Файл: Первый билет Электрические свойства веществ. Полупроводники. Подвижные носители заряда в полупроводниках. Неподвижные заряды.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.03.2024
Просмотров: 29
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
От C
зк зависит времяотпирания и запирания транзистора, те. его импульсные и частотные свойства. Поэтому W и L должны быть минимизированы. Однако это противоречит обеспечению необходимого тока в канале с. В мощных МДП-транзисторах это противоречие разрешается увеличением W до нескольких метров, чем увеличивается площадь поперечного сечения канала и понижается плотность тока в нм. Примером мощного МДП-транзистора является транзистору которого I
c макс = 10 А, W = 2 м, L = 1 мкм. Проблема столь большой ширины канала в таких транзисторах решается изготовлением канала в форме меандра, рис. 24. Здесь изображены виды сверху на МДП-транзисторы с обычным (аи увеличенным (б) отношением W/L. Важным параметром является также удельная крутизна [А/В
2
]. Она характеризует усилительные свойства МДП транзистора – зависимость полезного выходного тока сот входного напряжения U
зи
. В первом приближении эта зависимость описывается двумя уравнениями с
= 0,5B(U
зи
- U
0
)
2
, при U
зи
>U
0
(открытое состояние)
(34) с
= 0, при U
зи
0
(закрытое состояние) Рис. 24 Очевидно, что ток в канале стем больше, чем больше коэффициент подвижности носителей в канале µ, его ширина W и проницаемость диэлектрика д. Естественно также, что с уменьшается с увеличением толщины диэлектрика d (слабеет поле) и увеличением длины канала (растёт его сопротивление. Поэтому
B = д (35) Главный коэффициент, характеризующий усиление электронных элементов и устройств – коэффициент усиления по мощностиК
р
= Р
вых
/Р
вх
. У МДП-транзисторов Кр может быть очень большим. Это связано стем, что вход транзистора, затвор отделён (изолирован) от канала диэлектрическим слоем. При постоянном входном напряжении U
зи входного тока з практически нет и Р
вх
= U
зи
I
з
≈ 0. Однако при переменном входном напряжении из-за наличия ёмкости затвор-канал появляется комплексный входной ток. Этот токи, следовательно, входная мощность тем больше, чем быстрее изменяется U
зи при отпираниях и запираниях транзистора или чем выше частота усиливаемого сигнала.
33. Фотолитография. Факторы, ограничивающие минимальный топологический размер Фотолитография — процесс избирательного травления поверхностного слоя оксида кремния с использованием защитной фотомаски с целью получения на поверхности подложки так называемой оксидной маски, которая используется для создания окон под избирательное легирование, а также контактных окон перед нанесением слоя металлизации. Фотолитография выполняется после окисления поверхности подложки и получения на ее поверхности защитной пленки оксида кремния. Процесс фотолитографии включает несколько этапов
- подготовка поверхности,
- нанесение фоторезиста,
- совмещение подложки и фотошаблона,
- экспонирование фоторезиста через фотошаблон,
- проявление фоторезиста,
- травление оксидного слоя в окнах фотомаски,
- удаление фотомаски. Минимальные размеры элементов в целом зависят от возможностей фотолитографического процесса, которые характеризуются тремя основными параметрами 1) минимальным размером элемента, надежно воспроизводимым на полупроводниковой пластине, которым оценивается разрешающая способность процесса 2) предельными отклонениями размеров элементов рисунка одного топологического слоя от номинальных 3) предельным смещением рисунка одного топологического слоя относительно предыдущего например, базового слоя относительно коллекторного, эмиттерного относительно базового и т. д. Все эти параметры имеют характер технологических ограничений и учитываются при определении размеров областей в планете. при топологическом расчете. Основной тенденцией развития литографических процессов является повышение разрешающей способности этапа экспонирования рисунка. Важнейшей причиной, ограничивающей минимальные размеры элементов при экспонировании через фотошаблон, является дифракция света. Поэтому стремятся использовать излучения с более короткими, чем световые, длинами волн (электронные, рентгеновские. В связи с этим все большее развитие получают электроно- и рентгенолитография.
48. Принципы построения интегральных схем запоминающих устройств Интегральная схема (микросхема) – микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования, обработки сигнала, накапливания информации и имеющее высокую плотность электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов, которые сточки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматриваются как единое целое. Интегральная схема — микроэлектронное устройство — электронная схема произвольной сложности кристалл, изготовленная на полупроводниковой подложке (пластине или плёнке) и помещённая в неразборный корпус или без такового в случае вхождения в состав микросборки. Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС) — ИС, заключённую в корпус. В тоже время выражение чип-компоненты означает компоненты для поверхностного монтажа (в отличие от компонентов для пайки в отверстия на плате. Технология изготовления Полупроводниковая микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены на одном полупроводниковом кристалле (например, кремния, германия, арсенида галлия.
Плёночная интегральная микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде плёнок: o толстоплёночная интегральная схема o тонкоплёночная интегральная схема. Гибридная микросхема (часто называемая микросборкой), содержит несколько бескорпусных диодов, бескорпусных транзисторов и(или) других электронных активных компонентов. Также микросборка может включать в себя бескорпусные интегральные микросхемы. Пассивные компоненты микросборки резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности) обычно изготавливаются методами тонкоплёночной или толстоплёночной технологий на общей, обычно керамической подложке гибридной микросхемы. Вся подложка с компонентами помещается в единый герметизированный корпус. Смешанная микросхема — кроме полупроводникового кристалла содержит тонкоплёночные
(толстоплёночные) пассивные элементы, размещённые на поверхности кристалла.
Четвертый билет Концентрация носителей заряда в собственном и примесном полупроводнике В собственных полупроводниках концентрации свободных электронов и дырок равны (собственная концентрация Однако для электронных элементов и интегральных схем необходимы полупроводники спр е обладанием свободных электронов тип) и с преобладанием дырок (р – тип. Их называют также полупроводниками с электронной и дырочной проводимостью. Чтобы получить полупроводник типа, в него при изготовлении кристалла добавляют донорную примесь. Атомы такой примеси имеют большую, чем сам полупроводник, валентность. Например, в кремний (число валентных электронов на внешней электронной оболочке равно 4) может быть добавлен фосфор (валентность5).Это означает, что в полупроводнике появятся избыточные электроны, не участвующие в образовании связей между атомами. Такие электроны легко становятся свободными, достигается преобладание свободных электронов[2].Преобладающие по количеству носители называются основными. Неосновных носителей обычно на несколько порядков меньше.
