ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.03.2024
Просмотров: 208
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
простейшего ДУ на биполярных транзисторах
Блародаря интегральной технологии, параметры элементов ДУ практически одинаковы. При одинаковых входных напряжениях токи транзисторов равны, падения напряжения на резисторах также равны и поэтому Uвых = 0. Если Uвх1 ≠ Uвх2, токи плеч неодинаковы и появляется некоторое Uвых ≠ 0. В общем случае
Uвых = Ku Uвх = Ku ( Uвх2 - Uвх1 ), (12),
Согласно (12) выходное напряжение ДУ пропорционально разности (дифференту) входных напряжений, с чем и связано происхождение названия такого усилителя.
При одинаковых (синфазных) Uвх1 и Uвх2 выходное напряжение остаётся равным нулю, т.е. ДУ нечувствителен к синфазным входным сигналам. Такими сигналами являются многие виды помех.
При подаче дифференциальных сигналов (напряжения равной величины, но противоположных знаков) их разность является входным сигналом ДУ
Uвх=ΔUб1-ΔUб2
В силу симметрии сигнал Uвх поделится поровну между обоими эмиттерными переходами: на одном из них напряжение увеличится на ½ Uвх, а на другом уменьшится на ту же величину. Приращение токов и коллекторных потенциалов в плечах ДУ будут одинаковыми по величине, но разного знака
Uвых=ΔUк1-ΔUк2
Свойства ДУ.
Реальному ДУ свойственен ряд неидеальностей. Одной из самых существенных является невозможность обеспечения абсолютного равенства параметров элементов ДУ: сопротивлений R, параметров транзисторов. Поэтому у реального ДУ
Uвых = Ku ( Uвх2 - Uвх1 ) ± Uсм , (13), где Uсм – напряжение смещения, обычно очень небольшое.
Аналогичными свойствами обладают ДУ на МДП транзисторах .
Электроёмкостью, или просто ёмкостью, называется способность различных объектов накапливать и сохранять электрические заряды.
Барьерной ёмкостью называют ёмкость таких объектов, в которых подвижные заряды сохраняются из-за отсутствия пути для их движения, т.е. для тока разряда, т.к. существует препятствие для этого тока (например, диэлектрический слой конденсатора или диэлектрический слой между металлом и полупроводником МДП-структуры; подобное препятствие образует также обеднённый слой полупроводника; концентрация подвижных носителей заряда в обеднённом полупроводнике может быть настолько малой, что он, как и диэлектрик, почти не проводит ток).
Сб = εε0S/w (16)
Диффузионной ёмкостью обладают объекты, в которых подвижные носители заряда диффундируют в некоторую полупроводниковую область и создают здесь диффузионный заряд.
Cдф = τIдф/φт , (17)
где φт = kT/q - термический потенциал.
В среднем, спустя время 2…3τ* большая часть носителей заряда погибает в результате рекомбинации с зарядами области, в которую они проникли. Поэтому диффузионный заряд и диффузионная ёмкость существуют пока происходит приток новых носителей, т.е. при Iдф ≠ 0 или пока в областях есть диффузионный заряд.
Импульсные свойства характеризуют реакцию транзисторного ключа на подачу на вход управляющего напряжения в виде импульса, вызывающего отпирание или запирание транзистора.
схемы простейших ключей на МДП и биполярном
транзисторах.
Временные диаграммы eвх изображены на рис. 44, а,б. Сток и коллектор транзисторов через сопротивление R подключены к источнику питания Eпит.
Хотя eвх изменяется скачкообразно, входное напряжение обоих ключей изменяется не мгновенно, так как требуется некоторое время на заряд входной ёмкости, рис. 44, в, г. Поэтому отпирание обоих транзисторов начинается с некоторой задержкой tз. В течение этого времени напряжения на затворе и базе достигают порогового напряжения U0 и примерного напряжения отпирания эмиттерного перехода U*. В течение времени нарастания tн завершается заряд Cвх, разряд Свых и другие переходные процессы.
Токи достигают предельных значений Iс.нас и Iк.нас, что характерно для режима насыщения, используемого в ключах, рис. 44 д,е.
Запирание транзисторов связано с разрядом Cвх и зарядом Свых. Кроме того, возвращение БТ в закрытое состояние сопровождается запаздыванием переходных процессов на время рассасывания tрасс. В течение этого времени БТ остаётся открытым из-за заряда неосновных носителей, накопившегося в базе в режиме насыщения. Этот заряд исчезает, «рассасывается» не мгновенно и в течение некоторого времени поддерживает ток экстракции.
