العناصر المنطقية على شكل دارات مندمجة
TTL - CMOS
إن التطور التكنولوجي الحاصل اليوم في التكنولوجيا و النانوتكنولوجيا لم يكن وليد البارحة فقط ولم يأتي من العدم، ولك سبقته خطوات وتطورات كثيرة و كبيرة جدا.
ولا ينكر أي عاقل أن قطار التطور التكنولوجي انطلق بعد اختراع المقحل، فاستغل العلماء و الباحثين صغر حجم المقحل و التكنولوجيا المستعملة فيه لتفجير ثورة الدارات المندمجة و الدارات الصغيرة التي تأبى إلى يومنا هذا التوقف عن التطور تقليص حجم الدارات الكهربائية، فمثلا كنا قديما (سنوات 2000 مثلا) نندهش من جهاز الكمبيوتر المكتبي بحجمه الصغير مقارنة مع الوضائف التي يقوم بها، فما لبث طويلا حتى تم اختراع الكمبيوتر المحمول بحجم أقل و مواصفات و خصائص أكبر ، وهاكذا مع اختراع الهواتف الذكية .... حتى أصبح بامكان اي شخص امتلاك حاسوب على شكل ساعة يد.
وكل هذا يعود ألى تطور عالم الدارات المندمجة التي أدمجت العديد من العناصر الكهربائية في دارة واحدة صغيرة.
تعريف الدارات المندمجة:
الدارة المندمجة عبارة عن صفيحة صغيرة تتكون من أحادي البلور من السيليكون
تدعى Puce ، تحتوي على مجموعة من العناصر الالكترونية : مقاومات
، مكثفات ، ثنائيات مساري ، مقاحل ، ... ، موضوعة داخل علبة بلاستيكية و موصولة
خارجيا بأقطاب تدعى الأقدام .
 |
| طريقة معرفة أرقام الدارات المندمجة |
2. ايجابيات وسلبيات الدارات المندمجة:
1-2- إيجابيات الدارات المندمجة
- حجم صغير
ـ الاستطاعة المستهلكة صغيرة
ـ الحرارة الناتجة بسيطة لا تحتاج إلى تبريد
ـ تكلفة صغيرة مقارنة مع مكوناتها الداخلية.
ـ سرعة الاستجابة كبيرة.
ـ بالنسبة لتركيب يحتوي على دارة مندمجة :
* عدد المكونات صغير
* توصيلات اقل و بالتالي زمن التركيب اقل
* قلة التشويش بالنسبة للتراكيب الإلكترونية المعقدة
2-2- إيجابيات الدارات المندمجة
ـ عدم امكانيتها التشغيل بتيارات كهربائية كبيرة
ـ صعوبة إضافة بعض العناصر مثل الوشيعة
ـ استحالة تصليحها عند تلف جزء منها مما يستدعي استبدالها كليا.
ملاحظة
3- تصنيف الدارات المندمجة حسب عدد المقاحل المدمجة داخلها:
تصنف الدارات المندمجة حسب تعقيدها إلى :
Small Scale Integration : SSI
يصل عدد المتعاملات المنطقية فيها إلى 10 ما يكافئ 102 مقحل/سم2 ، مثل البوابات .
Medium Scale Integration : MSI
يصل عدد المتعاملات المنطقية فيها إلى 102 ما يكافئ 103 مقحل/سم2 ، مثل العدادات .
Large Scale Integration : LSI
يصل عدد المتعاملات المنطقية فيها إلى 103 ما يكافئ 105 مقحل/سم2 ، مثل الميكرومراقب .
Very Large Scale Integration : VLSI
يصل عدد المتعاملات المنطقية فيها إلى 104 ما يكافئ 106 مقحل/سم2 ، مثل الميكرومعالج .
3- عائلات الدارات المندمجة :
توجد عدة عائلات للدارات المندمجة ، حسب تكنولوجية صنعها ، من
بينها :
Transistor Transistor Logic : TTL
مقحل مقحل منطقي
Complementary Metal Oxyde Semiconductor : CMOS معدن أكسيد شبه ناقل مكمل
1-3- خصائص الدارا المندمجة:
1 ـ توتر التغذية :
تتغذى الدارات المندمجة CMOS بتوتر مستمر يسمى VDD و الدارات المندمجة TTL بتوتر مستمر يسمى VCC
للعائلات المنطقية مستويين منطقيين للدخول :
ـ
المستوى المنطقي الأعلىHigh
: H 1 منطقي
ـ
المستوى المنطقي الأدنىLow
: L 0 منطقي
يتعلق هذين المستويين بـ 4 توترات :
 |
| المستوى المنطقي للبوابات TTL و CMOS |
2 ـ سرعة التبديل ( الاستجابة ) :
هي الزمن ∆t اللازم لانتشار الإشارة المنطقية بين المدخل و المخرج وهو صغير
جداً إذ يقدر بـ ns .