На рис изображена энергетическая диаграмма полупроводника типа Донорная примесь порождает разрешённые уровни в запрещённой зоне, вблизи дна зоны проводимости. Электроны с таким уровнем энергии становятся свободными при приобретении очень небольшой дополнительной энергии, энергии активации акт. Поэтому активация примеси происходит уже при низких температурах, когда термогенерация подвижных носителей самим полупроводником незначительна. Зависимость концентрации свободных электронов n от температуры Т приобретает вид рис. Участок 1 этой зависимости соответствует быстрому росту концентрации за счет активации примеси. Рост прекращается, когда будут активированы все атомы примеси (участок2).В области высоких температур рост возобновляется за счёт усиления термогенерации атомами самого полупроводника(участок3). На этом же рисунке показана экспоненциальная зависимость концентрации ni для собственного полупроводника. По сравнению с ним примесный полупроводник обладает большим достоинством – наличием обширного участка 2 с практически неизменной концентрацией и проводимостью в большом диапазоне температур T1
–T2. Выбирая концентрацию донорной примеси д при изготовлении можно получать желательные и стабильные параметры полупроводника в необходимом диапазоне температур. При этом обеспечивается соотношение
На рис изображена энергетическая диаграмма полупроводника типа Донорная примесь порождает разрешённые уровни в запрещённой зоне, вблизи дна зоны проводимости. Электроны с таким уровнем энергии становятся свободными при приобретении очень небольшой дополнительной энергии, энергии активации акт. Поэтому активация примеси происходит уже при низких температурах, когда термогенерация подвижных носителей самим полупроводником незначительна. Зависимость концентрации свободных электронов n от температуры Т приобретает вид рис. Участок 1 этой зависимости соответствует быстрому росту концентрации за счет активации примеси. Рост прекращается, когда будут активированы все атомы примеси (участок2).В области высоких температур рост возобновляется за счёт усиления термогенерации атомами самого полупроводника(участок3). На этом же рисунке показана экспоненциальная зависимость концентрации ni для собственного полупроводника. По сравнению с ним примесный полупроводник обладает большим достоинством – наличием обширного участка 2 с практически неизменной концентрацией и проводимостью в большом диапазоне температур T1
–T2. Выбирая концентрацию донорной примеси д при изготовлении можно получать желательные и стабильные параметры полупроводника в необходимом диапазоне температур. При этом обеспечивается соотношение
Аналогичные изменения происходят при добавлении акцепторной примеси для изготовления полупроводника р – типа. Такая примесь, например бор с валентностью имеет меньшую, чем кремний, валентность, что приводит к дефициту валентных электронов. Достигается преобладание дырок. Появление акцепторных атомов приводит к появлению разрешённых уровней в запрещённой зоне вблизи потолка валентной зоны Эти уровни легко заполняются валентными электронами, для чего требуется небольшая дополнительная энергия активации акт. Температурная зависимость концентрации дырок такая же, как и у полупроводника n – типа На термостабильном участке выполняется аналогичное(10)соотношение При утрате одного из пятивалентных электронов донорного атома он превращается в положительно заряженный ион. Суммарный заряд этого иона и порождённого донорным атомом свободного электрона равен нулю, полупроводник остаётся электрически нейтральным. Однако, если свободный электрон исчезнет, например в результате рекомбинации, заряд иона становится заметным, электрическая нейтральность нарушается. Такие ионы называются нескомпенсированными ионами донорной примеси. Каждый такой ион, как и дырка, имеет заряд +q, однако в отличие от дырки является неподвижным зарядом. Чем больше таких ионов, тем сильнее создаваемое ими электрическое поле, которое влияет на процессы в полупроводнике. Аналогично, при захвате акцепторным атомом недостающего валентного электрона, он превращается в отрицательно заряженный ион. Возникшая при этом дырка уравновешивает заряд иона, однако, если дырка исчезает из окрестности иона, ион становится нескомпенсированным ионом акцепторной примеси с зарядом –q. Суммарное электрическое поле таких ионов также влияет на процессы в полупроводнике. Для определения собственной концентрации заданного полупроводника при заданной температуре : где NC и NV эффективные плотности уровней в зоне проводимости и валентной зоне, З ширина запрещенной зоны, Т термический потенциал.
19.МДП транзистор с плавающим затвором
Арсенид-галлиевый полевой транзистор. Устройство МДП-транзистора с плавающим затвором изображено на рис.
19.МДП транзистор с плавающим затвором
Арсенид-галлиевый полевой транзистор. Устройство МДП-транзистора с плавающим затвором изображено на рис.
В таком транзисторе есть два металлических слоя, выполняющих функцию двух затворов. На верхний, обычный затвор, может быть подано внешнее напряжение Uзи в виде короткого импульса, рис. 31. Возникает электрическое поле, которое заряжает внутренний, плавающий затвор. В зависимости от знака поданного Uзи, заряд плавающего затвора будет + Q или –Q. Этот заряд, в свою очередь, создает вокруг себя электрическое поле, проникающее в полупроводник. При +Q в полупроводнике возникает режим инверсии. Образуется канал, транзистор открыт. При отрицательном Uзи плавающий затвор приобретает заряд. Канал исчезает (закрытое состояние. Главное свойство такого транзистора - заряд плавающего затвора не исчезает после отключения Uзи. Благодаря тому, что плавающий затвор со всех сторон окружён высококачественным диэлектриком, пути для тока разряда нет и заряд затвора сохраняется в течение нескольких лет. В течение этого же времени сохраняется открытое или закрытое состояние. Таким образом,
МДП-транзистор с плавающим затвором обладает свойствами ячейки памяти, способной хранить бит информации. Запись открытого состояния (условно единицы) осуществляется подачей на затвор короткого положительного импульса, рис. Стирание прежнего заряда и переход в закрытое состояние (запись нуля)осуществляется подачей короткого отрицательного импульса. МДП-транзисторы с плавающим затвором и их разновидности получили исключительно широкое распространение в современной электронике. На их использовании, в частности, основывается работа флеш-памяти.
34. Диффузия примесей, эпитаксия, напыление Диффузия примесей через окна в маске осуществляется диффузия примесей в полупроводник в необходимых местах. Для этого кремниевые пластины с будущими ИС помещают в так называемую диффузионную печь. В ней создается атмосфера, содержащая донорную или акцепторную примесь в газообразном состоянии при высокой температуре. Примесь проникает через окна в полупроводники превращает его в полупроводник n- или p- типа. Концентрация примеси в полупроводнике тем больше, чем больше температура и время такой обработки. Вероятность проникновения атомов примеси вглубь полупроводника уменьшается с увеличением расстояния от поверхности. Существенным недостатком операции диффузии является формирование неоднородных слоёв с убывающей с глубиной концентрацией примеси. Эпитаксия Однородные слои примесного полупроводника, в которых концентрация примеси одинакова по всей толщине примесного слоя, позволяет получить операция эпитаксия. Эпитаксия использует способность кристаллов расти, когда они захватывают, присоединяют к себе атомы такого же вещества из окружающей среды. Для этого кремниевую подложку помещают в атмосферу, содержащую газообразный атомарный кремний. Атомы кремния оседают на поверхности подложки в строгом порядке, повторяющем кристаллическую структуру подложки. Если в атмосферу газообразного кремния добавлена газообразная донорная или акцепторная примесь, наращенный слой будет полупроводником n- или p- типа. При неизменности условий эпитаксии будет неизменной и концентрация примеси во всем эпитаксиальном слое. Толщина эпитаксиального слоя, как ив случае диффузии примесей, тем больше, чем больше температура и время обработки подложки. Напыление При изготовлении ИС применяется также операция напыления самых различных веществ – металлов, диэлектриков, полупроводников. Для этого напыляемое вещество нагревается в вакууме до температуры испарения. Пары вещества, оседая на всех холодных поверхностях, например, на подложке, конденсируются, те. возвращаются в твёрдое состояние. Толщина напыленного слоя зависит, прежде всего, от длительности такой операции. С помощью напыления, в частности, создаются металлические плёнки, образующие контакты металл-полупроводник и проводники между элементами.
