منتديات طريق النجاح التعليمية



منتديات طريق النجاح التعليمية

منتدى تعليمي لجميع الطلاب من كل المستويات  
الرئيسيةالرئيسية  اليوميةاليومية  س .و .جس .و .ج  بحـثبحـث  الأعضاءالأعضاء  المجموعاتالمجموعات  التسجيلالتسجيل  دخولدخول  

شاطر | 
 

 العائلات فى الدوائر المنطقية

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي اذهب الى الأسفل 
كاتب الموضوعرسالة
ahmed
مشرف منتدى الإلكترونيك والهندسة الكهربائية

مشرف منتدى الإلكترونيك والهندسة الكهربائية


ذكر
عدد المساهمات : 26
نقاطي : 2686
التقييم : 15

مُساهمةموضوع: العائلات فى الدوائر المنطقية   الثلاثاء أبريل 05, 2011 7:00 pm

العائلات فى الدوائر المنطقية

كما سبق الشرح فى موضوع " مكونات الدوائر المنطقية الأساسية "

|| ◄مكـونات الـدوائـر الـمـنـطـقـيـة الأســــاســيـــة !!!►||

يمكن تنفيذ نفس الدائرة بعدة طرق حيث بدأنا بمقاومات ثم أضفنا الثنائيات و سميت DRL اختصار منطق دايود مقاومة ، ثم حسنت بالترانزيستور وسميت DTL منطق دايود ترانزيستور وهما مازالتا مستخدمتان للآن حينما تحتاج دائرة ولا داعى لوضع متكاملة بها 4 وحدات أو تكون ظروف التشغيل لا تناسب أحد المتكاملات المعروفة.





لو نظرنا لدائرة NAND السابقة وهى العليا على اليسار ، سنجد أن لها عيبان رئيسيان
العيب الأول أن المداخل تتصل مباشرة بثنائيات سيلكون ثم وصلة ترانزيستور قاعدة – باعث BE أيضا
لو كان مصدر الإشارة مثاليا أى يحدث قصرا فعليا مع الأرضى، فلن نضمن أى الثلاث سيكون أقلهم جهدا و كما نعلم من دراسة الدوائر الإلكترونية أننا لو قمنا بقياس 10 دايودات متماثلة أو وصلات 10 ترانزيستور متماثلة فلن تجد تشابه مطلق ولكن هناك تباين طفيف. حسنا لا داعى للتجربة، سأسألك سؤالا بسيطا
كيف تعلم أى أطراف الترانزيستور الباعث و أيها المجمع؟ ستقول وصلة القاعدة مجمع تقيس أقل من وصلة القاعدة باعث!! عجبا وكلاهما من نفس الخامة ولنفس الترانزيستور! ولكن هذا يؤكد أن القيمة الفعلية تعتمد على نسبة الشوائب و أيضا درجة الحرارة ، رجاء تذكر درجة الحرارة هذه لاحقا.
هذا الحال لو مصدر الإشارة مثاليا ، فما حال المصدر العادى الذى يبقى بينه وبين الأرضى جهد صغير مثل 0.2 فولت مثلا، بالتأكيد لن يسبب قفل الترانزيستور. لعلاج هذا العيب نضع الثنائى D3 كما بالصورة الثانية.
العيب الثانى أن الخرج نقطة التقاء مقاومة المجمع مع طرف المجمع للترانزيستور.
وما الخطأ فى هذا؟؟
حسنا لا يوجد خطأ ولكنه يوجد عيب لأن الخرج عادة يتصل بحمل به مركبة سعوية أى هناك كمية من المكثفات الغير مرئية وهى سعة الخرج للترانزيستور ذاته ثم السعة بين أطراف الترانزيستور و أطراف توصيل الأرضى و أخيرا سعة الدخول للمرحلة التالية. هذه المقاومة تسبب وجود ثابت زمنى م س يبطئ من سرعة الانتقال من صفر إلى واحد والعكس.
الحل أن نستبدل هذه المرحلة بمرحلة ترانزيستور Q2 والذى يشغل Q3,Q4





