Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 88
Текст из файла (страница 88)
ратного напряжения коллектор — база при использовании трап висторов с тонкой базой Микросхемы !.М160 и Ы!161 (фирма Иайопа! БеппсопгГпс. 1ог) — примеры компараторов, в которых за счет применения транзисторов с тонкой базой достигается высокое быстродействие Эти компараторы имеют время срабатывания всего 13 нс (номинал) при скачке входного напряжения !О мВ В этих компараторах ис. пользуется уменьшение времени рассасывания за счет примене. ния большого обратного тока базы транзисторов, выходящих из режима насыщения. На рис.
7 16 показана схема компара. тора. Входным каскадом является лрп-дифференциальный уси. литель, смещенный источником тока с пассивной нагрузкой в виде резисторов с небольшим сопротивлением. Этот каскад через эмнттерные повторители соединяется со вторым каскадом дифференциалыюго усилителя. Нагрузкой второго каскада является преобразователь ток — напряжение Два парафазных выхода второго каскада управляют двумя идентичными схемами выходного каскада, но существу обычными схемами выходного каскада быстродейстнующей ТТЛ. Выходной каскад питается от отдельного источника питания с напряжением 5 В, поэтому уровни выходного напряжения компаратора являются стандартными ТТЛ-уровнями.
На рис. 7.!7, а приведена упрощенная схема выходного ТТЛ- каскада. В этой схеме направления токов показаны при пере. ключении компаратора из высокого состояния в низкое, т е. когда транзистор !',!, выходит из режима насыщения. При высоком уровне напряжения на эмпттере 9, переход коллектор — база 9г открыт. При этом течет ток в базу Я„и Щ, быстро открывается. Как только (!, начинает проводить ток, оп шунтирует обратный базовый ток транзистора 9, и достаточно быстро выводит чв из насыщения В то же время транзистор Я4 открывается, пере водя выходное напряжение в низкий логический уровень Рея~ялты ог 0,1 до 0,3 В в зависимости от коэффициента разветвления по выходу или сопрогивления нагрузки. При переключении в противоположное состояние направлени~ токов показаны на рис.
7 17, б Для переключения из низкого состояния в высокое уровень напряжения на эмиттере Гг', дол жен стать низким, после чего !',1, перейдет в активный режим Кол лекторный ток ф будет выполнять функцию обратного базового Комяараторы калрвягеяия ка транзистора ~„который переходил из режима насыщения в режим отсечки.
Как только 4 попадет в режим отсечки, 9е кроется, а ив откроется. В атом ялучае выходное напряжение / ч» тг» Рис. 7.17, Выходной каскад 1.И161. а— вереключение иа высокого' состояния в ни»кое; б — переключение иа ниякого со стояния в высокое Увеличится до уровня логической «1», равного т" — 1»вя,— Ро,жб — 0,7 — 0,7=3,6 В. таким образом, Яя и Я, достаточно быстро выходят из режима. "асыпсеиия за счет щунтирующих свойств управляющего транзи- Глава 7 стора; для !',!» это транзистор Щ» а для «)» — транзистор ~',!», Об.
ратный базовый ток в обоих случаях будет много больше, чем прямой, вследствие большого коэффициента передачи по току управляющего транзистора. барьер Ыет«и лреиний и-п1ипа диа«Г вира»лр на основе перехода металл — полупроводник, обладающего выпрямительными свойствами (рис. 7.18). При создании барьера Шатки чаще всего используют золото, алюминий, хром и платину. Полупроводником обычно служит кремний л-типа с умеренной концентрацией акцепторов, с сопротивлением от 0,1 до 10 Ом см. Слой металла представляет собой тонкую пленку, толщина которой, как правило, 1 мкм, нанесенную методом вакуумного напыления или испарения.
На рис. 7,19 показана энергетическая диаграмма (распределе. ние электрических потенциалов в зависимости от расстояния) барьера Шотки, сформированного между кремнием и-типа и металлом. «Высота» барьера (контактный потенциал) ~ра перехода металл/л-кремний равна 0,56 В для хрома, 0,88 В для алюминия, 0,81 В для золота и 0,9 В для платины.
Это потенциальный барь~Р на пути протекания электронов из металла в полупроводник, причем высота его достаточна для предотвращения какого-либо тока электронов в этом направлении. Высота потенциального барьера для протекания электронов из полупроводника в металл — «оа обычно лежит в диапазоне от 0,3 до 0,4 В. Сравнивая это значение с контактным потенциа лом (контактная разность потенциалов) рп-перехода в кремни~ от 0,8 до 0,9 В, можно сделать вывод, что вследствие гораздо бо лее низкого барьера для протекания электронов в диоде Шоткн напряжение смещения, которое необходимо для обеспечения за 7.5.4. Транзисторы Шатки. Один из наиболее э)4»рективных методов сокращения времени переключения транзистора — ис.
пользование диодов о барьером Шотки, включенных параллельно переходу коллектор — база транзистора. Диод Шатки выполнен Компарагпорм напряжении да анного уровня тока через диод Шотки, примерно в два раза ньше, чем в диоде на основе рп-перехода. р)а рис. 7.19, б приведена диаграмма при смещении диода в пря„, м направлении. В этих условиях приложенное к диоду напря- вв )ОО 4 Метал Вч Кремний и. „ Металл 1 Крртвний п-птила ав +ч О Креинии еагалл "ч п.таила д р нс. 7.!9. Энергетнческаи диаграмма барьера Шатки: а — при нулевом смн щенин, б — при примам смещении, в — при обратном смещении.