49. Ячейки памяти интегральных схем запоминающих устройств
Простейшей возможностью записи информации в матричное ЗУ является изготовление в местах пересечений проводников пережигаемых перемычек, рис. 35. Они выполняются в виде предельно тонкого проводника, изготовленного напылением металла на поверхность подложки. При программировании прошивке) такого ЗУ в соединительные цепочки подаётся ток, достаточный для теплового разрушения, пережигания перемычки. Если ток не подаётся, перемычка остаётся и обеспечивает соединение. Поскольку восстановить разрушенные перемычки нельзя, информацию в таком ЗУ обновить нельзя (постоянное запоминающее устройство, ПЗУ. Информация в нём сохраняется независимо от подачи энергии, поэтому такое ПЗУ энергонезависимое. В перепрограммируемых ЗУ, в том числе в флеш памяти, роль перемычки выполняет МДП транзистор с плавающим затвором, способный сохранять открытое или закрытое состояние. В оперативных ЗУ (ОЗУ) процессы записи и считывания должны быть предельно быстрыми.
МДП-транзистор с плавающим затвором обладает свойствами ячейки памяти, способной хранить бит информации. Запись открытого состояния (условно единицы) осуществляется подачей на затвор короткого положительного импульса, рис. Стирание прежнего заряда и переход в закрытое состояние (запись нуля)осуществляется подачей короткого отрицательного импульса. МДП-транзисторы с плавающим затвором и их разновидности получили исключительно широкое распространение в современной электронике. На их использовании, в частности, основывается работа флеш-памяти.
34. Диффузия примесей, эпитаксия, напыление Диффузия примесей через окна в маске осуществляется диффузия примесей в полупроводник в необходимых местах. Для этого кремниевые пластины с будущими ИС помещают в так называемую диффузионную печь. В ней создается атмосфера, содержащая донорную или акцепторную примесь в газообразном состоянии при высокой температуре. Примесь проникает через окна в полупроводники превращает его в полупроводник n- или p- типа. Концентрация примеси в полупроводнике тем больше, чем больше температура и время такой обработки. Вероятность проникновения атомов примеси вглубь полупроводника уменьшается с увеличением расстояния от поверхности. Существенным недостатком операции диффузии является формирование неоднородных слоёв с убывающей с глубиной концентрацией примеси. Эпитаксия Однородные слои примесного полупроводника, в которых концентрация примеси одинакова по всей толщине примесного слоя, позволяет получить операция эпитаксия. Эпитаксия использует способность кристаллов расти, когда они захватывают, присоединяют к себе атомы такого же вещества из окружающей среды. Для этого кремниевую подложку помещают в атмосферу, содержащую газообразный атомарный кремний. Атомы кремния оседают на поверхности подложки в строгом порядке, повторяющем кристаллическую структуру подложки. Если в атмосферу газообразного кремния добавлена газообразная донорная или акцепторная примесь, наращенный слой будет полупроводником n- или p- типа. При неизменности условий эпитаксии будет неизменной и концентрация примеси во всем эпитаксиальном слое. Толщина эпитаксиального слоя, как ив случае диффузии примесей, тем больше, чем больше температура и время обработки подложки. Напыление При изготовлении ИС применяется также операция напыления самых различных веществ – металлов, диэлектриков, полупроводников. Для этого напыляемое вещество нагревается в вакууме до температуры испарения. Пары вещества, оседая на всех холодных поверхностях, например, на подложке, конденсируются, те. возвращаются в твёрдое состояние. Толщина напыленного слоя зависит, прежде всего, от длительности такой операции. С помощью напыления, в частности, создаются металлические плёнки, образующие контакты металл-полупроводник и проводники между элементами.
49. Ячейки памяти интегральных схем запоминающих устройств
Простейшей возможностью записи информации в матричное ЗУ является изготовление в местах пересечений проводников пережигаемых перемычек, рис. 35. Они выполняются в виде предельно тонкого проводника, изготовленного напылением металла на поверхность подложки. При программировании прошивке) такого ЗУ в соединительные цепочки подаётся ток, достаточный для теплового разрушения, пережигания перемычки. Если ток не подаётся, перемычка остаётся и обеспечивает соединение. Поскольку восстановить разрушенные перемычки нельзя, информацию в таком ЗУ обновить нельзя (постоянное запоминающее устройство, ПЗУ. Информация в нём сохраняется независимо от подачи энергии, поэтому такое ПЗУ энергонезависимое. В перепрограммируемых ЗУ, в том числе в флеш памяти, роль перемычки выполняет МДП транзистор с плавающим затвором, способный сохранять открытое или закрытое состояние. В оперативных ЗУ (ОЗУ) процессы записи и считывания должны быть предельно быстрыми.
Наибольшее быстродействие ОЗУ обеспечивается при использовании бистабильных ячеек. На рис. 36 показана схема простейшей бистабильной ячейки на канальных МДП транзисторах. Здесь Т и Т – основные транзисторы ячейки, Т и Т выполняют функцию МДП- резисторов. Т открывает доступ к ячейке. При управляющем напряжении упр больше порогового напряжения Тон открывается, что делает возможным режим считывания или записи. Когда Т закрыт, обеспечивается режим хранения. Работа бистабильной ячейки основывается на использовании положительной обратной связи (ПОС. Пусть, например, в исходном состоянии Т закрыта Т открыт. При подаче через Т короткого положительного импульса (логической единицы) Т откроется, появившийся в нем ток создаст на Т значительное падение напряжения. В результате напряжение сток-исток Т резко упадёт. Это напряжение одновременно является напряжением затвор-исток Т. Поэтому Т закроется, его напряжение сток-исток резко возрастёт. Большое напряжение на выходе ячейки означает, что вне записана логическая единица. Как исходное, таки установившееся состояния являются абсолютно устойчивыми, чем обеспечивается хранение записанной информации. Изменить состояние можно будет только подачей в ячейку низкого напряжения (записью нуля. Благодаря ПОС процессы изменения состояния происходят очень быстро Пятый билет
5. Диффузионный и дрейфовый ток Дрейфовым током называется ток, обусловленный движением носителей заряда под действием электрического поля. В общем случае дрейфовый ток может иметь электронную и дырочную составляющие. Направленное движение носителей заряда может быть также результатом диффузии. Если происходит диффузия заряженных частиц, наблюдается направленное перемещение зарядов, те. возникает диффузионный ток Диффузионный ток невозможен в однородной среде, концентрация подвижных зарядов в которой везде одинакова, а также при нулевой абсолютной температуре. Плотности электронного и дырочного диффузионного токов, обусловленных диффузией свободных электронов и дырок
J
дф.n
= qD
n
dn/dx
J
дф.p
= - qD
p
dp/dx где D
n и D
p
– коэффициенты диффузии свободных электронов и дырок и dp/dx – градиенты концентрации свободных электронов и дырок. Коэффициенты диффузии, как и коэффициенты подвижности, характеризуют среднюю скорость движения свободных электронов и дырок. Она зависит от количества столкновений электронов с атомами кристаллической решётки, а также от температуры, поскольку с ростом температуры растет скорость хаотического теплового движения. Поэтому коэффициент диффузии пропорционален коэффициенту подвижности и
5. Диффузионный и дрейфовый ток Дрейфовым током называется ток, обусловленный движением носителей заряда под действием электрического поля. В общем случае дрейфовый ток может иметь электронную и дырочную составляющие. Направленное движение носителей заряда может быть также результатом диффузии. Если происходит диффузия заряженных частиц, наблюдается направленное перемещение зарядов, те. возникает диффузионный ток Диффузионный ток невозможен в однородной среде, концентрация подвижных зарядов в которой везде одинакова, а также при нулевой абсолютной температуре. Плотности электронного и дырочного диффузионного токов, обусловленных диффузией свободных электронов и дырок