حينما يكون Q2 غير متصل أى حال القطع، لن يمر تيار للترانزيستور Q4 و سيكون أيضا فى حال القطع و المقاومة R2 ستجعل Q3 فى حال التشبع كما بالرسم العلوى.
أما عندما يكون Q2 فى حال التشبع، سيكون بين المجمع والباعث CE جهد قليل جدا 0.2 فولت
هنا سيدخل الترانزيستور Q4 حال التشبع لأن قاعدته هى المسار الأقرب للأرضى و بالتالى يكون مجمع Q4 علية 0.2 فولت و بدون الثنائى D4 سيكون باعث Q3 عليه نفس جهد مجمع Q4 وهو 0.2 فولت بينما قاعدته عليها مجموع Q2 + Q4 وهو Q2 فى حال التشبع أى 0.2 فولت + القاعدة باعث Q4 فى حال التشبع وهو 0.1 أى 0.3 فولت وهو لا يكفى لجعل Q3 يدخل مرحلة التوصيل التى تبدأ عند 0.5 فولت كما بالرسم الأوسط و لزيادة التأكيد وضعنا D4 .
الآن الانتقال يتم من خلال أحد الترانزستورات لشحن المكثفات و الآخر لتفريغها كما بالرسم الأسفل.
هيه تقول الترانزيستور Q2 أين إذن Q1
لو نظرنا للدائرة الأصلية سنجد حول الثنائيات D1,D2,D3 مربع أخضر. هذه الثنائيات الثلاثة لا داعى لأن تصنع منفصلة ثم نقوم بتوصيلها حرفيا كما بالرسم، بل على العكس سيكون أسهل لو صنعنا الثلاثة مصاعد Anodes كقطعة واحدة ووفرنا مجهود التوصيل و مخاطره ، و بهذا نلاحظ أنها مكونات لترانزيستور فقط نجعل الجزء الأوسط رقيق ونستفيد من التكبير الناتج. فقط سنحتاج أن نجعل المداخل بواعث Emitters وبهذا أصبح لدينا ترانزيستور قاعدة مشتركة وله أكثر من باعث (لاحظ أن هناك دوائر متعددة المداخل) و هكذا نرى أن هذا الوضع الغير عادى للترانزيستور جاء من تسلسل الأحداث ولم يستيقظ أحدهم من كابوس فقرر أن يصنع هذا الوضع المقلوب للترانزيستور.
بقى أن نحمى الدخول من أن توصل بجهد سالب أو أعلى من قيمة التغذية Vcc ، فى هذا فهناك عدة مذاهب كوضع مقاومة و زينر أو ثنائى عادى أو مجموعة من الثنائيات. عموما ما تراه أكثر مما رسم فهو لحماية المدخل ليس إلا.
نلاحظ أن هذه الدائرة من الترانزستورات و عند توصيل مراحل على التتابع، نجد ترانزستورات الأولى "تنظر" خلال ترانزستورات الثانية أو تتحكم فيها مباشرة، من هنا سميت Transistor-Transistor-Logic TTL أى دوائر ترانزستور – ترانزيستور.
صنعت دوائر لها نفس الوظيفة من ترانزستورات موسفيت MOSFET من النوع س أو N و من النوع الموجب P و النوع الذى تفوق هو المتمم وهو المصنوع من أحدهما سالب والآخر موجب ولذا سمى Complementary MOS أو CMOS
لتسهيل التعامل مع هذه الدوائر صنعت بمواصفات محددة لكل نوع وسمى عائلة و لدينا عائلة TTL و تحتها أقسام عديدة أو عائلات فرعية تميز بالاسم و أيضا عائلة CMOS و هناك عائلة الأكثر سرعة تسمى Emitter Coupled Logic ECL