жение таково, что металл (анод) становится положительным по отношению к полупроводнику (катоду), Высота барьера для потока электронов из полупроводника в металл уменьшается от тр н ( Ри нУлевом смещении) до гр — 1гр, где Рр — пРЯмое напРЯжение смещения. Прямой ток через диод связан с прямым напряжением смещения экспоненциальпой зависимостью 1~ = !о (ехр Яе(тт) — 11=!о ехр(теЯт) (7!0) н о Ровень прямого напряжения смещения, необходимый для обесьече 'ечения токов через диод в миллиамперном диапазоне, всего около Г.ааоа 7 0,3 В по сравнению с напряжением 0,6 — 0,7 В, характерным для рл-перехода в кремнии.
С точки зрении прямого падения напр„. женин диод с барьером Шотки в кремнии аналогичен диоду основе рл-перехода в германии. На рис. 7.!9, в представлена энергетическая диаграмма бар~ ера Шотки, смещенного в обратном направлении. Потенциальный барьер для потока электронов из полупроводника в металл уве.
личивается до Чо + *гя, где Ря — обратное напряжение смеще. ния. Этот барьер настолько высок, что лишь незначительная часть ДиоН иуопт 1 ! Рис. 7.20. Транзистор Шагая. электронов может пройти нз полупроводника в металл. Наряду с этим достаточно высок потенциальный барьер для потока электронов из металла в полупроводник, что позволяет предотвратить сколько-нибудь значительный ток и в этом направлении. Следовательно, при обратном смещении диод закрыт.
Однако существует очень небольшой обратный ток, или ток утечки, возникающий нз-за принцигп1альной возможности перехода из полупроводника в металл электронов с энергией выше энергии потенциального барьера. При прямом смещении ток, протекающий через диод, вызван инжекцией электронов из полупроводника в металл. Электроны являются основными носителями по обе стороны перехода, поэтому, как только хотя бы один электрон покидает полупроводник л-типа, вместо него поступает электрон из внепшей схемы. Точно так же, кан только электрон переходит из полупроводника в металл, другой покидает металл и «уходит» во внешнюю схему В результате сохраняется нейтральность и полупроводника и металла, поэтому избыток электронов по обе стороны от перехода отсутствует.
Поскольку концентрация дырок в кремнии л-типа чрезвы" чайно мала, а в металле они вообще отсутствуют, не происходит ппжекции дырок в обоих направлениях. Вследствие э~ого ш од Шотки — прибор, полностью работающий только на основны" носителях, поэтому по обе стороны от перехода не возникает из- Комларааорм налрлаеенил быточного объемного заряда. Следствием отсутствия объемного ряда является высокое быстродействие диода с барьером Шотки, а время рассасывания в пем равно нулю.
На рис. 7.20 показан транзистор с диодом Шотки, который ~~лючен параллельно переходу коллектор †ба. Обычно диод 1дотки изготавливается как неотъемлемая часть структуры транзистора, поэтому такой транзистор называют транзиспюром 717ол>ки. Вго обозначение также показано на рнс. 7.20. На рис. 7.21 приведена структура интегрального прп-транзистора с диодом Еае р Дал>7 Шор>ти Крллекомр п Коллекоеор Рис.
7.2!. Тоиологии триивистори Шатки в интегральном исполнении. Шотки. Диод Шотки формируется путем нанесения металлизации, перекрывающей базовую и коллекторную области, Необ ходимо отметить, что диод Шотки не формируется на коллекторном выводе, где металлнзацня контактярует с сильно легированной и'-областью. Для и'- и р'-областей с уровнями легирования 1 !О' см" и более барьер Шотки не обладает выпрямительными свойствами, а образуется невыпрямляющий, или омический, контакт, Когда переход коллектор — база смещается в прямом направленни, диод Шатки открывается при напряжении на нем при>нерио 0,2 — 0,3 В, а при напряжении около 0,3 — 0,4 В он становится полностью проводящим.
При этом диод Шотки шунтирует ток через переход коллектор — база транзистора. Таким образом, при использовании диода Шотки прямое напряжение смещения на переходе коллектор †ба не будет превышать 0,3 — 0,4 В. Поскольку порог проводимости ри-перехода в кремнии около 0,5 В, можно сделать вывод, что ограничивающее действие диода Шотки не позволит открыться переходу коллектор †ба. В результате переход коллектор †ба не будет проводить электрический ток, причем не будет ни ин>кекции дырок из базы в коллектор, ни эмиссии электронов из коллектора в базу. Поэтому объемный заряд будет определяться только электронами, иРоле|ающпми чеРез область базы: 9, = Яв — — 1о1о. ПосколькУ л (лА 9в, выра>кеп не для времени рассасывания записывается в виде 1, ж1/с млт»!е <л>11м" (7.11) Галла 7 где 1а |л> — обратный базовый ток.
Время пролета у интеграль. ных прп-транзисторов чрезвычайно мало, обычно от 30 до 100 и поэтому можно достичь времени рассасывания менее 1 ис. Теперь скорость переключения транзистора ограничена глав. ным образом временем, необходимым для изменения падения на. пряжения на емкости перехода эмиттер — база, которое соответ ствует времени спада. Поскольку и»)' Ве»хчсае!Сна !н |а|!|»п|СВе имеем !ып М(7эаСае,'!и |яь (7.!2) Поскольку хан <хат, 0,8 В, а )тва |,„„и, — О,б В, изменение напряжения эмиттер †ба, необходимое для перевода трап зистора из режима насыщения в режим отсечки, всего около 0,3 В. При Сва = 1О пФ и Ун|а> = !О мА время спада равно !|.и ж ж 0,3 В 10 пФ/!О мА = 3 нс. Следовательно, транзистор Шотки .позволяет получить время переключения менее 3 нс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
