16.3 MOS, CMOS
Last updated
Was this helpful?
Last updated
Was this helpful?
Až do této chvíle jsme si popisovali obvody, nazývané jako „bipolární“. To proto, že používají takzvané bipolární tranzistory NPN. Místo bipolárních tranzistorů můžeme ale použít tranzistory MOSFET. Už jsem je představoval, tak to jen bleskem zopakuju: FET znamená Field-Effect Transistor, MOS odkazuje na jeho uspořádání: Metal-Oxid-Semiconductor. Na rozdíl od bipolárních tranzistorů, řízených protékajícím proudem, jsou tranzistory MOS řízeny napětím. V praxi to znamená, že vstupem takového obvodu teče téměř nulový proud a chová se tedy jako by měl (téměř) nekonečný odpor.
N-MOS se spíná pozitivním napětím řídicí elektrody (gate) proti společné (source). Technologie P-MOS to má přesně obráceně. Technologie MOS má mnoho výhod, a jednou z nich je to, že se na stejnou plochu křemíkového čipu vejde víc logiky. Proto se obvody TTL dělaly nanejvýš ve středním stupni integrace (MSI – čítače, dekodéry, multiplexery). Vyšší stupeň integrace (LSI, VLSI), potřebný pro složitější obvody včetně mikroprocesorů, vznikaly technologií MOS. Nejprve šlo o P-MOS, ale později přišla rychlejší NMOS, bohužel s vyšším odběrem.
Pokud se v logickém prvku zkombinovaly obě tyto technologie, vznikl CMOS (Complementary MOS).
Vidíte, že díky použití dvou rozdílných tranzistorů, které jsou zapojené „proti sobě“, získáváme téměř ideální invertor, kterým v klidovém stavu neteče téměř žádný proud. Spotřeba je tedy nula nula nic. Ovšem – jen teoreticky. V praxi je vlivem technických nedokonalostí a parazitních kapacit situace spíš takováto:
Při přepínání krátkodobě vyskočí proud protékající obvodem. Na druhou stranu oproti hradlům TTL je to vysloveně nic. Obvody CMOS (řady 40xx) mají proti TTL mizivou spotřebu, mohou pracovat v širokém rozmezí napájecího napětí, ale na druhou stranu jsou pomalejší a jejich úrovně jsou nekompatibilní s TTL.
Pokud obvody CMOS napájíme 5 V, je pro ně logická 0 na vstupu v rozmezí 0 V až 1,3 V. Logická 1 je 3,7 V až 5 V. Na výstupu je v log. 0 maximálně 0,2 V, v log. 1 pak minimálně 3,7 V. Vstupy CMOS mají hodně velké „zakázané pásmo“ (1,3 V až 3,7 V), a střední hodnota (prahové napětí pro přepnutí) je okolo 2,5 V – tedy už v oblasti, kde je TTL logická 1.
Naštěstí v dnešní době technologie pokročila dopředu., a dnešní moderní CMOS jsou mnohem rychlejší, a třeba řada HCT má napěťové úrovně kompatibilní s TTL a představuje tak reálně „to nejlepší z obou světů“.