لو طلبت منك عزيزى أن تكمل تصميمات هذه الدائرة طبقا لما درسناه فى باب الترانزيستور سابقا، فهى أولا و أخيرا من الترانزيستور المصنوع من السليكون، أليست كذلك؟
ستقول حسنا هذه دائرة كل مداخلها متطابقة و يخرج منها التيار لكونها باعث ترانزيستور س م س NPN Transistor's emitter و لها مخرج واحد ، و عليه سيكون التيار خارج من أطراف الدخول وليس داخلا منها.
هل هذا مربك قليلا؟ حسنا تذكر أن الدخول هو المستوى صفر وواحد وليس التيار كم مللى أمبير. وهذا يقودنا لحقيقة أخرى أن عند مستوى دخول "HI" أو المستوى واحد، لا يخرج تيار لأن قاعدة الترانزيستور متصلة بالتغذية الموجبة و أن التيار يخرج من الطرف فقط عندما نريد أن نجعله على مستوى "LO" أى المستوى صفر.
تنقسم الاستخدامات إلى قسمين، الأول تعامل مع مثيل من نفس النوع والثانى التعامل مع باقى العالم الخارجى.
نبدأ بالتعامل مع مثيل فنجد أن الخرج يجب أن يتواءم مع الدخل و بما أن الدخل يخرج منه تيار إذن يجب أن يقبل الخرج التيار "يبتلع التيار ولا يصدره"، من هنا سميت Current Sinking Family أى عائلة تبتلع التيار (عوضا عن إصداره) .
حسنا لا ننسى أن نضيف هنا نقطة بسيطة هامة وهى مقدرة الخرج الواحد أن يتحكم فى كم مدخل.
هذه قضية اختيارية بحتة حيث كلما زاد العدد، كان ترانزيستور الخرج أكبر و استهلك مساحة أكبر من شريحة السليكون وبالتالى قل الناتج الكلى وارتفع السعر.
هل قلت ترانزيستور الخرج؟ أليست الدائرة تحتوى 2 ترانزيستور معا فى الخرج؟
تذكر ما قلناه من أنها "تبتلع" التيار و أن عند مستوى 1 لا يمر تيار و يمر فقط عند مستوى صفر!! لهذا فالترانزيستور المتصل بالأرضى وهو فقط الذى يبتلع التيار سيكون كبيرا و يتحمل التيار، أما الآخر المتصل الطرف الموجب للتغذية فليس عليه أى عبئ سوى السعة الخارجية الشاردة وتيار التسريب Leakage Current وهى قيمة صغيرة.
حسنا سنأخذ رقم تقليدى بسيط وهو 10 إذن كل خرج يستطيع أن يقود أو يبتلع تيار 10 دخل قياسى. هذه النسبة سميت Fan Out أى التشعب للخارج.
أما مواءمة العالم الخارجى فعلى الدوائر الخارجية أن تراعى هذه الشروط.
حسنا، الخطوة التالية ستكون كم مللى أمبير سيكون هذا الدخل أو الخرج؟
هنا القضية تعتمد أساسا على السرعة لأن كما سبق أن ذكرنا كلما زاد التيار أمكن أن يتغلب على السعات الخارجية فى زمن أقل و بالتالى تكون السرعة القصوى أعلى.
التيار العالى سريع ولكنه يحتاج ترانزيستور كبير الحجم و مكلف كما أن هناك مشكلة خطيرة أن لحظة الانتقال من صفر لواحد أو العكس، سيكون كلا الترانزستورين موصلين مما يسبب قصر على خط التغذية وهذا يضع ضوضاء عالية على خط التغذية، ولولا أن الزمن نانو ثانية ما كان لهذه الدوائر أن تعمل، أيضا غالبية الأحوال سيقود المخرج عدد محدود من المداخل و قليلا ما يقود 10 مدخل كاملة، لهذا المفاضلة بين السرعة و الاقتصاد واجبة
نعرف أن كلما كان كسب الترانزيستور أعلى كان أداء الدائرة هنا أفضل. هذا يتطلب صغر سمك القاعدة و زيادة نسبة الشوائب. زيادة نسبة الشوائب تقلل من أقصى جهد يمكن للوصلة أو الترانزستور تحمله. نضبط الآن آلة الزمان على الستينات والسبعينات وقتما ابتدعت هذه التقنية سنجد أن 5 فولت كان جهدا مناسبا للحصول على ما سبق و سيكون تيار الدخول 1.6 مللى أمبير و بالتبعية تيار الخروج 16 مللى أمبير.
هذه هى العائلة القياسية TTL وهى تتطلب 5 فولت +/- 0.25 فولت مثبت جيدا و تيار كافى ومرشحات للضوضاء.





