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
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
E=
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.
— при малых значениях
. Величина
пропорциональна
. Поэтому, нередко, на схеме вместо величины
указывают отношение
.
На рис. с помощью ключевой модели представлен вентиль, реализующий логическую функцию .
Вентили с тремя состояниями . Схемы вентилей с тремя состояниями в общем виде представлены на рис.
а ) б )
а ) б )
Управляющие вентили
а ) б )
На рис. представлена схема 2-1 – мультиплексора-демультиплексора
Функциональные устройства на МОП-структурах.
Регистры.
Базовая схема динамического регистра приведена на рис.
Последовательно соединив несколько регистров можно реализовать сдвиговый регистр (рис….)