01Глава I (561018), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Из выражения (I) получим

(2)

(3)

где β –статический коэффициент усиления транзистора ;

Из (2) и (З) найдем величину ИОН

(4)

где коэффициент

Так как γ / β << I то третьей составляющей вследствие ее малости можно пренебречь, и окончательно величина ИОН определяется как

(5)

2. Определение величины напряжения переключения. Исследуем зависимость выходного напряжения дифференциального усилителя VT2 и VT3 от разности напряжений между его входами U12 . За счет R1 и R2 плечи дифференциального усилителя симметричны по выходному напряжению, и расчет производится относительно выхода VT4 :

(6)

где

Из (6) найдем

(7)

где

С учетом допущения, что , используя (7), получаем

(8)

(9)

Если принять, что динамический коэффициент усиления дифференциального усилителя равен единице, то величина напряжения переключения, соответствующая границе помехоустойчивости, определится как

(10)

В связи с тем, что при переключении схемы из одного состояния в другое весь ток из транзисторов VT2 переходит в транзистор VT3 и наоборот, e >> I и

(II)

. (12)

Из (II) и (12) находят граничное значение напряжения переключения U12.

3. Определение уровней напряжения на выходе схемы. Из(I), (8) и (9) получаем

(13)

(14)

где

L – коэффициент объединения по выходу; N — коэффициент разветвления по выходу.

4. Определение запаса помехоустойчивости:

для уровня логической единицы

(15)

для уровня логического нуля

(16)

Основные параметры базовых элементов ПТТЛ, выполняющих логические операции стрелка Пирса, дизъюнкции, исключающая ИЛИ приведены в табл. 8.

Таблица 4

Основные параметры ПТТЛ-схем

	Логические схемы схема	Параметры
		Напряжение пита- ния E, B	Uвх1 min , B a	Uвх0 max , B	Uвых1 , B	Uвых0 , B	Iвх1 , мкА	Iвх0 , мА	Iвых0 , мА	IП , мА		td1 , нс	td2 , нс		P , мВт		N
	И/ И- НЕ	-5,2	-2,1	-0,45	-1,625	-0,72	0,5	365	32	20	2		2,9	104		10
	Исклю- чаю- щая ИЛИ	-5,2	-2,1	-0,45	-1,65	-0,81	0,5	365	32	62	2		7,5	322		10
И-НЕ с боль- шим быстро-дейст- вием	-5,2	-2,1	-0,45	-1,85	-0,9	0,5	365	32	30	1,5		2,5	160		10

1. БАЗОВЫЕ УНИПОЛЯРНЫЕ МДП—СХЕМЫ

Основными компонентами униполярных схем являются транзисторы. Униполярными транзисторами называются полупроводниковые приборы, работа которых основана на модуляции сопротивления слоя полупроводникового материала поперечным электрическим полем. В настоящее время известны две разновидности схем: полевые транзисторы с управляющими p – n -переходами и транзисторы со структурой металл — окисел (диэлектрик) - полупроводник (МДП). Типовые структуры этих приборов приведены на рис. 6,а.

Рис. 6. Базовые униполярные схемы:

а – типовые структуры; б – статическая

схема; в – динамическая схема

Транзистор с управляющим p – n -переходом является трехполюсным полупроводниковым прибором. Он представляет собой p – n -переход, смещенный в обратном направлении, вдоль слоя которого между электродами стока и истока протекает ток основных носителей. В полевых транзисторах истоком называется электрод, от которого начинается движение основных носителей в канале, стоком — электрод, к которому направляются основные носителя, затвором - управляющий электрод. В транзисторах с управляющими p – n -переходами изменение проводимости канала осуществляется за счет изменения толщины слоя пространственного заряда p – n-перехода под действием напряжения, приложенного к управляющему электроду и смещающего p – n -переход в обратном направлении.

В МДП—транзисторах изменение проводимости граничного слоя между окислом и полупроводником происходит за счет наведения заряда подвижных носителей под действием напряжения, приложенного к затвору. МДП-транзиторы классифицируются на транзисторы со встроенными каналами и транзисторы с индуцированными каналами. В транзисторах со встроенными каналами канал между стоком и истоком создается технологическим путем. В транзисторах с индуцированными каналами последние наводятся под действием управляющего напряжения. Транзисторы со встроенными каналами могут работать в режимах обогащения и обеднения канала основными носителями, а транзисторы с индуцированными каналами — только в режиме обогащения граничного слоя окисел - полупроводник основными носителями. По типу проводимости каналов транзисторы делятся на транзисторы с каналами n - и р -типов. Схемы, состоящие одновременно из транзисторов

n – и р -типов, называются комплиментарными МДП-схемами (КМДП).

