| Диоды шоттки

Активные элементы для быстродействующих и сверхскоростных ИС.

Диоды Шоттки.

а) б) в)

Транзисторы с диодами Шоттки.

Расчет и проектирование диодов

ВАХ диода представлена кривой 1 на рис.

>>1,

, где

и . Емкость Сб связано с накоплением зарядов вблизи перехода, а — с накоплением в областях, удаленных от перехода

ДТЛ – схемы.

Рис. Схема ДТЛ.

Рис. Схема ДТЛ со сложным инвертором.

Базовые логические схемы на биполярных транзисторах

Рис. Характеристики IE-VBE для ненасыщенного режима.

ТТЛ-схемы.

Двухвходовой вентиль И-НЕ с многоэмиттерным транзистором приведен на рис.

а)А=0; б)А=В=1; в)А=1; В=0;

падении напряжение на переходе; паразитное сопротивление базы Т1 ; , транзисторов Т1, Т2 считаются равными. — ку. потоку для обратного направления в Т1

Если же (в) один из входов имеет потенциал источника питания, а второй соединен с «землей», то токи и определяются как

; ,

, коэффициент усиления по току паразитного горизонтального транзистора, образованного двумя эмиттерными переходами и базой.

. Если в рис. (а)

а) б)

транзистор Т2 закрыт, то в схеме от источника питания через проходит ток и напряжение . Если транзистор Т2 открыт (рис. б), то через него проходит ток и напряжение

. Для того чтобы работал Т2 в области насыщения, необходимо, чтобы ток превышал ток коллектора Т2, где — ток базы Т2 и выполнялось условие

>, где — к. у. по току Т2; m – число эмиттеров в транзисторе первого каскада ( коэффициент объединения по входу)

Потребляемая мощность

на выходе

Среднее значение потребляемой мощности .

На базе ТТЛ-схем могут быть реализованы устройства с тремя состояниями (рис. )

ТТЛШ – схемы.

ЭСЛ-схемы.

D=A+B+C

Распределение токов в ЭСЛ – схеме

Откуда ;

; ;

Уравнение графически можно представить (рис.)

Непороговые логические схемы

И2Л – схемы.

На рис. представлены И2Л – структура и ее эквивалентная схема:

для коллекторного тока можно получить следующее выражение :

(А)

На рис. показана схема инвертора, полученного путем последовательного соединения двух И2Л – схем.

Вспомогательные элементы микросхем

Фигуры совмещения

Ключ –

Тестовые элементы —

Параметры логических интегральных микросхем. К параметрам логических ИМС относятся:

1)входное и выходное напряжения логической единицы и — значения высокого уровня напряжения на входе и выходе микросхемы;

2)входной и выходной токи логической единицы, входной и выходной токи логического нуля;

3)входное и выходное напряжение логического нуляи

4)логический перепад сигнала , пороговое напряжение

5)входное сопротивление логической ИМС – (различают и );

6)статическая помехоустойчивость

7)средняя потребляемая мощность ,

8)коэффициент объединения по входу

9)коэффициент разветвления по выходу Кразв,

Динамические параметры логических ИМС можно проиллюстрировать с помощью временных диаграмм входного и выходного напряжения при переключении микросхемы (рис.)

— время перехода из состояния логического нуля в состояние логической единицы, измеренное между уровнями 0,1 и 0,9 логического перепада сигнала;

— время задержки распространения сигнала при выключении микросхемы,

— время перехода из состояния логической единицы в состояние логического нуля, измеренное между уровнями 0,9 и 0,1 логического перепада сигнала;

— время задержки распространения сигнала при включении микросхемы,

Аналоговые ИС

Характеристики аналоговых ИМС

Для характеристики усилительных свойств используют коэффициенты усиления по напряжению по току или по мощности .

На рис. приведена нормированная АЧХ ; — номинальный КУ,

где амплитуды высших гармоник

Элементы аналоговых ИМС

1) 2) 3)

Выходные каскоды должны, строится таким образом, чтобы обеспечить высокое значение выходной мощности. Большой мощности в нагрузке можно достичь в двухтактном каскаде (рис. ).

