Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Это не приводит к отпиранию транзистора Т2, т. е. не нарушает работу триггера, но сопровождается резким возрастанием входного тока триггера и ухудшением его быстродействия (из-зэ необходимости рассасывания накопленного избыточного заряда). Контрольные вопросы 1. Чем отличаются передаточные характеристики инвертирующих и неинвертирующих электронных схем? 2, Чем определяется остаточное напряжение простейшего ключа на биполярном транзисторе? 3. Сформулируйте критерий насыщения ключа на биполярном транзисторе и дайте определение степени насыщения. 4. Чем может быть обусловлено неравномерное распределение тока базы в параллельно соединенных ключевых транзисторах? Как достигается выравнивание базовых токов? Коитроввиые вопросы 5. Может ли простейший ключ на биполярном транзисторе быть использован в качестве усилителя? 6.
Какими параметрами определяется нагрузочная способность ключа? Почему необходим запас по нагрузочной способности? 7. Какими динамическими параметрами характеризуются переходные процессы в простейшем биполярном ключе? 8. Каково влияние барьерной и диффузионной емкостей коллекторного перехода на переходные процессы в простейшем биполярном ключе? 9. Объясните принцип работы ключа на биполярном транзисторе с барьером Шоттки. 10. Дайте сравнительную характеристику простейшего ключа на биполярном транзисторе и ключа с барьером Шоттки. 11.
Как исключается насыщение транзисторов в переключателе тока? Чем обусловлено его высокое быстродействие? 12. Опишите принцип действия и основные характеристики МДП-транзисторного ключа с резистивной нагрузкой. 13. Почему МЦП-транзисторный ключ с динамической нагрузкой предпочтительнее ключа с резистивной нагрузкой? 14. Опишите принцип работы и характеристики ключа на комплементарных МДП-транзисторах. 16. Чем обусловлена инерционность МДП-транзисторных ключей? Какова роль емкости затвор-сток в переходных процессах? 16. Какие параметры характеризуют помехоустойчивость ключей? Проанализируйте простейший биполярный и МДП-транзисторный ключи с точки зрения помехоустойчивости.
17. Объясните происхождение и принцип действия бистабильной ячейки. 18. Сколько последовательных инвертирующих ключевых ячеек должно быть в кольцевой цепочке, чтобы она имела два устойчивых состояния? 19. Как осуществляется установка состояния триггера? Существуют ли ограничения на комбинации сигналов установки? 20. Опишите принцип работы и назначение триггера Шмитта. Что такое порог срабатывания и порог отпускания? Основы аналоговой схемотехники 9.1. Введение Общее представление об особенностях аналоговых схем было дано в разделе 8.2. Номенклатура аналоговых схем весьма обширная и разнообразная.
До зарождения микроэлектроники трудно было представить, что в области аналоговых схем можно найти небольшое число типовых структур, которые, подобно ключу и переключателю тока в цифровых схемах, послужили бы основой для всех или большинства остальных схем.
Однако с развитием микроэлектроники такие типовые структуры были найдены, и они кратко охарактеризованы в следующей главе. Усилители и раньше играли ведущую роль в аналоговой технике, выполняя самую распространенную функцию — усиление мощности слабых сигналов. В эпоху микроэлектроники эта роль стала еще более важной, поскольку основная разновидность аналоговых ИС вЂ” операционный усилитель способен выполнять самые разнообразные функции, отнюдь не только усилительные. Поэтому ниже усилителям уделено главное внимание. Усилители можно классифицировать по разным признакам. По полосе (диапазону) усиливаемых частот различают широкополоспьсе и узкополосные (избирательные) усилители. Важнейшей разновидностью широкополосных усилителей являются усилители постоянного тока, способные усиливать сигналы сколь угодно низкой частоты. По мощности различают маломощные и мощные усилители.
Особенностью мощных усилителей являются повышенные требования к коэффициенту полезного действия, т.е. мощность выходного сигнала должна быть соизмерима с мощностью, потребляемой от источника питания. По назначению различают линейные, логарифмические, дифференцирующие, электрометрические и другие усилители.
В дискретной транзисторной схемотехнике широкое распространение имела классификация усилителей по типу связей между отдельными узлами. Различали емкостную, трансформаторную, гальваническую (непосредственную) связи. Наибо- 9.2. Составные трананстарьг лее популярной была емкостная связь, с которой и начинали изучение усилителей. Однако в полупроводниковых ИС, как известно, осуществление конденсаторов связано с трудностями, а осуществление трансформаторов — невозможно.