Результатом переходных процессов является появление времён t10 и t01, которые требуются ключам на переход из состояния логической 1 в состояние логического 0 и наоборот, рис. 44 ж,з
Некоторые типы пассивных элементов могут быть изготовлены «заодно» с транзисторами,
что не потребует усложнения технологии.
На этом рисунке изображен фрагмент ИС на МДП-транзисторах, где одновременно с МДП-транзистором (слева) можно изготовить МДП- конденсатор (справа). Как и в обычном конденсаторе, верхней «обкладкой» является слой металла, изготавливаемый одновременно с металлическими контактами и затвором транзистора. Как и в обычном
конденсаторе, под верхней обкладкой расположен диэлектрический слой, в данном случае SiO2. Затем следует нижняя «обкладка» в виде n+-слоя, изготавливаемого заодно с истоком и стоком транзистора.
Ёмкость такого конденсатора, как и у обычного конденсатора, это барьерная ёмкость С: C = εε0S / d
В ИС на биполярных транзисторах можно, не усложняя технологию, изготовить так называемый диффузионныйрезистор. Здесь слева БТ, справа – резистор. Его рабочей частью является р-слой, изготавливаемый одновременно с базами БТ. Базовый слой выбран, как наименее легированный и наиболее высокоомный слой БТ. Как и у обычного резистора, сопротивление определяется свойствами токопроводящей части и её размерами: R = ρL / S
Размеры такого элемента, как и всех других элементов ИС, очень ограничены. Поэтому сопротивление диффузионного резистора не превышает десятков килоом, что чаще всего недостаточно много.
Название такого резистора связано с изготовлением его рабочей части с помощью диффузии примеси.
Блародаря интегральной технологии, параметры элементов ДУ практически одинаковы. При одинаковых входных напряжениях токи транзисторов равны, падения напряжения на резисторах также равны и поэтому Uвых = 0. Если Uвх1 ≠ Uвх2, токи плеч неодинаковы и появляется некоторое Uвых ≠ 0. В общем случае
Uвых = Ku Uвх = Ku ( Uвх2 - Uвх1 ), (12),
Согласно (12) выходное напряжение ДУ пропорционально разности (дифференту) входных напряжений, с чем и связано происхождение названия такого усилителя.
При одинаковых (синфазных) Uвх1 и Uвх2 выходное напряжение остаётся равным нулю, т.е. ДУ нечувствителен к синфазным входным сигналам. Такими сигналами являются многие виды помех.
При подаче дифференциальных сигналов (напряжения равной величины, но противоположных знаков) их разность является входным сигналом ДУ
Uвх=ΔUб1-ΔUб2
В силу симметрии сигнал Uвх поделится поровну между обоими эмиттерными переходами: на одном из них напряжение увеличится на ½ Uвх, а на другом уменьшится на ту же величину. Приращение токов и коллекторных потенциалов в плечах ДУ будут одинаковыми по величине, но разного знака
Uвых=ΔUк1-ΔUк2
Свойства ДУ.
-
В отсутствие Uвх электрический режим ДУ симметричен. Симметрию не нарушают изменение окружающей температуры и изменение питающего напряжения. В обоих случаях токи плеч изменяются. Но так как плечи одинаковые, изменения тоже одинаковы и симметрия сохраняется. -
Возможны дифференциальное, инвертирующее и неинвертирующее включения ДУ. На рис а представлено дифференциальное включение, соответствующее (12). На рис. б – инвертирующее включение, при котором выходное напряжение противофазно входному. На рис. в – неинвертирующее включение, при котором фазы входного и выходного напряжений совпадают.
-
Хотя в инвертирующем и неинвертирующем включениях сигнал подаётся только на один из входов, при этом «работают» оба транзистора ДУ. суммарный ток Т1 и Т2 стабилизирован ГСТ и всегда равен I0.
Реальному ДУ свойственен ряд неидеальностей. Одной из самых существенных является невозможность обеспечения абсолютного равенства параметров элементов ДУ: сопротивлений R, параметров транзисторов. Поэтому у реального ДУ
Uвых = Ku ( Uвх2 - Uвх1 ) ± Uсм , (13), где Uсм – напряжение смещения, обычно очень небольшое.
Аналогичными свойствами обладают ДУ на МДП транзисторах .
Восьмой билет
8.Барьерная и диффузионная ёмкость.
Электроёмкостью, или просто ёмкостью, называется способность различных объектов накапливать и сохранять электрические заряды.