شجرة العائلة هذه أخذت نسقين فى الترقيم 7400 للعائلة العادية ذات مدى حرارى من صفر إلى 70 درجة و أرقام 5400 للمدى المستخدم فى التقنية الشاقة و يسمى military أى "حربى" يتحمل العمل فى درجات من -55 إلى +125 درجة مئوية

من الطبيعى أن يكون هناك تطبيقات تتطلب سرعة أعلى من العائلة القياسية مثل عدادات قياس التردد و مثيلاتها لذا صنع فرع أضيف له حرف H لتعنى High وهى تعنى كلا من السرعة والتيار ولكن بعد تعدد القسمة على 10 فى العداد تصبح السرعة بطيئة ولا حاجة لكل هذا التيار إذن لنصنع فرع آخر بالحرف L لتعنى Low وأيضا السرعة والتيار.
ابتكر السيد شوتكى Schottky الثنائى الشهير باسمه وهو يستبدل الجزء الموجب P بمعدن مثل الذهب والذى نتج عنه سرعة عالية فى الانتقال كما أنه منع الترانزيستور العادى من التعمق فى مرحلة التشبع مما أدى لعدم تراكم الشحنات وبالتالى سرعة عالية فى الانتقال. هذا أدى لاستبدال المجموعة H بمجموعة S ألمسماه شوتكى كما استغلت السرعة فى العائلة الجديدة مع تقليل التيار LS فى فرع جديد و بتطور التقنية ظهرت فروع جديدة مثل Advanced أو المتطورة برمز A و السريعة Fast برمز F و مازال التطور جاريا.
للحصول على سرعات عالية جدا تم تطوير عائلة أخرى تم الربط فيها بباعث الترانزيستور وسميت بهذا الاسم وهو Emitter Coupled Logic وهى تعمل بجهد -5.2 فولت – لاحظ الإشارة السالبة.
هناك عائلة أخرى باستخدام الموسفيت وبدأت بالأنواع N-Channel MOSFET و النوع P-Channel MOSFET و أخيرا CMOS.
تتميز عائلة CMOS بأنها ذات معاوقة دخول عالية جدا لذا تسمح بتطبيقات لا تسمح بها TTL مثل اللمس و تتميز بأن خرجها يعطى التيار مثلما يأخذ وهى لذلك أنسب للتعامل مع العالم الخارجى كما أن بها ميزة رائعة وهى عدم الحاجة لجهد مثبت لأنها تعمل من 3 إلى 18 فولت كما أنها لا تسبب ضوضاء لذا لا تحتاج لكمية المكثفات التى تنثر على بوردة TTL واحد بجوار كل متكاملة منها. عيبها الوحيد أنها أبطأ قليلا من TTL .
التطور أيضا لم يترك CMOS فطورت عائلة 74C00 لتجمع العالمين من حيث السرعة مع خواص CMOS

نلاحظ من الجدول أن هناك خاصيتان هامتان وهما زمن التأخير Propagation Delay و زمن الاستجابة Transition Time تجده فى Data Sheet
الأول "زمن التأخير" هو الزمن الذى تأخذه الوحدة لكى يظهر على الخرج ما يناظر الدخل أى لو غيرنا الدخل من صفر إلى 1 مثلا تحتاج 74HC00 إلى 18 نانو ثانية حتى يبدأ الخرج فى الاستجابة
أما زمن الاستجابة Transition Time هو بعد ما يبدأ هذا الخرج فى الاستجابة، كم نانو ثانية يحتاجها ليكم هذه الاستجابة
فى كلا الحالتين TTL أسرع من CMOS لكن هذا ليس دوما عيبا وهو يتيح استخدامات للأخير لا تتاح بسهولة فى TTL
الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل
فارس الاسلام
..::|المديــر العــام|::..

..::|المديــر العــام|::..
avatar

ذكر
عدد المساهمات : 531
نقاطي : -2147479807
التقييم : 24

مُساهمةموضوع: رد: العائلات فى الدوائر المنطقية   الأربعاء أبريل 06, 2011 8:01 pm

شكرا أخي على الموضوع دمت ذخرا للمنتدى


[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]




الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل
 
العائلات فى الدوائر المنطقية
استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي الرجوع الى أعلى الصفحة 
صفحة 1 من اصل 1

صلاحيات هذا المنتدى:لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى
منتديات طريق النجاح التعليمية :: قسم العلوم الهندسية والتقنية :: منتدى الإلكترونيك والهندسة الكهربائية-
انتقل الى: