vào vẫn đảm bảo hợp thông số 4.
Thời gian trễ: Thời gian trễ trên một cửa TD là thời gian từ lúc lối vào nhận được tín hiệu đến lúc lối ra bắt đầu thay đổi trạng thái. Thời gian trễ TD được xác định như hình (TD càng nhỏ tốc độ làm việc càng cao) CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.1 Đặc điểm chung của các vi mạch logic - Các thông số cơ bản của vi mạch logic: 5. Nguồn nuôi: Nguồn nuôi cho các mạch logic phải là nguồn ổn áp có điện áp ra đúng với điện áp nuôi quy định riêng cho từng họ mạch logic. Khi lối vào, lối ra thay đổi trạng thái làm cho cường độ dòng điện trong toàn mạch thay đổi đột ngột có thể làm rối loạn hoạt động của các mạch khác.
Để khắc phục hiện tượng này giữa chân nguồn và đất của các vi mạch người ta thường mắc thêm tụ lọc để loại bỏ nhiễu, các tụ này phải dùng tụ gốm có điện dung cỡ chừng 0,1 đến 1 µF. Công suất tiêu thụ đối với một cửa logic: Công suất càng lớn khi mạch có nhiều điện trở có giá trị nhỏ và transistor làm việc ở chế độ bão hòa. Trog cùng một họ logic các sê-ri khác nhau công suất tiêu thụ trên một cửa cũng khác nhau CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.1 Đặc điểm chung của các vi mạch logic - Các thông số cơ bản của vi mạch logic: 7. Mức độ chống tạp âm: Là biên độ tạp âm lớn nhất có thể vào mạch mà không làm thay đổi trạng thái lối ra 8.
Tần số xung nhịp cực đại: Khi các cửa logic dùng làm trigơ thì loại cửa có TD nhỏ sẽ làm việc được với những xung nhịp tần số cao, tốc độ chuyển mạch nhanh. CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.2 Họ logic RTL (Resistor-Transistor-Logic) a) Mạch đảo (NOT) - Các IC họ RTL được nuôi bằng nguồn VCC=+3,6V, điện áp vào và ra của mạch chỉ có 2 mức, với họ logic RTL giá trị điện áp của các mức logic như sau: - Điện áp ra của mạch phụ thuộc vào điện áp vào theo hàm logic CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.2 Họ logic RTL (Resistor-Transistor-Logic) b) Mạch không hoặc (NOR) - Hàm logic: - Bảng chân lý: - Sơ đồ mạch CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.2 Họ logic RTL (Resistor-Transistor-Logic) c) Mạch và (AND) - Hàm logic: - Bảng chân lý: - Sơ đồ mạch CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.2 Họ logic RTL (Resistor-Transistor-Logic) c) Mạch và (AND) CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.3 Họ logic DTL (Diode-Transistor-Logic) a) Mạch đảo (NOT) - Hàm logic: - Sơ đồ mạch: - Bình thường nếu lối vào để hở mạch VB1 luôn ở mức cao (H) làm cho T1 thông, T2 thông và y=L CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.3 Họ logic DTL (Diode-Transistor-Logic) b) Mạch không và (NAND) - Hàm logic: - Bảng chân lý: -Sơ đồ mạch: Từ sơ đồ mạch đảo nếu ta mắc song song 2 điôt với 2 lối vào như hình ta có mạch NAND hai lối vào CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.3 Họ logic DTL (Diode-Transistor-Logic) b) Mạch không và (NAND) - Nếu ở lối vào ta mắc song song n điôt ta sẽ được mạch NAND n lối vào theo hàm logic: - Đặc điểm của họ logic DTL là tốc độ làm việc chậm (f<1 MHz)., được dùng trong điện tử công nghiệp, điện tử y tế. - Ngày nay họ DTL không được sản xuất nữa, trong các thiết bị điện tử có dùng loại vi mạch thuộc họ logic này nếu vi mạch bị hỏng cần thay thế ta có thể dùng các vi mạch logic họ TTL có chức năng tương tự. CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.4 Họ logic TTL (Transistor-Transistor-Logic) Vout L =0,2V ÷ 0,4V; Vin L < 0,8V, VinH ≥ 2V a) Mạch đảo (NOT) - Hàm logic: - Nếu lối vào x ở mức H hoặc hở mạch điện áp badơ của T1 và T2 đều ở mức cao: VB1, VB2 cao, T2 thông bão hòa, VC2 thấp, T3 cấm không có dòng chạy qua, điện áp badơ T4 được xác định theo dòng emitơ của T2: - Khi T2 thông bão hòa, VB4 ở mức cao, T4 thông mạch và y ở mức thấp, như vậy khi x=H thì y=L - Nếu x ở mức thấp T2 cấm, T4 cấm, T3 thông và y ở mức cao.
CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.4 Họ logic TTL (Transistor-Transistor-Logic) Vout L =0,2V ÷ 0,4V; Vin L < 0,8V, VinH ≥ 2V b) Mạch không và (NAND) - Hàm logic: - Bảng chân lý - Sơ đồ mạch CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.4 Họ logic TTL (Transistor-Transistor-Logic) b) Mạch không và (NAND) - Cũng phân tích nguyên lý hoạt động của mạch tương tự như mạch đảo ở trên ta có: - Nếu x1=x2=H thì T2, T4 thông, T3 cấm và y=L - Nếu x1 hoặc x2 hoặc cả hai lối vào đều ở mức L thì T2, T4 cấm, T3 thông nên y=H - Ta thấy sơ đồ hoạt động theo đúng bảng chân lý ở trên CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.4 Họ logic TTL (Transistor-Transistor-Logic) c) Mạch không hoặc (NOR) - Hàm logic: - Bảng chân lý - Sơ đồ mạch CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.4 Họ logic TTL (Transistor-Transistor-Logic) c) Mạch không hoặc (NOR) - Từ sơ đồ ta thấy mạch hai lối vào X1 và X2 có cấu trúc giống nhau (giống mạch NOT) được ghép song song với nhau qua cặp transistor T3 và T4, chỉ khi cả hai lối vào ở mức điện áp thấp (L=0V) cả hai transistor T3 và T4 đều bị cấm, T5 thông, T6 cấm, lối ra Y ở mức cao H (H > 2,2V). - Mạch hoạt động tuân theo bảng chân lý - Họ logic TTL có thể ghép nối với họ DTL được vì cùng giá trị nguồn nuôi Vcc và cùng mức logic H và L. - Họ TTL hiện nay vẫn còn được sản xuất. CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.4 Họ logic TTL (Transistor-Transistor-Logic) c) Mạch không hoặc (NOR) - Ký hiệu mạch logic họ TTL: SN 7400, SN 5400, DM 7400, DM 7402 - Các chữ cái đầu ký hiệu của từng hãng sản xuất - Hai hoặc ba số sau chỉ chức năng logic: 02 mạch NOR (có 4 mạch NOR 2 lối vào, VCC=+5V) - SN 7400: 00 mạch NAND 2 lối vào (4 NAND, VCC=+5V) - SN 7401: 01 mạch NAND 2 lối vào có lối ra là transistor để hở mạch collector - SN 7402: 02 mạch NOR hai lối vào CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.4 Họ logic TTL (Transistor-Transistor-Logic) c) Mạch không hoặc (NOR) - SN 74L00: chữ L chỉ công suất tiêu thụ thấp (low Power) - SN 74H00: chữ H chỉ tốc độ cao, thời gian trễ nhỏ TD=6ns, tần số làm việc cao f=50Hz, còn SN 7400 TD=10ns, f=20 MHz - SN74S00: chữ S chỉ rõ trong mạch có dùng diode Shottky và transistor Shottky, nên tốc độ chuyển mạch nhanh nhất và tần số làm việc cao như loại có chữ H - SN 74LS00: công suất tiêu thụ nhỏ, có điốt shotttky CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.4 Họ logic TTL (Transistor-Transistor-Logic) d) Hai loại mạch có tốc độ nhanh 74H và 74S thuộc họ TTL - Một vi mạch có tốc độ nhanh là thời gian trễ Td<6 ns (tần số làm việc > 50 MHz) - Ta khảo sát vi mạch SN 74H00 là mạch NAND có tốc độ làm việc cao, tần số cỡ 50 MHz.
- Sơ đồ mạch CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.4 Họ logic TTL (Transistor-Transistor-Logic) d) Hai loại mạch có tốc độ nhanh 74H và 74S thuộc họ TTL - So sánh với sơ đồ mạch 7400 ta thấy các điện trở nhỏ đi làm công suất tiêu thụ tăng - Trong sơ đồ có thêm 2 điốt bảo vệ lối vào: lối vào không được âm quá so với đất (chỉ được phép ≤ −0,6𝑉), khi mạch làm việc ở tần số cao do quá trình quá độ xuất hiện các dao động Rơlắc, các dao động này được 2 điốt cắt đi - Một cải tiến quan trọng nữa là ở lối ra của mạch có T3 và T4 mắc theo kiểu tổ hợp Darlington, cho dòng ra rất lớn - T3, T4 có thể coi như một transistor có Emitơ chính là Emitơ của T4, dòng Emitơ của T4 rất lớn CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.4 Họ logic TTL (Transistor-Transistor-Logic) d) Hai loại mạch có tốc độ nhanh 74H và 74S thuộc họ TTL - Như vậy hệ số khuếch đại dòng là rất lớn, điện trở vào của sơ đồ Darlington cũng lớn hơn của transistor thường, transistor thường có điện trở: - Sơ đồ Darlington có điện trở vào là: - Như vậy SN 74H00 có tầng khuếch đại ở lối ra có hệ số khuếch đại rất cao và trở vào rất lớn, đây là ưu điểm lớn nhất của mạch CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.4 Họ logic TTL (Transistor-Transistor-Logic) d) Hai loại mạch có tốc độ nhanh 74H và 74S thuộc họ TTL - Vi mạch dùng điốt Shottky và transistor Shottky - Transistor Shottky làm việc ở chế độ không bão hòa, chuyển động của hạt tải qua chuyển tiếp không có hiện tượng tích tụ điện tích không gian nên dòng dịch chuyển có tác động rất nhanh, làm cho tần số làm việc cao hơn hẳn. CHƯƠNG 3: CÁC HỌC VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN 3.