Барьерной ёмкостью называют ёмкость таких объектов, в которых подвижные заряды сохраняются из-за отсутствия пути для их движения, т.е. для тока разряда, т.к. существует препятствие для этого тока (например, диэлектрический слой конденсатора или диэлектрический слой между металлом и полупроводником МДП-структуры; подобное препятствие образует также обеднённый слой полупроводника; концентрация подвижных носителей заряда в обеднённом полупроводнике может быть настолько малой, что он, как и диэлектрик, почти не проводит ток).
Сб = εε0S/w (16)
Диффузионной ёмкостью обладают объекты, в которых подвижные носители заряда диффундируют в некоторую полупроводниковую область и создают здесь диффузионный заряд.
Cдф = τIдф/φт , (17)
где φт = kT/q - термический потенциал.
В среднем, спустя время 2…3τ* большая часть носителей заряда погибает в результате рекомбинации с зарядами области, в которую они проникли. Поэтому диффузионный заряд и диффузионная ёмкость существуют пока происходит приток новых носителей, т.е. при Iдф ≠ 0 или пока в областях есть диффузионный заряд.
23. Импульсные свойства МДП и биполярных транзисторов. Временные диаграммы.
Импульсные свойства характеризуют реакцию транзисторного ключа на подачу на вход управляющего напряжения в виде импульса, вызывающего отпирание или запирание транзистора.
схемы простейших ключей на МДП и биполярном
транзисторах.
Временные диаграммы eвх изображены на рис. 44, а,б. Сток и коллектор транзисторов через сопротивление R подключены к источнику питания Eпит.
Хотя eвх изменяется скачкообразно, входное напряжение обоих ключей изменяется не мгновенно, так как требуется некоторое время на заряд входной ёмкости, рис. 44, в, г. Поэтому отпирание обоих транзисторов начинается с некоторой задержкой tз. В течение этого времени напряжения на затворе и базе достигают порогового напряжения U0 и примерного напряжения отпирания эмиттерного перехода U*. В течение времени нарастания tн завершается заряд Cвх, разряд Свых и другие переходные процессы.
Токи достигают предельных значений Iс.нас и Iк.нас, что характерно для режима насыщения, используемого в ключах, рис. 44 д,е.
Запирание транзисторов связано с разрядом Cвх и зарядом Свых. Кроме того, возвращение БТ в закрытое состояние сопровождается запаздыванием переходных процессов на время рассасывания tрасс. В течение этого времени БТ остаётся открытым из-за заряда неосновных носителей, накопившегося в базе в режиме насыщения. Этот заряд исчезает, «рассасывается» не мгновенно и в течение некоторого времени поддерживает ток экстракции.
Результатом переходных процессов является появление времён t10 и t01, которые требуются ключам на переход из состояния логической 1 в состояние логического 0 и наоборот, рис. 44 ж,з
38. Пассивные элементы интегральных схем.
Некоторые типы пассивных элементов могут быть изготовлены «заодно» с транзисторами,
что не потребует усложнения технологии.
На этом рисунке изображен фрагмент ИС на МДП-транзисторах, где одновременно с МДП-транзистором (слева) можно изготовить МДП- конденсатор (справа). Как и в обычном конденсаторе, верхней «обкладкой» является слой металла, изготавливаемый одновременно с металлическими контактами и затвором транзистора. Как и в обычном
конденсаторе, под верхней обкладкой расположен диэлектрический слой, в данном случае SiO2. Затем следует нижняя «обкладка» в виде n+-слоя, изготавливаемого заодно с истоком и стоком транзистора.
Ёмкость такого конденсатора, как и у обычного конденсатора, это барьерная ёмкость С: C = εε0S / d
В ИС на биполярных транзисторах можно, не усложняя технологию, изготовить так называемый диффузионныйрезистор. Здесь слева БТ, справа – резистор. Его рабочей частью является р-слой, изготавливаемый одновременно с базами БТ. Базовый слой выбран, как наименее легированный и наиболее высокоомный слой БТ. Как и у обычного резистора, сопротивление определяется свойствами токопроводящей части и её размерами: R = ρL / S
Размеры такого элемента, как и всех других элементов ИС, очень ограничены. Поэтому сопротивление диффузионного резистора не превышает десятков килоом, что чаще всего недостаточно много.
Название такого резистора связано с изготовлением его рабочей части с помощью диффузии примеси.
53. Операционный усилитель. Коэффициент усиления, входное и выходное сопротивление, частотные характеристики.