J
дф.n
= qD
n
dn/dx
J
дф.p
= - qD
p
dp/dx где D
n и D
p
– коэффициенты диффузии свободных электронов и дырок и dp/dx – градиенты концентрации свободных электронов и дырок. Коэффициенты диффузии, как и коэффициенты подвижности, характеризуют среднюю скорость движения свободных электронов и дырок. Она зависит от количества столкновений электронов с атомами кристаллической решётки, а также от температуры, поскольку с ростом температуры растет скорость хаотического теплового движения. Поэтому коэффициент диффузии пропорционален коэффициенту подвижности и
температуре
D = μkT/q где k – постоянная Больцмана T – абсолютная температура. Градиент концентрации – это вектор, величина которого равна скорости увеличения или уменьшения концентрации в некотором направлении. В общем случае он указывает направление наискорейшего увеличения концентрации или наискорейшего её уменьшения (антиградиент). В формулах J
дф.n
= qD
n
dn/dx и J
дф.p
= - qD
p
dp/dx используются одномерные градиенты, учитывающие изменение концентрации в главном направлении x. На рисунке изображен образец полупроводника, в левой части p+ которого концентрация дырок больше, чем в правой части р. Ниже построены зависимости концентрации и градиента концентрации дырок от координаты x. В переходной области будет происходить диффузия дырок слева направо. В глубине областей, где полупроводник однороден, диффузии не будет. Дырки в образце движутся вдоль положительного направления x. Согласно J
дф.p
= - qD
p
dp/dx , отрицательный градиент образца дал бы отрицательное значение плотности тока и току, если бы это выражение не имело отрицательный знак.
20. Биполярный транзистор. Схемы включения. Режимы Биполярный транзистор является электронным элементом с двумя р переходами. Здесь изображён БТ со структурой р, хотя возможна, но менее распространена p
+
–n -p структура. В работе таких БТ принципиальных отличий нет. Области БТ получили следующие названия n
+
– эмиттер область, испускающая носители р – база и n (область справа) – коллектор (те. область, собирающая носители. Каждая область снабжена омическими контактами металл-полупроводник, служащими для подключения к внешним цепям. Названия внешних контактов такие же, как у областей – эмиттер, база, коллектор. P-n переход между эмиттером и базой получил название эмиттерный переход, между базой и коллектором – коллекторный переход.
D = μkT/q где k – постоянная Больцмана T – абсолютная температура. Градиент концентрации – это вектор, величина которого равна скорости увеличения или уменьшения концентрации в некотором направлении. В общем случае он указывает направление наискорейшего увеличения концентрации или наискорейшего её уменьшения (антиградиент). В формулах J
дф.n
= qD
n
dn/dx и J
дф.p
= - qD
p
dp/dx используются одномерные градиенты, учитывающие изменение концентрации в главном направлении x. На рисунке изображен образец полупроводника, в левой части p+ которого концентрация дырок больше, чем в правой части р. Ниже построены зависимости концентрации и градиента концентрации дырок от координаты x. В переходной области будет происходить диффузия дырок слева направо. В глубине областей, где полупроводник однороден, диффузии не будет. Дырки в образце движутся вдоль положительного направления x. Согласно J
дф.p
= - qD
p
dp/dx , отрицательный градиент образца дал бы отрицательное значение плотности тока и току, если бы это выражение не имело отрицательный знак.
20. Биполярный транзистор. Схемы включения. Режимы Биполярный транзистор является электронным элементом с двумя р переходами. Здесь изображён БТ со структурой р, хотя возможна, но менее распространена p
+
–n -p структура. В работе таких БТ принципиальных отличий нет. Области БТ получили следующие названия n
+
– эмиттер область, испускающая носители р – база и n (область справа) – коллектор (те. область, собирающая носители. Каждая область снабжена омическими контактами металл-полупроводник, служащими для подключения к внешним цепям. Названия внешних контактов такие же, как у областей – эмиттер, база, коллектор. P-n переход между эмиттером и базой получил название эмиттерный переход, между базой и коллектором – коллекторный переход.
Важнейшими особенностями конструкции являются
1) малая толщина базы, не более 0,5 мкм
2) малая концентрация примеси в базе, порядка 1016 см
3) большая концентрация примеси в эмиттере, до 1020 см. Только при соблюдении перечисленных условий БТ способен проявлять свои главные свойства усиливать электрические сигналы, а также работать в качестве ключа. Возможны четыре режима БТ:
1)
1) малая толщина базы, не более 0,5 мкм
2) малая концентрация примеси в базе, порядка 1016 см
3) большая концентрация примеси в эмиттере, до 1020 см. Только при соблюдении перечисленных условий БТ способен проявлять свои главные свойства усиливать электрические сигналы, а также работать в качестве ключа. Возможны четыре режима БТ:
1)
1 2 3 4 5 6 7 8
ЭП открыт, КП закрыт - активный, или усилительный режим. Единственный режим, в котором возможно неискажённое усиление сигналов
2) ЭП закрыт, КП закрыт – режим отсечки. Используется в ключе, закрытое состояние ключа
3) ЭП открыт, КП открыт – режим насыщения. Используется в ключе, открытое состояние ключа
4) ЭП закрыт, КП открыт – инверсный режим, обратный по отношению к активному режиму. Не используется, как неэффективный. Биполярный транзистор в схеме с общей базой Здесь база – общий электрод для входной и выходной цепи, ток которого является алгебраической суммой контурных входного и выходного токов. В открытом ЭП, благодаря прямому напряжению, снижаются к и потенциальный барьер и поэтому протекает большой диффузионный ток основных носителей э. При этом э имеет электронную э и дырочную э составляющие. Так как концентрация свободных электронов в эмиттере на несколько порядков больше, чем дырок в базе, э >> э. Поэтому в ЭП наблюдается практически односторонний диффузионный ток свободных электронов в базу, так называемая инжекция. Свободные электроны в базе являются неосновными носителями. Их больше вблизи ЭП, откуда они поступают, поэтому в базе возникает градиент концентрации dn/dw и неосновные носители диффундируют к КП. КП заперт напряжением U
кб
, поэтому его электрическое поле для неосновных носителей – ускоряющее. Благодаря этому они извлекаются из базы в коллектор (экстракция. Появляется полезный выходной ток I
к
Так как база тонкая и слаболегированная, при продвижении неосновных носителей через базу только небольшая их часть рекомбинирует с основными носителями базы (не более 1...2%). В противном случае наблюдалось бы значительное уменьшение выходного тока I
к
Рекомбинация в базе несколько уменьшает концентрацию её основных
носителей — дырок. Электрическая нейтральность базы нарушается, в ней образуется отрицательный заряд некомпенсированных ионов акцепторной примеси. Этот заряд создаёт так называемый рекомбинационный ток в выводе базы б рек. Еще одна составляющая тока базы легко обнаруживается при разорванной цепи эмиттера. Тока в ЭП и инжекции при этом нет. В КП протекает небольшой по величине обратный ток коллектора I
кб0
, создаваемый обратным напряжением U
кб
Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером При таком включении входным, управляющим током является самый маленький ток БТ – ток базы б, составляющий обычно 1...2 % от токов э и I
к
Поэтому усиление потоку достигает десятков – сотен раза усиление по мощности максимально.
