العناصر المنطقية على شكل دارات مندمجة

TTL - CMOS

---------------------------

تحميل الدرس بكل صيغه ومختلف الملفات الملحقة به في أسفل المقال

----------------------------------------------------

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

سلبيات الدارة المندمجة مهملة أمام ايجابياتها

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 V_DD و الدارات المندمجة TTL بتوتر مستمر يسمى V_CC

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) 74F xx : سرعة تبديل كبيرة جدا و استطاعة ممتصة صغيرة جدا

- 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 74C :

*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

تحميل كتاب المعطيات الخاص ب DATA BOOK TTL ّ أو من هنا

برنامج التدرب على ربط الدارات المندمجة أو من هنا