Комплементарная МОП логика (КМОП)


Рассмотрим вначале логические элементы, построенные в виде релейно-контактных схем, но способные в принципе взаимодействовать с ДТЛ и ТТЛ. Обобщенная схема такого элемента с двумя входами имеет вид:

 Комплементарная МОП логика (КМОП)

Входные логические переменные представленные уровнями электрического напряжения поступают здесь на катушки реле К1 и К2. Контакты этих реле соединены в два контактных двухполюсника P и Q, выполняющих функции сложного инвертора. Двухполюсники P и Q формируют выходной сигнал x логического элемента, также представленного уровнем электрического напряжения. При этом H-уровень на выходе обеспечивается замкнутым состоянием двухполюсника P и разомкнутым состоянием двухполюсника Q. При L-уровне на выходе, состояния двухполюсников противоположны. Очевидно, что логические переменные x, p и q связанны соотношением

 Комплементарная МОП логика (КМОП)

Построим на рассмотренной основе элемент Шеффера для этого элемент  Комплементарная МОП логика (КМОП)  , но тогда

  Комплементарная МОП логика (КМОП)

Этим уравнениям соответствует параллельное соединение размыкающих контактов реле К1 и К2 в двухполюснике P и последовательное соединение замыкающих контактов в двухполюснике Q. Соответствующая схема имеет вид:

 Комплементарная МОП логика (КМОП)

Для элемента Пирса ИЛИ-НЕ имеем  Комплементарная МОП логика (КМОП)

 Комплементарная МОП логика (КМОП)

Соответствующая схема имеет вид:

 Комплементарная МОП логика (КМОП)

Электронным аналогом реле имеющим замыкающий и размыкающий контакты является комплементарная пара МОП транзисторов с индуцированным каналом, включенным следующим образом:

 Комплементарная МОП логика (КМОП)

 

Канал транзистора VT1 играет роль замыкающего контакта, VT2 — размыкающего, а функции катушки выполняют цепи затвор-подложка обоих транзисторов. Заменяя реле в рассмотренных ранее схемах их КМОП — аналогами получаем базовые элементы КМОП логики:

 Комплементарная МОП логика (КМОП)

 

Теоретически КМОП элементы не должны в статике потреблять какой либо ток от источника питания, это наглядно видно из схем их релейно-контактных прототипов в которых замкнутому двухполюснику P всегда соответствует разомкнутый двухполюсник Q и наоборот. На практике имеют место разного рода утечки, и КМОП все-таки потребляет в статике некоторый малый ток от источника питания. Потребление активного тока от входных элементов практически отсутствует

КМОП элементы весьма перспективны т.к. имеют низкое энергопотребление и высокую помехоустойчивость. Первыми отечественными сериями КМОП логики были серии К174 и 164, зарубежные фирмы выпускали эти серии под номером 4000. Сейчас названные серии вытеснены более современными К561 и 564, зарубежные — 4000А. Перспективными считаются серии КР1561 и 1564, зарубежные — 4000B и 54HC соответственно.