35. Устройство и изготовление интегрального МДП транзистора. Устройство МДП-транзистора
МДП-структура содержит металлический слой, слой диэлектрика и слой полупроводника. Если используется самый распространённый полупроводник – кремний, то диэлектрик, как правило, двуокись кремния
SiO2. Такой диэлектрик на поверхности кремния легко создаётся путём его окисления. Диэлектрический слой всегда очень тонкий, что обеспечивает проникновение электрического поля в полупроводник при подаче на структуру внешнего напряжения U
вн
Полупроводник может быть как n, таки типа. МДП-структура дополнена двумя снабженными металлическими контактами островками n
+ типа, между которыми может возникать канал типа. Эти области называют стоком и истоком. Внутренние контакты с помощью обычных, омических контактов с металлом выведены на поверхность, что позволяет соединять их с внешними цепями. Благодаря высокой степени легирования, контакты обладают ничтожным сопротивлением. На рисунке изображён фрагмент подложки ИС с канальным МДП транзистором (интегральный МДП-транзистор).
кб0
, создаваемый обратным напряжением U
кб
Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером При таком включении входным, управляющим током является самый маленький ток БТ – ток базы б, составляющий обычно 1...2 % от токов э и I
к
Поэтому усиление потоку достигает десятков – сотен раза усиление по мощности максимально.
35. Устройство и изготовление интегрального МДП транзистора. Устройство МДП-транзистора
МДП-структура содержит металлический слой, слой диэлектрика и слой полупроводника. Если используется самый распространённый полупроводник – кремний, то диэлектрик, как правило, двуокись кремния
SiO2. Такой диэлектрик на поверхности кремния легко создаётся путём его окисления. Диэлектрический слой всегда очень тонкий, что обеспечивает проникновение электрического поля в полупроводник при подаче на структуру внешнего напряжения U
вн
Полупроводник может быть как n, таки типа. МДП-структура дополнена двумя снабженными металлическими контактами островками n
+ типа, между которыми может возникать канал типа. Эти области называют стоком и истоком. Внутренние контакты с помощью обычных, омических контактов с металлом выведены на поверхность, что позволяет соединять их с внешними цепями. Благодаря высокой степени легирования, контакты обладают ничтожным сопротивлением. На рисунке изображён фрагмент подложки ИС с канальным МДП транзистором (интегральный МДП-транзистор).
Для изготовления такого транзистора понадобится подложка из кремния р-типа (р. После создания диэлектрического защитного слоя из двуокиси кремния (SiO
2
) необходимо будет осуществить первую фотолитографию для вскрытия окон над будущими истоком истоком. Диффузия донорной примеси создаст под окнами островки n
+
- типа. Затем будет выполнено напыление сплошного металлического слоя. На него будет нанесён фоторезист для второй фотолитографии. Удаление незасвеченного фоторезиста обнажит лишний металл, где его можно будет удалить травлением кислотой. Особым растворителем удаляется засвеченный фоторезист, после чего изготовление транзистора и соединительных проводников будет завершено. Технология изготовления интегрального МДП-транзистора представлена здесь несколько упрощённо. Тем не менее, простота изготовления очевидна. Уже только то, что для изготовления интегрального
БТ понадобится до 5 – 6 фотолитографий, делает применение БТ в ИС невыгодным.
50. Особенности схемотехники аналоговых интегральных схем. Основной особенностью схемотехники аналоговых ИС (АИС) является использование аналоговых сигналов, описывающихся непрерывными функциями времени. У аналоговых устройств в каждый момент времени должно выполняться строгое соответствие между входными выходным сигналом. Например, в аудиоусилителе выходной сигнал пропорционален входному сигналу и нарушение этого соответствия воспринимается как искажение сигнала, вплоть до полной потери его разборчивости. Единственный режим транзисторов и других усилительных приборов, в котором аналоговое соответствие мгновенных значений сигналов возможно, это активный (усилительный) режим. Но ив этом режиме аналоговые сигналы подвергаются искажениям из-за нелинейности элементов, помех, изменения температуры и питающих напряжений и других дестабилизирующих факторов. Именно поэтому аналоговая электроника почти полностью вытеснена цифровой, сигналам которой свойственна высокая устойчивость к действию дестабилизирующих факторов. Указанная особенность заставляет применять в АИС исключительные меры по стабилизации напряжений, токов и режимов транзисторов. Так, в типичной АИС – операционном усилителе только 10 – 20% транзисторов выполняют основную функцию – усиление сигнала. Остальные транзисторы обеспечивают стабильность режимов и выполняют другие вспомогательные функции. Как ив ЦИС, в АИС практически не применяются L, C, R и другие элементы, неудобные для изготовления по интегральной технологии. В АИС широко используется сильная корреляция параметров интегральных элементов, которая позволяет снизить влияние отклонения
2
) необходимо будет осуществить первую фотолитографию для вскрытия окон над будущими истоком истоком. Диффузия донорной примеси создаст под окнами островки n
+
- типа. Затем будет выполнено напыление сплошного металлического слоя. На него будет нанесён фоторезист для второй фотолитографии. Удаление незасвеченного фоторезиста обнажит лишний металл, где его можно будет удалить травлением кислотой. Особым растворителем удаляется засвеченный фоторезист, после чего изготовление транзистора и соединительных проводников будет завершено. Технология изготовления интегрального МДП-транзистора представлена здесь несколько упрощённо. Тем не менее, простота изготовления очевидна. Уже только то, что для изготовления интегрального
БТ понадобится до 5 – 6 фотолитографий, делает применение БТ в ИС невыгодным.