Рассмотрим более подробно работу МДП-транзистора. При заземленных стоке и истоке затвор управляет зарядом в канале. При подаче на затвор отрицательного напряжения условия в объеме кремния изменяются. По мере того как на затворе накапливается отрицательный заряд, свободные электроны, присутствующие в кремние n -типа, вытесняются из прилегающей к затвору области, и в ней образуется обедненный слой. При достижении определенной степени обеднения продолжающееся увеличение смещения затвора вызывает притяжение к поверхности кремния подвижных положительных заряженных дырок. Когда в области канала накопится достаточное количество дырок, тип проводимости поверхности кремния изменится с электронной на дырочную, т.е. произойдет инверсия типа проводимости. При этом две диффузионные области р —типа окажутся соединенными друг с другом посредством инверсного слоя с проводимостью р -типа, служащего каналом. Отсюда и название - МДП-транзистор с каналом р -типа. Подавая на затвор сигнал, можно модулировать количество носителей в области канала, так что затвор, по существу, регулирует ток, протекающий в канале. При малой величине напряжения на стоке инверсный слой распространяется на всю область канала, соединяя области истока и стока. При таких условиях ток стока зависит от напряжений на стоке и затворе. При постоянном напряжения на затворе повышение напряжения на стоке изменяет условия в области накала. Ток стока вызывает омическое падение напряжения вдоль канала. Причем полярность этого падения напряжения такова, что оно стремится противодействовать полю, создаваемому в слое окисла смещением затвора. Когда падение напряжения достигает величины, при которой поле уменьшается настолько, что инверсный слой больше не возникает, ток стока стремятся к постоянной величине, не зависящей от напряжения на стоке.

Следует сказать также о пороговом напряжении. Пороговое напряжение — это напряжение на слое окисла под затвором, необходимое и достаточное для начала формирования в канале инверсного слоя. При дальнейшем повышении напряжения на стоке МДП—транзистор переходит в состояние глубокого насыщения. Слишком большое напряжение стока может вызвать сквозное обеднение, что приведет к возникновению неконтролируемого тока.

Основные соотношения для МДП-транзисторов:

I) крутая область:

2) область насыщения:

Предельная частота переключения ограничивается паразитной емкостью:

где gm - крутизна характеристики; с - емкость слоя диэлектрика под затвором.

Особенностью МДП-структур является использование в них только униполярных транзисторов. Это связано с тем, что функции диффузионных транзисторов могут выполнять сами МДП—транзисторы; схемы на МДП—транзисторах — это схемы с непосредственными связями, и поэтому нет необходимости в конденсаторах связи; вследствие использования многотактных импульсов синхронизации отпадает необходимость в блокировочных конденсаторах.

Основные уравнения для расчета МДП-схем приведены в табл. 9.

Таблица 9

Основные уравнения для расчета МДП-схем

Для построении логических МДП ИС используются две базовые схемы: в одной из них входные МДП-транзисторы соединены последовательно, в другой — параллельно. Логические операции, выполняемые такими схемами, зависят от типа логики входных сигналов. Так как входное напряжение схемы с последовательно включенными входными транзисторами должно быть близко к нулю, когда два входных транзистора открыты, суммарное сопротивление входных транзисторов должно быть равно сопротивлению входного транзистора простейшего инвертора. Для уменьшении сопротивления размеры каждого из последовательно включенных транзисторов должны быть увеличены. По этой причине необходимо избегать применения последовательно включенных входных транзисторов везде, где это возможно. Схема с параллельно включенными входными транзисторами более гибкая, так как добавление параллельных транзисторов снижает результирующее выходное сопротивление, что дает довольно близкое к нулю выходное напряжение. Использование каскадов с последовательными и параллельными входными транзисторами значительно увеличивает гибкость логических МДП— схем.

Базовая комплиментарная КМДП-схема приведена на рис. 6, б.

Характеристики

Список файлов книги