Sayfa 44

Geçen sayıda Op-Amp'lara değinmiş ve bazı devreleri incelemiştik. Bu ay ise sayısal entegre devrelerini ele alacağız. Bilgisayarları oluşturan üç temel sayısal (dijital) devre vardır: AND kapısı, OR kapısı ve NOT kapısı (veya çevirici). İlk bilgisayar neslinde bu kapılar doğrudan direnç ve transistörlerden yapılırdı. Bu RTL-Tekniği idi. Daha sonraki bilgisayarların imalatı ise diyot-transistör tekniği (DTL) ile gerçekleşti. Günümüzde ise entegre devre tekniği ve bununla birlikte TTL yani “Transistör-Transistör-Logik” kullanılmaktadır. Yukarıda adı geçen TTL-devrelerin bipolar ve MOS türleri vardır. MOS tekniğinde bipolar transistörlerin yerine FET'ler konmuştur. Bipolar entegre devreler MOS'lar oranla oldukça hızlıdırlar, fakat buna karşılık oldukça fazla enerji sarfederler. Tüm kapı devrelerinde (AND, OR veya NOT hangisi olursa olsun) hep aynı fiziksel gerçekler söz konusudur. 1 ve 0 mantıksal büyüklüklerine entegre devrenin türüne göre belli gerilim seviyeleri karşı gelmektedir. Bu şekilde örneğin bipolar TTL tekniğinde lojik 1'e 4.5 Volt maksimum değeri karşılık gelmektedir. Bu kapı devresi tarafından lojik 1 olarak tanınan gerilim değerleri 2 ile 5 Volt arası değerler tam olarak belli bir lojik seviyeye karşılık gelmediği için değişik entegre devrelerde farklı farklı yorumlanmaktadırlar. MOS devrelerde ise işlem gerilimi 3-15 Volt arasındadır. Lojik seviyeler ise bağlanan gerilime göre değişmektedir. Bir lojik kapının işlevini anlatırken öncelikle bir kapı devresinin iç yapısını inceleyeceğiz. Örnek olarak diğer tüm kapı devreleri ile yakından benzeşen NAND yani NOT-AND kapısını ele alalım. (Resim 1) Burada gözümüze ilk çarpan transistörün iki emiterli olmasıdır. Bu tip transistörler “Multi-Emitter-Transistör” olarak adlandırılır. İki emitter NAND kapısının girişleridir. Bir NAND kapı devresinin iki girişi de lojik 1 seviyesinde ise çıkışında 0 değeri olur. Emiterlerden birinin girişi lojik 0 ise, T2 transistörünün bazı da 0 seviyesindedir. Bu nedenle T2 transistörü geçirgen değildir ve dolayısıyla T3'ün bazı pozitif, T4'ün bazı ise sıfır potansiyele sahiptir. Burada T3 iletken, T4 kapalı kalacaktır ve bunun neticesi olarak çıkışta yüksek bir potansiyel yani lojik 1 gözlenecektir. Bu durum sadece T2 transistörü iletime geçerse tersine dönecektir. T2 transistörünün iletime geçmesi ise sadece iki emiterinde lojik 1 seviyesinde olmasıyla mümkün olmaktadır. Yukarıda incelediğimiz NAND kapı devresinin dayandığı temeller ile diğer tüm kapılar gerçekleştirilebilir. Örneğin bir NOT kapısı (veya çevirici) NAND kapısının tek girişlisinden farklı bir şey değildir. Resim 2'de bazı sayısal entegre devrelerine ait önemli özellikler verilmiştir. Bu tabeladaki iki önemli unsur giriş-yük (Fan-In) ve çıkış yük (Fan-out) faktörleridir. Fan-in bir kapı devresinin girişini, Fan-out ise bu devrenin çıkışının ne kadar yüklenebileceğini belirtmektedir. Şimdi değişik kapı devrelerini inceleyelim:

Resim 1: Bir NAND kapı devresinin iç yapısı

AND Kapısı

AND (ve) kapısının çıkışının 1 seviyesinde olmasını sağlayan tek konum her iki girişinin 1 olmasıdır. Diğer tüm durumlarda çıkış 0 olur. AND kapı devrelerinde giriş sayısı iki ile sınırlı değildir ve sekiz girişli AND kapıları da mevcuttur. 7408 dört adet ikişer girişli AND kapısına sahip bir entegre devredir.