مثال :
بوابة NO
في دارة مندمجة TTL :
 |
| زمن التبديل لبوابة النفي في عائلة TTL |
ـ عند النقطة a يتغير المدخل من الحالة المنطقية 0 إلى 1 ، و لكن المخرج يتأخر
بزمن
∆t1
= 20ns حتى تتغير حالته المنطقية من 1 إلى 0 .
ـ عند النقطة b يتغير المدخل من الحالة المنطقية 1 إلى 0 ، و لكن المخرج يتأخر
بزمن
∆t2 = 15ns حتى تتغير حالته المنطقية من 0 إلى 1 .
3 ـ الاستطاعة الممتصة :
هي
الاستطاعة التي تستهلكها الدارة المندمجة في حالة
الاستقرار في" 0 "أو "1" وهي ضعيفة جدا .
4- دراسة العائلات المنطقية :
1 ـ دراسة عائلة TTL
هي أشهر العائلات المنطقية و أكثرها استعمالا
، تعتمد في تصنيعها على المقاحل الثنائية القطبية و عناصر الكترونية أخرى مثل
المقاومات و الثنائي المساري .
مثال :
البوابة NAND ذات مدخلين من عائلة TTL
تتميز عائلة TTL بـ :
ـ توتر التغذية ثابت 5V ± 5%
ـ استجابة كبيرة من درجة ns
ـ الاستطاعة الممتصة صغيرة 1mW < P < 100mW
تشفير رموز عائلة TTL :
- يرمز لعائلة TTL بسلسلة 74 أو 54 :
*(Standard)
74xx :
سرعة تبديل صغيرة و استطاعة ممتصة كبيرة
*(Low power) 74L xx : سرعة تبديل صغيرة و
استطاعة ممتصة صغيرة
*Schottky) 74S xx : سرعة تبديل كبيرة و استطاعة ممتصة كبيرة
*(Low
power Schottky) 74LS xx :
سرعة تبديل كبيرة و استطاعة ممتصة صغيرة
*(Fast)
- و هناك سلاسل أخرى متطورة أكثر :
*(Advanced
Schottky) 74AS xx
*(Advanced
Low power Schottky) 74ALS xx
2 ـ دراسة العائلة CMOS
تختلف
عائلة CMOS عن عائلة TTL من الناحية التكنولوجية حيث تعتمد في تصنيعها
على المقاحل الأحادية القطبية(GFET,FET...) و عناصر أخرى .
مثال :
البوابة NAND
ذات مدخلين من عائلة CMOS :
تتميز عائلة CMOS
بـ :
3V - 15V ـ توتر التغذية محصور بين
ـ استجابة اصغر
ـ الاستطاعة الممتصة صغيرة جدا حوالي1mW
تشفير رموز عائلة CMOS :
يرمز لعائلة CMOS بسلسلة 40
أو ما يكافئها
*40xx :
لها نفس مميزات عائلة TTL
*
(High Speed CMOS) 74AHCT , 74AHC , 74HCT , 74HC :
سرعة تبديل اكبر من 40xx
*
74ALVC , 74LVT , 74LVC , 74LV:
حجم صغير و توتر التغذية صغير 3V
يرمز بالحرف Advanced : A المتطورة و بالحرف T المكافئة في TTL
ملاحظة :
لتفادي
إتلاف هذا النوع من الدارات المندمجة يجب عدم ترك المداخل غير المستعملة (غير
موصولة ) في الهواء عكس التكنولوجية TTL
·
تستعمل تكنولوجيتا TTL
في صناعة أجهزة الإلكترونية الكبيرة و CMOS في الأجهزة الإلكترونية الصغيرة خاصة في Micropresseurs .
دفتر المعطيات Data Book :
يمكن الحصول على المعلومات المحددة عن خصائص
تشغيل دارة مندمجة و كيفية ربطها من دفتر المعطيات ، و هي مجزاة إلى 3 أقسام
رئيسية :
ـ ظروف التشغيل التي ينصح بها الصانع .
ـ الخصائص الكهربائية .
ـ الخصائص التبديلية .
بحث :
اعتمادا على دفتر المعطيات أو شبكة الـ Net أوجد
التركيبة الداخلية لدارات مندمجة أخرى.
*************** مدونة الأستاذ حمدي شريف محمد ****************
روابط تحميل الدرس
وثيقة
التلميذ
تحميل على
شكل word من هنا أو من هنا
تحميل على
شكل pdf من هنا أو من هنا
وثيقة
الأستاذ
تحميل على
شكل word من هنا أو من هنا
تحميل على
شكل pdf من هنا أو من هنا
ملف العرض PowerPoint من هنا أو من هنا
تعليقات
إرسال تعليق