Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 51

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

Текст из файла (страница 51)

Какими из этих параметров ограничивается время переключения интегральных транзисторов? 8. Какие разновидности интегральных биполярных транзисторов вы знаете? 9. Чем определяется проблематика создания сверхтонкой базы биполярных транзисторов? 10. Перечислите основные операции создания структур биполярных транзисторов. 11. Нарисуйте несколько вариантов диодного включения транзисторов. 12. Чем отличаются структуры полевого и МДП-транзисторов? 13. Нарисуйте структуру комплементарной пары МОП-транзисторов. 14.

В чем заключается принцип самосовмещения при изготовлении МОП-транзисторов? При изготовлении каких еще других интегральных структур используется этот принцип? 16. Как изготавливается поликремниевый затвор? Каковы преимущества использования поликремниевой металлизации? 16. С какой точностью и какого порядка величины можно изготовить диффузионный резистор? Какими методами можно поднять пределы значений резисторных структур? 17.

Какие структуры используются в качестве конденсаторных? Что ограничивает предельные параметры полупроводниковых конденсаторов? Коятрольяме вопросы 281 18. Почему использование материалов группы А'~В' позволяет повысить быстродействие ИС? 19. Нарисуйте структуру полевого транзистора с затвором Шоттки на СзАв. Поясните принципы его создания и работы. 20. Какими средствами можно повысить быстродействие простого полевого транзистора с затвором Шоттки? 21. Какие материалы используются для создания пленочных резисторов? Какие предельные параметры пленочных резисторов можно обеспечить? С какой точностью? 22.

Какие материалы используются и какого порядка предельные параметры можно получить при создании пленочных конденсаторов? 23. Можно ли изготовить по технологии кремниевых ИС катушки индуктивности? 24. Какого порядка величины и добротности можно изготовить индуктивности по тонкопленочной и толстопленочной технологии? Основы цифровой схемотехники 8.1, Введение Схемотехника микроэлектронных устройств, возникшая на базе дискретной транзисторной электроники, является непрерывно развивающейся инженерной дисциплиной. В ходе более чем 30-летнего развития происходил своего рода «естественный отбор» из огромного количества схемных решений.

В последующих главах рассматриваются схемы, составляющие «золотой Фонд», который наиболее часто используется в современной схемотехнике и является основой ее дальнейшего развития. Классификация электронных схем. В настоящее время принято делить электронные схемы на два класса: цифровые и аналоговьсе. В основе цифровых схем лежат простейшие транзисторные ключи — аналоги металлических контактов. Ключи характерны двумя устойчивыми состояниями." разомкнутым и замкнутым.

На основе простейших ключей строятся более сложные схемы: логические, бистабильные, триггерные (спусковые) и др. В основе аналоговых схем лежат простейшие усилительные ячейки — каскады или ступени. На основе усилительных каскадов строятся сложные (многокаскадные) усилители, стабилизаторы напряжения и тока, преобразователи частоты (модуляторы и детекторы)„генераторы синусоидальных колебаний и ряд других схем.

Такие схемы иногда называют линейными или квазилинейными, хотя зто название подходит только для усилителей и стабилизаторов, а для остальных схем является условным. Специфику цифровых и аналоговых схем удобно пояснить с помощью так называемых передаточных характеристик, описывающих зависимость выходной величины от входной.

Для определенности примем, что зти величины — напряжения. На рис. 8.1 показаны типичные передаточные характеристики схем. Цифрой 1 обозначена характеристика инвертирую. 8.1. Введение п)их схем, у которых низким входным напряжениям соответствуют высокие выходные, а цифрой 2 — характеристика неинесрлвируюн(их схем, у которых низким входным напряжениям соответствуют низкие выходные.

Инвертирующие схемы имеют большое распространение. Такие же характеристики свойственны и простейшим ключам, и простейшим усилительным каскадам. Однако использование этих характеристик в том и другом классе схем принципиально различается. В транзисторном ключе два его устойчивых состояния (разомкнутое и замкнутое) соответствуют точкам А и В (рис. 8.1). В точке А ключ разомкнут и на нем падает большое напряжение, а в точке В ключ замкнут и падение напряжения на нем близко к ~. л нулю. Входные и выходные сиг- 1 палы (напряжения) в ключе принимают только два значения: С" либо У,„и У,„„в„либо У,„и У „и.

Форма передаточной характеристики между точками А С' н В несущественна; если она меняется (как показано штриховой Ьв линией), то выходные сигналы о Пс ~в остаются практически неизмен- ьп ап с в ными. Отсюда следует, что клю- ЧИ, а ЗНаЧИт, И цИфрОВЫЕ СХЕМЫ рис. З.1. Передаточные харвнтемало чувствительны к разбросу риетики 'хе"'ранних ахеи: 1 — и ивертирующих; (допускам) параметров, к их тем- 3 — неинвертирующих пературной зависимости (температурному дрейфу), к изменению параметров со временем (временному дрейфу), а также к внешним электромагнитным помехам (наводкам) и собственным шумам.