50. Особенности схемотехники аналоговых интегральных схем. Основной особенностью схемотехники аналоговых ИС (АИС) является использование аналоговых сигналов, описывающихся непрерывными функциями времени. У аналоговых устройств в каждый момент времени должно выполняться строгое соответствие между входными выходным сигналом. Например, в аудиоусилителе выходной сигнал пропорционален входному сигналу и нарушение этого соответствия воспринимается как искажение сигнала, вплоть до полной потери его разборчивости. Единственный режим транзисторов и других усилительных приборов, в котором аналоговое соответствие мгновенных значений сигналов возможно, это активный (усилительный) режим. Но ив этом режиме аналоговые сигналы подвергаются искажениям из-за нелинейности элементов, помех, изменения температуры и питающих напряжений и других дестабилизирующих факторов. Именно поэтому аналоговая электроника почти полностью вытеснена цифровой, сигналам которой свойственна высокая устойчивость к действию дестабилизирующих факторов. Указанная особенность заставляет применять в АИС исключительные меры по стабилизации напряжений, токов и режимов транзисторов. Так, в типичной АИС – операционном усилителе только 10 – 20% транзисторов выполняют основную функцию – усиление сигнала. Остальные транзисторы обеспечивают стабильность режимов и выполняют другие вспомогательные функции. Как ив ЦИС, в АИС практически не применяются L, C, R и другие элементы, неудобные для изготовления по интегральной технологии. В АИС широко используется сильная корреляция параметров интегральных элементов, которая позволяет снизить влияние отклонения
параметров элементов от номинальных значений. Специфика АИС предопределила применение только нескольких типов хорошо зарекомендовавших себя узлов
1. Генератор стабильного тока
2. Токовое зеркало
3. Цепь сдвига уровня
4. Дифференциальный усилительный каскад. Шестой билет Контакты и структуры, используемые в электронике. M-n переход, p-n переход, МДП структура,
n-p-n и p-n-p структуры.
6) В электронике используются самые различные вещества – проводники, полупроводники, диэлектрики. Они образуют самые разнообразные контакты, в которых наблюдаются контактные явления. Многослойные контакты называют структурами. Примерами контактов являются контакты металлов, призванные беспрепятственно пропускать ток, контакт полупроводников p и типа (p-n переход. Примерами структур являются электрический конденсатор, в котором контактируют металл, диэлектрики снова металл (структура
МДМ),
МДП-структура, в которой контактируют металл, диэлектрики полупроводник. МДП-структура является основой самого распространённого электронного элемента нашего времени МДП транзистора.
m-n переход, контакт металл-полупроводник (m-n или m-p переход, относится к наиболее распространенным в электронике типам контактов. Чаще всего это обычный, омический контакт. Его сопротивление невелико, не зависит от знака и величины приложенного напряжения. Ток в омическом контакте связан с напряжением законом Ома. Такие контакты совершенно необходимы для электрического соединения элементов или их частей друг с другом. Контакт p и n полупроводников, или p-n переход, как и m-n переход, является одним из распространенных видов контактов, используемых в электронике. Его главным свойством является односторонняя проводимость, те. способность хорошо проводить ток только при одной полярности приложенного напряжения (прямое напряжение. При обратном напряжении ток на несколько порядков меньше. Как правило, одна из областей p-n перехода имеет намного более высокую концентрацию донорной примеси д или акцепторной примеси а. Область с большей концентрацией примесей называют также сильнолегированной областью, с меньшей–слаболегированной. Такие переходы называют асимметричными, их сильнолегированную область – эмиттером, слаболегированную – базой. Сильнолегированную область обозначают n + или p + Биполярный транзистор (в дальнейшем БТ) является электронным элементом с двумя р переходами(рис.34).
1. Генератор стабильного тока
2. Токовое зеркало
3. Цепь сдвига уровня
4. Дифференциальный усилительный каскад. Шестой билет Контакты и структуры, используемые в электронике. M-n переход, p-n переход, МДП структура,
n-p-n и p-n-p структуры.
6) В электронике используются самые различные вещества – проводники, полупроводники, диэлектрики. Они образуют самые разнообразные контакты, в которых наблюдаются контактные явления. Многослойные контакты называют структурами. Примерами контактов являются контакты металлов, призванные беспрепятственно пропускать ток, контакт полупроводников p и типа (p-n переход. Примерами структур являются электрический конденсатор, в котором контактируют металл, диэлектрики снова металл (структура
МДМ),
МДП-структура, в которой контактируют металл, диэлектрики полупроводник. МДП-структура является основой самого распространённого электронного элемента нашего времени МДП транзистора.
m-n переход, контакт металл-полупроводник (m-n или m-p переход, относится к наиболее распространенным в электронике типам контактов. Чаще всего это обычный, омический контакт. Его сопротивление невелико, не зависит от знака и величины приложенного напряжения. Ток в омическом контакте связан с напряжением законом Ома. Такие контакты совершенно необходимы для электрического соединения элементов или их частей друг с другом. Контакт p и n полупроводников, или p-n переход, как и m-n переход, является одним из распространенных видов контактов, используемых в электронике. Его главным свойством является односторонняя проводимость, те. способность хорошо проводить ток только при одной полярности приложенного напряжения (прямое напряжение. При обратном напряжении ток на несколько порядков меньше. Как правило, одна из областей p-n перехода имеет намного более высокую концентрацию донорной примеси д или акцепторной примеси а. Область с большей концентрацией примесей называют также сильнолегированной областью, с меньшей–слаболегированной. Такие переходы называют асимметричными, их сильнолегированную область – эмиттером, слаболегированную – базой. Сильнолегированную область обозначают n + или p + Биполярный транзистор (в дальнейшем БТ) является электронным элементом с двумя р переходами(рис.34).
Рис Здесь изображён БТ со структурой [2] хотя возможна, но менее распространена структура. В работе таких БТ принципиальных отличий нет. Области БТ получили следующие названия n
+
– эмиттер (область, испускающая носители р–база и n (нарис.34 – область справа) коллектор (те. область, собирающая носители. Каждая область снабжена омическими контактами металл полупроводник, служащими для подключения к внешним цепям. Названия внешних контактов такие же, как у областей – эмиттер, база, коллектор. P-n переход между эмиттером и базой получил название эмиттерный переход (ЭП), между базой и коллектором коллекторный переход (КП).
21. Схема с общей базой, схема с общим эмиттером. Соотношения токов, параметры и статические характеристики. Схема с общей базой Здесь база – общий электрод для входной и выходной цепи, ток которого является алгебраической суммой контурных входного и выходного токов. Соотношения токов Параметры В кремниевых транзисторах, наиболее распространённых сегодня, Iкб0 пренебрежимо мал. Поэтому
α=Iк/Iэ. Коэффициент передачи эмиттерного тока транзистора в схеме включения с общей базой α является важнейшим параметром БТ. Можно показать, что коэффициент усиления по мощности БТ с общей базой определяется выражением Где н – сопротивление нагрузки, включаемое в разрыв коллекторной цепи э -сопротивление открытого ЭП, обычно очень малое. Так как БТ в отношении нагрузки является источником тока сопротивление закрытого КП очень велико, н может на несколько порядков превышать э. Поэтому, К может достигать многих тысяч раз. На величину коэффициента усиления влияют следующие особенности конструкции. Качество работы ЭП характеризуется коэффициентом инжекции
+
– эмиттер (область, испускающая носители р–база и n (нарис.34 – область справа) коллектор (те. область, собирающая носители. Каждая область снабжена омическими контактами металл полупроводник, служащими для подключения к внешним цепям. Названия внешних контактов такие же, как у областей – эмиттер, база, коллектор. P-n переход между эмиттером и базой получил название эмиттерный переход (ЭП), между базой и коллектором коллекторный переход (КП).