Дифференциальные каскоды. Эквивалентная схема дифференциального усилителя (ДУ) приведена на рис.

Операционные усилители (ОУ).

Схема цепей ОС в ОУ

Инвертирующая Неинвертирующая

Передаточная характеристика инвертирующего ОУ определяется выражением

для неинвертирующего

Коэффициент усиления синфазного сигнала : .

Зависимость выходного напряжения от напряжения синфазного сигнала приведена на рис.

Конструкции элементов полупроводниковых микросхем

на МДП – транзисторах

Принципы работы и классификация МДП-транзисторов.

Со встроенным каналом -типа с индуцированным каналом

Вспомогательные элементы МДП-микросхем.

Охранные диоды

Охранные кольца.

Основные характеристики МДП-транзисторов

и их связь с конструктивно- технологическими параметрами

Основными для МДП-транзисторов являются стоковая характеристика при и стоко-затворная характеристика ) при .

Основные электрические параметры МДП-транзисторов: пороговое напряжение , крутизна , удельная крутизна , дифференциальное сопротивление канала , постоянная времени канала , входное сопротивление .

. Сопротивление канала зависит и от величины и , которые при заданном напряжении на затворе влияют на концентрацию носителей в канале.

(1)

удельная емкость затвора относительно канала. — удельная крутизна.

Конструкции МДП-транзисторов

с алюминиевой металлизацией

Конструкции МДП-транзисторов с затвором.

Основной тип МОП-инверторов. Базовая схема основного МОП – инвертора представлена на рис. совместно с этой схемой используют следующие нагрузки.

1,2,3 – пассивная нагрузка, 4 –активная нагрузка.

На рис. приведены характеристики переключательных элементов и характеристики пассивных нагрузочных элементов (по постоянному току). 1-нагрузка – полевой транзистор в режиме обогащения, 2 – нагрузка в виде резистора, 3 – нагрузка – полевой транзистор в режиме обеднения.

На рис. представлены характеристики (по постоянному току) активных нагрузочных элементов ( канальных МОП транзисторов) и переключательных МОП транзисторов. Перемещение рабочей точки пересечения обеих характеристик происходит по кривой, показанной пунктиром.

Потребляемая мощность МОП-инвертора.

В случае МОП-транзисторов, работающих в режимах обогащения/обеднения, ток при закрытом транзисторе практически равен нулю, и статической потребляемой мощностью в транзисторе можно пренебречь. Если транзистор открыт, то через него начинает проходить ток

, — пороговое — нижнего транзистора, где — коэффициент усиления полевого МОП транзистора и обычная потребляемая мощность составит

Аппроксимировав статические емкости двух полевых МОП-транзисторов, соединительных проводников и входа следующего каскада посредством конденсатора , как показано на рис. , можно рассчитать, что на одном

цикле зарядки потребляемая мощности, равная , откуда динамическое потребление мощности можно определить как , где — средняя частота переключения.

Итак, на один инвертор, выполненный на МОП транзисторах, работающих в режимах обогащения/обеднения, средняя потребляемая мощность составляет:

Тиристорный эффект «защелкивания» КМОП-структуры.

На рисунке в разрезе показан КМОП – инвертор. Сток нагрузочного канального МОП – транзистора и сток активного канального МОП-транзистора соединены металлическим проводником.

в инверторе формируется паразитная структура вида , показанная на рис.

Вентиль И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Схемы двух входовых вентилей И-НЕ представлены на рис.

Схемы двухвходовых вентилей ИЛИ-НЕ представлены на рис.

На транзисторах, работающих в На КМОП – транзисторах Обозначение на схеме

режимах обогащения/обеднения

Ключевая модель. . Ключ, выполненный

Ключевая модель полевого транзистора

на канальном полевом МОП транзисторе, можно рассматривать как реле, замыкающее контакты при подаче на управляющий вход напряжения логической 1 ( в случае канального полевого МОП транзистора замыкание происходило бы при подаче на вход напряжения логического 0). Последовательное сопротивление — это сопротивление открытого полевого МОП транзистора.