Поэтому на первый план выдвинулись усилители с непосредственной связью каскадов. Поскольку непосредственная (безреактивная) связь обеспечивает усиление сколь угодно медленных сигналов, усилители с такой связью являются усилителями постоянного тока, которые уже упоминались выше. Эти усилители составляют основу интегральной аналоговой техники. 9.2.
Составные транзисторы Во многих аналоговых ИС применяются комбинации из нескольких (обычно двух) транзисторов, соединенных между собой так, что их можно рассматривать как единое целое — составной транзистор. Составные транзи- К стары обладают такими свойствами, которые трудно или невозможно получить «2 ~ в транзисторах с обычной структурой. в т1 3 Среди составных транзисторов наиболь- га ',Гм Т2 шее распространение имеет так называемая пара Дарлингтона (рис. 9.1). Ее главная особенность — исключительно большая величина коэффициента усиления (г, базового тока.
3 Действительно, из рис. 9.1 следует: Рнс. 9.1 Пара Дарлингтона 1аз = 1аг = (Вг + 1) 1с', 1а = Вг1а + В21аз. Подставляя значение 1 во второе равенство и деля обе части на 1с, получаем эквивалентный коэффициент усиления пары Дарлингтона: (9.1а) В - В, ~- В, + В,В,. Во всех практических случаях первые два члена в правой части несущественны и эквивалентный коэффициент усиления можно записать в виде (9.1б) В- В,В,.
333 Глава 9. Оеловы алвлоговой схемотехллкл Если составляющие В~ и Вз имеют значения 100 — 200„то расчетный коэффициент В составляет (1 — 4)10е. Примерно таким же будет и дифференциальный коэффициент усиления 0. Следует, однако, иметь в виду, что транзисторы в паре Дарлингтона работают при существенно отличающихся величинах эмиттерных токов: эмиттерный ток 1, превышает ток 1„примерно в Вз раз. Коэффициент усиления В биполярного транзистора сильно зависит от тока эмиттера. Если транзисторы Т1 и Т2 однотипны, условиям оптимальности тока для обоих транзисторов удовлетворить невозможно.
На практике для устранения этого противоречия в качестве транзистора Т2 используют структуру в виде параллельно включенных транзисторов, однотипных с Т1, число которых приблизительно равно В . В этом случае коэффициенты усиления Т1 и структуры Т2 равны, т.к.
все транзисторы работают при одинаковых токах эмиттера. В дискретной схемотехнике такой подход неприемлем, однако в интегральной схемотехнике — это типовой прием, обеспечивающий выравнивание токов. На рис. 9.2 показана схема еще одного составного транзистора, который можно назвать составным р — и — р-транзистором. В данном случае речь идет о соединении двух транзисторов разного типа: гй р-и — р и п-р — п. Направления резульв тз 1зз тирующих токов, как видно из рисунка, соответствуют транзистору р-л-л гз 1 , 'р — и — р-типа.
Что касается коэффици- 1 ента усиления, то он определяется выражением В = В, + ВзВз, которое прак- 9 3 Озетз ой тически совпаДает с выРажениЯми р-л-о-трзвзлезор (9.1) для пары Дарлингтона. Интегральные р — я — р-транзисторы уступают и-р-и транзисторам, в частности, по коэффициенту усиления В. В этом отношении составной р-и — р-транзистор обладает явными преимуществами, так как его коэффициент усиления превышает коэффициент усиления и — р — п-транзистора, входящего в состав схемы. Быстродействие составного транзистора такое же, как у составляющего р — л-р-транзистора, т.
е. хуже, чем у л-р-л-транзистора. 339 9.3. Стагнческнй режим простейшего уснлнтелн 9.3. Статический режим простейшего усилителя Усилители обычно состоят из нескольких однотипных элементарных ячеек, которые называют усилилгельнььми каскадами (или ступенями).
Усилительный каскад может содержать один, два и более транзисторов, т.е. сам по себе может представлять достаточно сложную схему. Однако каскад, даже сложный, нельзя разделить на более простые компоненты без утраты его специфических свойств. В этом смысле каскад и называют элементарной ячейкой усилителя. Схема и режим покоя. Простейший усилитель постоянного тока, выполненный на одном транзисторе, показан на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