Последний вывод иллюстрируется на рис. 8.1 тем, что небольшие колебания напряжения ЛУв около точки В (это могут быть шумы или наводки) практически не меняют значения выходного сигнала, а значит, не влияют на работу ключа. В усилительном каскаде используется непрерывный рабочий участок передаточной характеристики между точками а и Ь.

Входные и выходные сигналы могут принимать любые значения в пределах етого участка и связаны друг с другом функциональной зависимостью У,„„= 1'(У ). Очевидно, что любая Глава З. Основы аверввов схвмотвввввв «деформация» характеристики на участке а — Ь, по каким бы причинам она ни произошла, будет непосредственно отражаться на указанной функциональной зависимости и на работе схемы. Например, при одном и том же входном сигнале У,„выходной сигнал может принимать различные значения У,„„с,, У, „с.. Отсюда следует, что усилительный каскад, а значит, и аналоговые схемы чувствительны к разбросу параметров, к их температурному и временному дрейфу, а также к шумам и наводкам.

Последний вывод иллюстрируется на рис. 8.1 тем, что небольшие колебания напряжения ЛУс около точки С вызывают заметные изменения выходного сигнала в соответствии с функцией У, „= ДУвв). Внутри каждого класса электронных схем — цифровых и аналоговых — разумеется, имеет место более детальная классификация, прежде всего по выполняемым функциям. Мы начнем изучение схемотехнических основ микроэлектроники с транзисторных ключей и ключевых схем, как более простых, хотя исторически первыми развивались аналоговые схемы (именно они составляли основу радиотехники — первой области применения электронных приборов). 8.2.

Статический режим простейшего биполярного ключа В статическом режиме ключа, т. е. в двух его устойчивых точках (А и В на рис. 8.1), идеальными параметрами обладают металлические контакты, замыкаемые и размыкаемые путем механического перемещения. У таких механических ключей остаточный ток в разомкнутом состоянии определяется качеством изоляции и обычно не превышает 10 1з А. В замкнутом состоянии остаточное напряжение на контакте составляет доли микровольта при токах порядка 1 мА. По этим параметрам механические ключи пока остаются вне конкуренции. Однако в динамическом режиме, т. е. при переключении из одной устойчивой точки в другую, механические ключи значительно уступают электронным по максимальной частоте переключений, надежности контакта и сроку службы.

Эти показатели оказали решающее влияние на замену механических ключей электронными в цифровых устройствах. 8,2. Статический режим иростейшего биполярного ключа тЕ„ Рабочие точки. На рис. 8.2 показана схема простейшего транзисторного ключа. Транзистор включен по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Управляемой (прерываел б т а мой) является коллекторная цепь с источником питания Е„и нагрузкой в виде резистора В„.

В управляющей (базовой) ее цепи включен источник управляющего напряжения Ес и последовательное сопротивление Вс. Рнс. 8.2. Простейший Если напряжение Е имеет отрицатель- транзисторный ключ ную полярность, то эмиттерный переход смещен в обратном направлении, транзистор заперт, и остаточный ток в цепи нагрузки очень мал.

Соответственно напряжение на ключе У близко к Е„. Если напряжение Е имеет положительную полярность и достаточно велико, то транзистор открыт, в цепи нагрузки протекает ток 1„, и остаточное напряжение на ключе может быть близким к нулю. Из сказанного следует, что рассматриваемый ключ является инвертирующей схемой, так как увеличение входного напряжения Ес от отрицательных значений к положительным сопровождается уменьшением выходного напряжения У„, от Е„до малого остаточного напряжения. Остаточный ток и остаточное напряжение — главные статические параметры ключа.

Рассмотрим их подробнее. В запертом состоянии ключа, строго говоря, должно выполняться условие Ес <0 . Однако учитывая, что ток р — л-перехода экспоненциально зависит от приложенного напряжения, для каждого конкретного диапазона режимных токов можно определить достаточно резкую границу области прямых смещений, прн которых этим током можно пренебречь. Поэтому кремниевый и — р — и-транзистор ключа может считаться практически запертым, если Е < (0,5-0,8) В.

При этом токи всех трех электродов транзистора обычно не превышают долей микроампера. Поэтому падениями напряжения на сопротивлениях В и А, можно пренебречь и считать Уа = Е и Угл = Е„. Запертому состоянию ключа соответствуют точки А на рис. 8.3. Когда напряжение Ес достигает значения У", транзистор отпирается. Начинает протекать базовый ток 1, и пропорциона- Глава 8. Основы цифровой схемотехники А О А У Емвзз Ез ОУ П' е„у а) з) Рнс. 8.3. Расположение рабочих точек ключа на статических характеристи. ках транзистора. а — входной, 6 — выходной льный ему коллекторный ток 1„1, а потенциал коллектора соответственно уменьшается (см. точки 1 на рис. 8.3).

При дальнейшем росте напряжения Еб потенциал базы Уб остается равным Уь (рис. 8.3„а), но токи продолжают расти, а потенциал коллектора — падать1. В точке 2, при токе 1бз, потенциал коллектора У„делается равным У, а напряжение на коллекторном переходе У„б = У, — Уб — равным нулю. При еще больших токах напряжение Уко становится отрицательным, т. е.

Характеристики

Список файлов книги