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Si descriva il principio di funzionamento dei circuiti oscillatori, presentandone la caratteristica corrente/tensione per i vari casi (caratteristica di tipo ‘S’ ed ‘N’). Si fornisca infine l’implementazione circuitale (a livello di transistor o di blocchi logici) in un caso a scelta tra i seguenti: astabile, bistabile o monostabile.




Il candidato descriva le principali differenze tra le logiche TTL e CMOS aiutandosi con alcuni esempi di semplici porte logiche. Si disegnino, in particolare, due possibili implementazioni della porta NAND o NOR a scelta.


Due tra le principali famiglie logiche utilizzate tuttoggi sono la transistor-transistor-logic (TTL) e la complementary-metal-oxide-semiconductor (CMOS).

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TTL NAND

La TTL è realizzata utilizzando transistori bipolari (BJT) ed è un evoluzione delle logiche DTL ed RTL in quanto utilizza componenti attivi (transistor) sia nello stadio di uscita che di ingresso. Le logiche con i diodi infatti presentavano l'incoveniente di avere una capacità di valore elevato che nei cambi di livello interveniva in termini di tempi di commutazione e di energia consumata. Il fatto di avere un transistor nello stadio di ingresso anzichè un componente passivo migliora notevolmente il tempo di commutazione dell'uscita da livello logico basso ad alto. Le logiche CMOS invece utilizzano due tipologie d transistori ad effetto di campo (MOSFET) per realizzare i due livelli logici. In particolare la rete di pull-down è realizzata in logica nMOS, mentre la rete di pull-up viene realizzata in logica pMOS, per avere piene escursioni (logica rigenerativa).


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CMOS NAND

Oltre alle evidenti differenze a livello realizzativo le due logiche hanno notevoli differenze di impiego legate alle loro prestazioni. Infatti le logiche TTL hanno tempi di commutazione più rapidi in quanto a differenza delle logiche CMOS non devono caricare una capacità di ingresso in fase di transizione (il gate è fisicamente disaccoppiato dal resto del dispositivo). Sono quindi maggiormente indicati per applicazioni che richiedono elevate frequenze di lavoro. D'altro canto le logiche CMOS hanno il vantaggio di non avere consumo di potenza statica, quindi sono più indicati per applicazioni che richiedono basso consumo di potenza. Inoltre le logiche CMOS sono più indicate per fare diversi stadi in cascata, infatti ogni stadio rigenera il segnale (lo porta al valore di alimentazione o a massa a seconda che l'uscita sia alta o bassa).

Lo schema elettrico della prima figura rappresenta la realizzazione circuitale di un NAND in logica TTL. Se entrambi gli ingressi sono alti le giunzioni base emettitore dello stadio di ingresso sono cut-off, il transistor è spento quindi T2 è pilotato da una corrente costante che fluisce da Vcc attraverso la resistenza di base di T1 (infatti la giunzione BC di T1 in questo caso si comporta come un diodo polarizzato in diretta). Così T2 si accende e l'uscita assume valore logico basso. Se invece almeno uno dei due ingressi è basso, T1 si accende richiamando corrente dalla base di T2 il quale si spegne (uscita alta).

Nella seconda figura è riportata la realizzazione in logica CMOS della porta NAND. Quando entrambi gli ingressi sono alti gli nMOS si accendono (mettendo in corto il ramo di pull-down) mentre i pMOS si spengono (aprendo entrambi i rami di pull-up). In questo modo l'uscita è in conduzione con massa e si porta a livello logico basso. Analogamente se almeno uno degli ingressi è basso almeno un pMOS si accende (pull-up in corto) mentre almeno un nMOS si spegne (pull-down aperto), portando l'uscita a livello logico alto.







Il candidato descriva accuratamente il transistore CMOS in tutti i suoi particolari e ne illustri alcune significative applicazioni.


Questa domanda è apparsa anche nella sezione A. La risposta può essere trovata qui



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