Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи (1987) (1142057), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Для запирания ключа на затвор подают напряжение Е, < У„где Ц> — пороговое напРяжение; для отпирания следует подать напряжение Е, ) (7е (обычно в логических схемах Е„„„„= О, Е„, = Е,), Выходные вольт-ампериые характеристики ключа приведены на рис. 8.7. Слева от штРиховой линии (7 = П вЂ” Уе Расположена кРУтаЯ обласп 6г Вг оби 11 уги Рис. В.б Рве. В.7 характеристик, справа располагается пологая область (здесь У„, — напрюкенне между стоком и истоком, И вЂ” напряжение между затвором и истоком). В крутой области ток стока опре- деляется выражением 1с Ь (~эи (' е) ('св 1 (8ЛО) В пологой области ток стока Ь 1, = — (У вЂ” У,)з.
(8.11) 1, = (Е, — (7, )/Я, ге Е,/Е,. (8.12) 1 При малых (7 пренебрежем вторым членом — И в фор- СИ муле (8.10). Дифференцируя зто выражение, находим 1 1 й1,/йи Ь(и„- ие) ' Полагая У„= Е,, находим (8.13) Е, — 1"- Ь( (7)" (8.14) Здесь Ь = рСе — — удельная крутизна, где р — подвижность носителей заряда в канале, Се — удельная емкость подзатворного диэлектрика, ж — ширина канала, Ь вЂ” длина канала В выключенном состоянии (точка А на рис 8.7) ключ характеризуется остаточным током 1, во включенном состоянии (точка В) — остаточным напряжением У~,. В выключенном состоянии типичная величина 1, составляет 10 — 10 ю А.
Во включенном состоянии ключа ток стока насыщения 1 определяется внешними элементами схемы: Рис. Ав С =С,„+С„+Со+С +С Ки. (8-15) Здесь С вЂ” емкость р-л-перехода сток — подложка; ф— монтажная емкость проводников; С,„— емкость затвор — канал; С вЂ” емкость затвор — исток„С вЂ” емкость затвор — сток; Кц — коэффициент усиления второго ключа при его работе в активном режиме.
Длительность включения г, ключа с резистнвной нагрузкой можно определить по формуле е.С. 1,(0) ' (8 16) где Длительность выключения определяют по формуле = 2,2К,С~„„. (8.17) Основным путем увеличения быстродействия ключа является уменьшение емкости С . При заланной емкости быст(н» действие можно увеличить путем увеличения рабочего тока У,(0), в частности путем уменьшения напрвжения Уе. ПРИМКРЫ И ЗАДАЧИ 8.15. Определить крутизну МДП-транзистора в схеме юпоча с резистивной нагрузкой, необходимую для получения остаточного напряжения у =0,1 В, при следуюших параметрах Быстродействие МДП-транзисторных кшочей обусловлено главным образом временем перезаркца паразитных емкостей.
Паразитные емкости МДП-транзисторного ключа показаны на рис, 8.8, где схема ключа на транзисторе Т„нагруженного на аналогичный ключ Т„ заменена эквивалентной схемой с одной суммарной емкостью: схемы: Е,=Е, =30 В, Я,=100 кОм, пороговое напряжение ив=5 В. Решение Определим удельную крутизну МДП-транзистора, воспользовавшись выражением (8,14): Е, 30 и Е.(Е,,', - и.) 0,1.100 10'(30-5) Крутизну Я определим по формуле Я =Ь(Е,, „— ио)= 3 мА/В. 8.16.
Рассчитать отношение ширины канала а к длине канала 1. у МДП-транзистора в схеме ключа с резистивной нагрузкой, если и =0,5 В, Е,=Е, =9 В, ио —- 3 В, Е, = 10 кОм, удельная емкость подзатворного диэлектрика Со = = 2. 10 з Ф/см', подвижность носителей в канале р = = 500 смз/(В с). Ответ: ж/1. = 30. 8.17. Определить мощность, потребляемую ключом (см. жему на рнс. 8.6), если Е,=15 В, Я,= 5,1 кОм, удельная кругнзна МДП-транзистора Ь = 100 мкА/Вз, ио — — 4 В. Ключ управляется последовательностью импульсов с амплитудой Е„, = 15 В и скважностью (3 =2.
Решение Определим напряжение и, в соответствии с формулой '8Л4): Е, 15 Е,Ь(Е,, — ио) 5,1 ° 10з 100 10 в(15 — 4) — 3,3 В. Определим значение тока 1с огкРытого ключа: . Е,— и, 15 — 33 Е, 5,1 ° 10з Считая, что в закрытом состоянии ключ не потребляет чощность от источника питания, определим мощность Р „по рормуле 1 1 Р = 1аЕо= 2,3.10 15=17 мВт. (2'' 2 8.18. Сравшпь длительности включения и выключения зчДП-транзисторного ключа с резистивной нагрузкой при Е, = = 15 В, Ео = 1 кОм, паразитных емкостях МДП-транзистора :„=с,„=с,„=с„=2 е, е., =15 в, и,=3 в, ь= 0,5 мА/Вз. Решение По формуле 18.16) нахолим 2Е,С, Ь1Е, ~ — 17о) где Свох Сов + Сзк + Сэн + СмКо Коэффициент усиления Кс определяем по формуле Кв = =ой где 8 = Ь(Е, — Уо) =0,5115 — 3) = 6 мА/В. Подставив значение К„= 6 в формулу для С „получим С = 18 пФ.