21. Схема с общей базой, схема с общим эмиттером. Соотношения токов, параметры и статические характеристики. Схема с общей базой Здесь база – общий электрод для входной и выходной цепи, ток которого является алгебраической суммой контурных входного и выходного токов. Соотношения токов Параметры В кремниевых транзисторах, наиболее распространённых сегодня, Iкб0 пренебрежимо мал. Поэтому
α=Iк/Iэ. Коэффициент передачи эмиттерного тока транзистора в схеме включения с общей базой α является важнейшим параметром БТ. Можно показать, что коэффициент усиления по мощности БТ с общей базой определяется выражением Где н – сопротивление нагрузки, включаемое в разрыв коллекторной цепи э -сопротивление открытого ЭП, обычно очень малое. Так как БТ в отношении нагрузки является источником тока сопротивление закрытого КП очень велико, н может на несколько порядков превышать э. Поэтому, К может достигать многих тысяч раз. На величину коэффициента усиления влияют следующие особенности конструкции. Качество работы ЭП характеризуется коэффициентом инжекции
Качество процессов в базе характеризуется коэффициентом переноса К, который показывает, какая доля инжектированных в базу носителей избегает рекомбинации и достигает КП: Статические характеристики Общая база Входные характеристики БТ в схеме с общей базой – это зависимости Iэ(Uэб) при различных Uкб, те.
ВАХ эмиттерного перехода. Эти характеристики представляют интерес только при прямых входных напряжениях. Они близки к обычной для ВАХ p-n перехода экспоненте. Положение входной характеристики несколько зависит от выходного напряжения Uкб. При увеличении этого напряжения увеличивается толщина обедненного слоя
КП. Следовательно, уменьшается эффективная толщина базы w и возрастает градиент инжектированных вне свободных электронов dn/dw. Поэтому с ростом Uкб возрастает и диффузионный входной ток эффект Эрли). Выходные характеристики БТ в схеме с общей базой – это зависимости Iк(Uкб) при различных токах эмиттера, те. ВАХ коллекторного перехода. По форме они такие же, как обратная ветвь ВАХ p-n перехода, но смещены от нуля назначение тока, созданного за счет инжектированных из эмиттера в базу электронов. В отличие от ВАХ p-n перехода, их принято помещать в первом квадранте, те. в перевёрнутом виде. Выходные характеристики обычно изображают в виде семейства характеристик. Это позволяет графически отразить не только зависимость
Iк(Uкб), но и зависимость Iк(Iэ). По отношению к ВАХ p-n перехода выходные характеристики частично смещены в область прямых напряжений. Следовательно, к остаётся большим в отсутствие напряжения на КП и даже при небольших прямых напряжениях. Это объясняется тем, что экстракция неосновных
ВАХ эмиттерного перехода. Эти характеристики представляют интерес только при прямых входных напряжениях. Они близки к обычной для ВАХ p-n перехода экспоненте. Положение входной характеристики несколько зависит от выходного напряжения Uкб. При увеличении этого напряжения увеличивается толщина обедненного слоя
КП. Следовательно, уменьшается эффективная толщина базы w и возрастает градиент инжектированных вне свободных электронов dn/dw. Поэтому с ростом Uкб возрастает и диффузионный входной ток эффект Эрли). Выходные характеристики БТ в схеме с общей базой – это зависимости Iк(Uкб) при различных токах эмиттера, те. ВАХ коллекторного перехода. По форме они такие же, как обратная ветвь ВАХ p-n перехода, но смещены от нуля назначение тока, созданного за счет инжектированных из эмиттера в базу электронов. В отличие от ВАХ p-n перехода, их принято помещать в первом квадранте, те. в перевёрнутом виде. Выходные характеристики обычно изображают в виде семейства характеристик. Это позволяет графически отразить не только зависимость
Iк(Uкб), но и зависимость Iк(Iэ). По отношению к ВАХ p-n перехода выходные характеристики частично смещены в область прямых напряжений. Следовательно, к остаётся большим в отсутствие напряжения на КП и даже при небольших прямых напряжениях. Это объясняется тем, что экстракция неосновных
носителей из базы осуществляется собственным полем КП. И только при небольших прямых напряжениях, близких к к, ток в нём исчезает из-за встречного диффузионного тока КП. Общий эмиттер Входные характеристики. Входное напряжение в схеме с общим эмиттером UбЭ это напряжение на ЭП. Входной ток–это почти неизменная часть тока ЭП: б ≈ Iэ/β.Поэтому входные характеристики Рис в схеме с общим эмиттером отличаются только обратным проявлением эффекта Эрли, те. влиянием выходного напряжения Uкэ на входной ток б. Когда с ростом Uкэ КП расширяется, абаза сужается, б уменьшается из-за уменьшения рекомбинации. Входные характеристики смещаются вправо, а не влево, как в схеме с общей базой. Выходные характеристики схемы общим эмиттером. Выходной ток к, как ив схеме с общей базой – это ток КП. Выходное напряжение Uкэ — это напряжение на КП плюс напряжение на ЭП: Uкэ=Uкб+Uбэ. Поэтому выходные характеристики на величину Uбэ смещены вправо и целиком находятся в первом квадранте. Из-за того, что выходное напряжение частично приложено и к ЭП, выходные характеристики имеют также более значительный наклон.
36. Устройство и изготовление интегрального биполярного транзистора. В некоторых отношениях биполярные транзисторы превосходят МДП-транзисторы. Кроме того, сначала в
ИС использовались именно БТ. Поэтому, а также в силу инерции производства и рынка, ИС на основе БТ иногда ещё применяются (ИС на интегральных БТ). На рис. 10 изображён фрагмент подложки ИС с интегральным БТ наиболее распространённой структуры n- p-n. Очевидно, что изготовление такого транзистора потребует намного большего числа технологических операций (сравните с рис. 9).
36. Устройство и изготовление интегрального биполярного транзистора. В некоторых отношениях биполярные транзисторы превосходят МДП-транзисторы. Кроме того, сначала в
ИС использовались именно БТ. Поэтому, а также в силу инерции производства и рынка, ИС на основе БТ иногда ещё применяются (ИС на интегральных БТ). На рис. 10 изображён фрагмент подложки ИС с интегральным БТ наиболее распространённой структуры n- p-n. Очевидно, что изготовление такого транзистора потребует намного большего числа технологических операций (сравните с рис. 9).
Рис. 10 Самый глубокий слой в таком БТ – это так называемый скрытый слой, те. слой с высокой концентрацией примеси. Его нельзя создать диффузией примеси сверху. Поэтому изготовление БТ начинается с эпитаксии на поверхности подложки сплошного слоя. Затем на него наращивается будущий коллекторный слой. Эти два слоя потребуется разделить на отдельные островки со структурой n
+
- n, в каждом из которых будет сформирован БТ. Для разделения островков понадобится первая фотолитография итак называемая разделительная диффузия акцепторной примеси, которая превратит промежутки между островками в кремний р-типа. Для создания базы (р-слой) и эмиттера (слой) потребуются ещё две фотолитографии и диффузии. Завершается изготовление напылением сплошного металлического слоя, ещё одной фотолитографией и травлением лишнего металла.
51. Генератор стабильного тока, токовое зеркало, цепь сдвига уровня.
