Потребляемая мощность. 
Наноэлектроника и схемотехника

Мощность, которую потребляет логическая схема, определяется по формуле (приведен случай для схемы с одним источником питания):

где Р° — мощность, потребляемая схемой, когда на ее выходе напряжение логического нуля; Р¹ — мощность, которую потребляет схема, на выходе которой напряжение логической единицы; 1° — суммарный ток от цепи питания, когда на выходе напряжение логического нуля; 7¹ — суммарный ток от цепи питания, когда на выходе напряжение логической единицы. Рассмотрим, как зависит потребляемая мощность от того, нагружена схема или нет.

Рис. 6.10. Инвертор без нагрузки.

Рассчитаем потребляемую мощность биполярного инвертора без нагрузочных схем (рис. 6.10). При подаче на вход напряжения логического нуля транзистор закрыт:

При подаче на вход напряжения логической единицы транзистор насыщен, на выходе напряжение логического нуля.

(/_вых = U⁰ = С/кэн (напряжение коллектор-эмиттер насыщения),

Статическая мощность биполярного инвертора без нагрузки определяется по формуле:

Рис. 6.11. Инвертор с нагрузкой.

Если к выходу исследуемого биполярного инвертора подключить п подобных ему инверторов (рис. 6.11), то в режиме, когда на выходе логическая единица (?/_вь1Х = 1/₁)и транзистор Т закрыт, выходной ток 1_Х будет распределяться в базы нагрузочных схем:

Когда на выходе логический ноль (С/_вых ⁼ ^°)* выходной ток определяется током коллектора насыщенного транзистора:

Статическая мощность биполярного инвертора с нагрузкой равна:

Следует отметить, что при подключении нагрузки меняется не только мощность, но и передаточная характеристика, и как следствие, — логический перепад и запасы помехоустойчивости (рис. 6.12).

Рис. 6.12. Передаточные характеристики биполярного инвертора без нагрузки (I).

и с нагрузкой (II).

Динамические параметры логического элемента

Быстродействие логических элементов играет в некоторых системах весьма существенную роль. Оно обычно задается в виде задержки распространения, которая представляет собой интервал времени между сменой состояний входного и выходного сигналов.

Для графиков, представленных на рисунке 6.13, задержка сигнала определена как среднее арифметическое задержек положительного и отрицательного фронтов по уровню 0,5 логического перепада:

Параметром, определяющим качество элемента, является энергодинамический параметр — произведение мощности на задержку элемента^{задержкиПри} синтезе элементов необходимо стремиться к его минимизации.

Рис. 6.13. Переходные характеристики U_tx(t) и l/_MX(f).