Подставив значения С = 18 пФ, Е,= 15 В, Ь= =0,5 мА/Вз, Е, =15 В, ив=3 В в формулу для 1..., находим, что е, =11„5 нс. Длительность выключения определяем по формуле (8.17): 1, = 22Е,С = 2,2 10 ° 18 ° 10 'з = 40 нс. Вычисляем отношение длительностей выключения и включения: е,ям/е = 40/11,5 ге 4. 8.19.
Определить крутизну МДП-транзистора в схеме ключа с резистивной нагрузкой, необходимую для получения времени включения г,„,<1 мкс, если Е, 9 В, Е„, =9 В, Со†= В, С =200 пФ. Ответя: 0,76 мА/В. 8.20. Для схемы, приведенной на рис. 8.6, определить величину сопротивления Е„при которой длительность переключения е„в<600 нс. Выходную емкость ключа принять равной 40 пФ, крутизна МДП-транзистора Е = 5 мА/В. Оивет: 7 кОм. 8.21, Рассчитать геометрические размеры канала МДП- транзистора (отношение ж/Е) в схеме ключа, приведенной на рис. 8.6, при которых время включения е, = 100 нс.
Принять Е,=Е„=15 В, С =100 пФ, П =3 В, удельная емкость ползатворного диэлектрика С„=2 10 в Ф/смз, подвижность носителей в канале р = 500 см'/(В.с). Огввевп иф, = 32. ГЛАВА 9 ЛОГИЧЕСКИЕ ИИТЕГРАЛ)зИЫЕ МИКРОСХЕМЫ ф 9.1. ОБ$ЦИЕ СВЕДЕНИЯ В большинстве современных ЭВМ и цифровых устройств различного назначения обработка информации осуществляется с помощью двоичных чисел, операции над которыми выполняют логические элементы. Схемотехническая реализация со- временных логических элементов осуществляется на основе интегральных микросхем (ИМС). По способу кодирования информации различают потенциальные и импульсные интегральные логические элементы (ИЛЭ). Информация, обрабатываемая потенциальными логическими элементами, характеризуется отличающимися потенциальными уровнями.
Если логической единице соответствует высокий потенциальный уровень, а логическому нулю — низкий, то, такую логику называют положительной (позитивной). Наоборот, если логической единице соответствует низкий потенциальный уровень, то говорят об отрицательной (негативной) логике. В импульсных логических элементах логической единице отвечает наличие импульса, а логическому нулю — его отсугсгвие.
Параметры логических интегральных микросхем. К параметрам логических ИМС относятся: 1) входное и выходное напряжении логической единицы ((.Г' )) н (У',( — значения высокого уровня напряжения на входе и вы-' ходе микросхемы *; 2) входное и выходное напряжения логического нуля фе„~ и У,'„„— значения низкого уровня напряжения на входе и выхо-' де микросхемы; 3) входной Р и выходной 1,'„„токи логической единицы, входной го и выходной 1~ токи логического нуля; 4) логический перепад сигнала осу — ц — (,Гс,, пороговое напряжение (У вЂ” напряжение на входе, при котором состояние микросхемы изменяется на противоположное; 5) входное сопротивление логической ИМС вЂ” ' отношение приращения входного напражения к приращению входного тока (различают Ф и л,'„), выходное сопротивление — отношение приращения выходного напряжения к приращению выходного тока (различают йе и я,' ); б) статическая помехоустойчивость — максимально допустимое напряжение статической помехи по высокому (Я и низкому Рек„уровням входного напряжения, прн котором еще не происходит изменения уровней выходного напряжения микросхемы; 7) срелняя потребляемая мощность Р „,=(Ро +Р' Ду2, где Ро Р' — мощности, потребляемые микросхемой в состоянии соответственно логического нуля и единицы на выходе; * Логические операци~ч выполняемые микросхемами, указаны здесь для положительной логики.
и„„ ~4ч 8) коэффициент объединении по входу К,~„показывающий, какое число аналогичных логических ИМС можно подключить к вхо- ла Вм ду данной схемы и определяющий максимальное число входов логической ИМ С; 9) коэффициент разветвления пг по выходу К, „показывающий, какое количество аналогичных напг грузочных микросхем можно подключить к выходу данной ИМС, и характеризующий нагрузочную способность логической ИМС. Рис. 91 Динамические параметры лагических ИМС можно проиллюстрировать с помощью временных диаграмм входного и выходного напряжений при переюпочении микросхемы (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
