Назначение и основные типы микросхем

План урока

Тема урока: Особенности функциональной микроэлектроники. Назначение и основные типы микросхем. Основные принципы построения электронно-вычислительных машин.

Транзистор - это полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов, а также коммутации электрических цепей. С распространением цифровой электроники и импульсных схем основным свойством транзистора является его способность находиться в открытом и закрытом состояниях под действием управляющего сигнала.

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя р-n переходами и тремя выводами, служащий для усиления мощности. В транзисторе имеется три области – эмиттер (э), база (б) и коллектор (к). В зависимости от типа проводимости этих областей различают транзисторы n-p-n и p-n-p типа. Стрелка на условных обозначениях транзисторов указывает направление от p области к n области. Принцип работы обоих типов транзисторов одинаков.

При рассмотрении электрических принципиальных схем логических элементов пользуются термином тип логики. Наиболее распространены следующие типы логик: транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ), диодно-транзисторная логика (ДТЛ), металл-оксид-полупроводник (МОП), КМОП. Тип логики ТТЛ определяет элементную базу, на которой собран логический элемент, как состоящую преимущественно из транзисторов, причём транзисторы используются и на входе, и на выходе логического элемента

Устройство интегральной микросхемы

Схема преобразователя кода для индикатора

Логические элементы – это электронные схемы с одним или несколькими входами и одним выходом, через которые проходят электрические сигналы, представляющие цифры 0 и 1. Двоичная система счисления используется в большинстве современных цифровых машин. Действия над числами двоичной системы счисления могут осуществлять простейшие логические элементы или их объединения.

       - «НЕ» (NOT) – функция отрицания (инверсии сигнала). Потому его чаще называют - «инвертор». Графически, инверсия обозначается пустым кружочком вокруг вывода элемента (микросхемы). Обычно кружок инверсии ставится у выхода.

       - «И» (AND) – функция сложения (если на всех входах единица, то на выходе будет единица, в противном случае, если хотя бы на одном входе ноль, то и на выходе всегда будет ноль). В алгебре-логике элемент «И» называют «конъюнктор». Название элемента «2И» обозначает, что у него два входа, и он выполняет функцию «И». На схеме внутри прямоугольника микросхемы рисуется значок «&», что на английском языке означает «AND» (в переводе на русский - И).

       - «ИЛИ» (OR) – функция выбора (если хотя бы на одном из входов – единица, то на выходе – единица, в противном случае на выходе всегда будет ноль). В алгебре-логике, элемент «ИЛИ» называют «дизъюнктор»

       В цифровой схемотехнике процессоров главная функция - «Суммирование двоичных чисел», поэтому сложный логический элемент – «Сумматор» является неотъемлемой частью арифметико-логического устройства любого, без исключения процессора. Составной частью сумматора является набор логических элементов, выполняющих функцию «Исключающее ИЛИ с переносом остатка». В схему добавляется ещё один вывод «переноса» - «Р».

Логические элементы выполняют статические функции, а на основе них строятся более сложные статические и динамические элементы (устройства): триггеры, регистры, счётчики, шифраторы, дешифраторы, сумматоры, мультиплексоры.

Классификация микросхем

Интегральная микросхема  — микроэлектронное устройство или электронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковом кристалле (или плёнке) и помещённая в неразборный корпус, или без такового, в случае вхождения в состав микросборки.

Полупроводниковая микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены на одном полупроводниковом кристалле (например, кремния, германия, арсенида галлия, оксид гафния).

Плёночная интегральная микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде плёнок:

-толстоплёночная интегральная схема;

-тонкоплёночная интегральная схема.

Вопросы самоконтроля

1. Объясните каким образом транзистор может усиливать электрические сигналы?

2. В чем сходство и отличие в устройстве полупроводникового диода и транзистора?

3. Где и с какой целью применяют транзисторы?

4. Перечислите схемы включения транзисторов?

5. Чем отличаются гибридные интегральные микросхемы от полупроводниковых интегральных микросхем?