В этой статье описан новый класс логических элементов, который мы назвали резисторно-полевой логикой, или RFL (Resistor-FET-Logic). Почему мы решили, что он новый? Хотя ключи на полевых транзисторах сегодня широко распространены, нам не удалось найти аналогов резисторно-полевой логики. А основой RTL (резисторно-транзисторной логики) сегодня считаются биполярные транзисторы, чего бы не было, будь RFL известной концепцией.
Как можно было упустить из виду целый класс логических элементов? В 1960-х годах происходил быстрый переход от RTL (1961) к DTL (1962), а затем к TTL (1963). Хотя логика RFL могла быть изобретена примерно в 1960 году, ее, как ни странно, оставили без внимания. RFL могла бы вписаться в ряд более привычных классов логики следующим образом: DL, RTL, RFL, DTL, TTL и CMOS. Не следует путать ее с NMOS-логикой, для реализации эквивалентных функций в которой обычно требуется в два-три раза больше полевых транзисторов.
Логические элементы RFL имеют ряд существенных преимуществ перед RTL, а в некоторых случаях и перед CMOS. Очевидным преимуществом является то, что они потребляют гораздо меньше энергии, чем RTL (и при этом занимают меньше места). Кроме того, ядро на полевом транзисторе упрощает проектирование по сравнению с RTL. И наконец, RFL можно видоизменять для работы с широкими диапазонами напряжений питания, входных напряжений, выходных токов и т. д.
На Рисунке 1 показано, как логические элементы «ДА», «НЕТ», «И», «ИЛИ», «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» реализуются в RFL с использованием n-канального MOSFET 2N7000 и источника питания 5 В. (Обратите внимание, что функции «исключающее ИЛИ» и «исключающее ИЛИ-НЕ» здесь опущены из-за их сложности).
 |
|
| Рисунок 1. | Основные логические функции, реализованные в RFL. |
Учитывая, что пороговое напряжение затвора MOSFET 2N7000 составляет порядка 1.9 В, с помощью одной схемы (Рисунок 1, слева) можно реализовать:
- логический элемент «ДА» (A и B объединены, P1 настроен примерно на 30 кОм);
- логический элемент «И» (P1 настроен примерно на 30 кОм);
- логический элемент «ИЛИ» (P1 настроен примерно на 160 кОм).
Аналогично, инвертирующая схема (Рисунок 1, справа) реализует логические функции «НЕТ», «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ». При желании вместо потенциометра P1 можно использовать постоянные резисторы. На Рисунке 2 показан макет левой схемы, изображенной на Рисунке 1.
 |
|
| Рисунок 2. | Макет левой схемы на Рисунке 1, реализующий логические элементы «ДА», «И» и «ИЛИ». |
В Таблице 1 показаны иллюстративные (не точные) потенциалы на затворе полевого транзистора Q1 и выходные уровни на выводе Q – ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ. Обратите внимание, что при каскадном соединении логических элементов для получения требуемых значений выходного напряжения и тока может понадобиться коррекция входного и выходного сопротивлений.
| Таблица 1. | Иллюстративные (не точные) потенциалы на затворе полевого транзистора Q1 и выходные уровни на выводе Q – ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ПЛ. = ПЛАВАЮЩИЙ ВХОД ПОРОГОВОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ЗАТВОРА 1.9 В |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Подобно тому, как в свое время логика RTL породила множество идей, возможности RFL кажутся слишком многочисленными, чтобы их можно было перечислить. Однако о некоторых возможностях стоит упомянуть. Более низкие выходные сопротивления могут использоваться для непосредственного питания схем. Кроме того, для изоляции входов друг от друга можно использовать простые диоды.
В зависимости от того, как используются логические элементы RFL, ток потребления схемы можно приблизить к нулю. В некоторых случаях для этого можно использовать комплементарный p-канальный MOSFET BS250, а также, при необходимости, дополнительные конденсаторы блокировки по постоянному току. Автор обнаружил, что элементы RFL особенно полезны для использования в быстрых цифровых смесителях и зарядовых насосах. Они также весьма удобны там, где требуется одиночный простой логический элемент.
Купить 2N7000 на РадиоЛоцман.Цены
