Appunti di elettronica digitale: Inverter CMOS

Tramite: O2O 21/03/2016
Difficoltà: media
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Introduzione

Questa guida mette insieme alcuni appunti di elettronica digitale sull'Inverter CMOS, il nucleo di tantissimi sistemi digitali. L'inverter è un dispositivo elettronico in grado di convertire la corrente continua (CC o DC, dal termine inglese Direct Current) in ingresso in corrente alternata (CA o AC, dall'inglese Alternating Current) in uscita, a una determinata frequenza e tensione. Essendo, dal punto di vista funzionale, l'opposto di quello che, comunemente, viene chiamato raddrizzatore di corrente, l'inverter è spesso chiamato anche "raddrizzatore-invertitore". L'inverter è indispensabile nel caso di quei dispositivi che funzionano solo con la corrente alternata, consentendo loro di sfruttare la corrente continua. Gli utilizzi dell'inverter sono tantissimi: impianti fotovoltaici a isola o grid connected, controllori di velocità per motori elettrici, nell'illuminazione, alimentatori switching e gruppi di continuità. Con l'introduzione della tecnologia CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), pensata appositamente per essere usata nei circuiti integrati, si riesce a ridurre, in modo considerevole, il consumo di corrente elettrica.

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La tecnologia CMOS è utilizzata oggi in tantissimi circuiti usati in altrettante applicazioni. Anche i computer e i telefoni cellulari sfruttano i circuiti CMOS per i loro vantaggi: alta velocità, bassa dissipazione di potenza (idealmente nulla), margini di rumore elevati e buona capacità di funzionamento con varie tensioni in ingresso.

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L'inverter CMOS è statico, nel senso che mantiene il suo stato finché resta collegato all'alimentazione. Nell'immagine allegata è stato rappresentato lo schema di un inverter CMOS, caratterizzato da alcune eccellenti proprietà: un ottimo swing logico (da 0 a ?DD) e una non-linearità adeguata. Questo inverter è, attualmente, il più diffuso e il più usato.

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Per concludere, ricordiamo che un circuito inverter CMOS elementare è formato da due MOSFET complementari: un NMOS e un PMOS legati in serie. La tabella di verità di un inverter è molto semplice ed è stata rappresentata nell'immagine allegata. Il funzionamento dell'inverter CMOS è molto semplice se viene spiegato con le seguenti formule: ?in = 0? e ?GSn = 0? quando il transistore n è spento e ?GSp = ?DD quando il transistore p è acceso. In pratica, tra ?DD e massa non c'è corrente. Quando ?in = ?DD, ?GSn = ?DD e ?GSp = 0 la situazione è simmetrica a quella descritta prima.

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