АИС – аналоговые интегральные схемы, использование аналоговых сигналов, описывающихся непрерывными функциями. Специфика АИС предопределила применение только нескольких типов хорошо зарекомендовавших себя узлов
1. Генератор стабильного тока
2. Токовое зеркало
3. Цепь сдвига уровня
4. Дифференциальный усилительный каскад. Генератор стабильного тока Стабилизация напряжения сравнительно просто осуществляется при использовании электрического пробоя p-n перехода (стабилитрон. В таком состоянии напряжение на переходе остаётся практически неизменным даже при больших изменениях тока. Более сложной задачей является стабилизация тока. Если стабильное напряжение обеспечивается элементами с вертикальной ВАХ (участок пробоя, то для стабилизации тока нужны элементы с горизонтальными ВАХ. Протяженными, почти горизонтальными участками ВАХ обладают выходные характеристики биполярного и МДП транзистора, рис. 37. Рис. 37 Поэтому основным типом генератора стабильного тока (ГСТ) является БТ или МДП транзисторы, включённые последовательно с цепью, в которой нужно стабилизировать ток (стабилизиремая цепь, СЦ на рис. 38 а,б,в). Величина стабилизируемого тока I
0 определяется режимом транзистора ГСТ, который задаётся входным током б в схеме с БТ или входным напряжением U
зи0
в схеме с МДП транзистором. На рис. 38, представлена простейшая схема задания режима ГСТ. Здесь R1, R2, R3 определяют входной ток БТ, а диод D компенсирует температурные изменения режима.
+
- n, в каждом из которых будет сформирован БТ. Для разделения островков понадобится первая фотолитография итак называемая разделительная диффузия акцепторной примеси, которая превратит промежутки между островками в кремний р-типа. Для создания базы (р-слой) и эмиттера (слой) потребуются ещё две фотолитографии и диффузии. Завершается изготовление напылением сплошного металлического слоя, ещё одной фотолитографией и травлением лишнего металла.
51. Генератор стабильного тока, токовое зеркало, цепь сдвига уровня.
АИС – аналоговые интегральные схемы, использование аналоговых сигналов, описывающихся непрерывными функциями. Специфика АИС предопределила применение только нескольких типов хорошо зарекомендовавших себя узлов
1. Генератор стабильного тока
2. Токовое зеркало
3. Цепь сдвига уровня
4. Дифференциальный усилительный каскад. Генератор стабильного тока Стабилизация напряжения сравнительно просто осуществляется при использовании электрического пробоя p-n перехода (стабилитрон. В таком состоянии напряжение на переходе остаётся практически неизменным даже при больших изменениях тока. Более сложной задачей является стабилизация тока. Если стабильное напряжение обеспечивается элементами с вертикальной ВАХ (участок пробоя, то для стабилизации тока нужны элементы с горизонтальными ВАХ. Протяженными, почти горизонтальными участками ВАХ обладают выходные характеристики биполярного и МДП транзистора, рис. 37. Рис. 37 Поэтому основным типом генератора стабильного тока (ГСТ) является БТ или МДП транзисторы, включённые последовательно с цепью, в которой нужно стабилизировать ток (стабилизиремая цепь, СЦ на рис. 38 а,б,в). Величина стабилизируемого тока I
0 определяется режимом транзистора ГСТ, который задаётся входным током б в схеме с БТ или входным напряжением U
зи0
в схеме с МДП транзистором. На рис. 38, представлена простейшая схема задания режима ГСТ. Здесь R1, R2, R3 определяют входной ток БТ, а диод D компенсирует температурные изменения режима.
Рис. 38, а,б,в Токовое зеркало В АИС нередко возникает задача создания одинаковых или пропорциональных друг другу токов сразу в нескольких стабилизируемых цепях СЦ, рис. 39. Её решением является применение схемы токовое зеркало. Рис. 39 В такой схеме необходимое значение I
0 задается сопротивлением R. При этому Т установится некоторое напряжение U
бэ0
. Так как все транзисторы схемы соединены участками база-эмиттер параллельно, такое же напряжение U
бэ0 установится у всех транзисторов схемы. Если транзисторы одинаковые, что легко обеспечивается при интегральной технологии изготовления, одинаковые режимы одинаковых транзисторов приведут к равенству токов всех СЦ требуемой величине I
0
. Таким образом, режимы ведомых транзисторов Т, Т, Т повторяют, отражают режим ведущего транзистора Т. С этими связано происхождение названия схемы. Если необходимо неединичное отношение n токов ведущего и ведомого транзисторов, их изготавливают неодинаковыми. При этом изменяют только площадь эмиттерного перехода БТ, что не приводит к усложнению изготовления ИС. Поскольку ток инжекции и выходной ток БТ пропорциональны площади эмиттерного перехода э, у любого ведомого БТ, например у Т, можно получить ток nI
0
, где n = э
/
S
э1
Аналогичные схемы применяются в МДП ИС.
0 задается сопротивлением R. При этому Т установится некоторое напряжение U
бэ0
. Так как все транзисторы схемы соединены участками база-эмиттер параллельно, такое же напряжение U
бэ0 установится у всех транзисторов схемы. Если транзисторы одинаковые, что легко обеспечивается при интегральной технологии изготовления, одинаковые режимы одинаковых транзисторов приведут к равенству токов всех СЦ требуемой величине I
0
. Таким образом, режимы ведомых транзисторов Т, Т, Т повторяют, отражают режим ведущего транзистора Т. С этими связано происхождение названия схемы. Если необходимо неединичное отношение n токов ведущего и ведомого транзисторов, их изготавливают неодинаковыми. При этом изменяют только площадь эмиттерного перехода БТ, что не приводит к усложнению изготовления ИС. Поскольку ток инжекции и выходной ток БТ пропорциональны площади эмиттерного перехода э, у любого ведомого БТ, например у Т, можно получить ток nI
0
, где n = э
/
S
э1
Аналогичные схемы применяются в МДП ИС.
Цепь сдвига уровня
АИС, как правило, имеют многокаскадную структуру. Включение усилительных каскадов один за другим позволяет получить любой желаемый коэффициент усиления
K
u
= Ku
1
∙ K
u2
∙ Ku
3
…. (11) Непосредственное подключение выхода одного каскада к входу следующего невозможно постоянное режимное) выходное напряжение каскадов, как правило, намного выше входного напряжения. Поэтому для соединения каскадов необходима некоторая цепь, отвечающая следующим требованиям
1) постоянные (режимные) напряжения на входе и выходе могут отличаться на любую желаемую величину. В типичном случае это отличие может составлять несколько Вольт
2) переменное напряжение (сигнал) должно передаваться от каскада к каскаду с возможно меньшим затуханием. Такая цепь получила название цепь сдвига уровня, ЦСУ. Е включение показано на рис. 40. На рис. 41 представлена типичная ЦСУ в АИС на биполярных транзисторах. Здесь цепочка диодов D1, D2,
… D
n создаёт необходимый Сдвиг уровня. Напряжение на переходах диодов – прямое, поэтому все они Рис. 40
АИС, как правило, имеют многокаскадную структуру. Включение усилительных каскадов один за другим позволяет получить любой желаемый коэффициент усиления
K
u
= Ku
1
∙ K
u2
∙ Ku
3
…. (11) Непосредственное подключение выхода одного каскада к входу следующего невозможно постоянное режимное) выходное напряжение каскадов, как правило, намного выше входного напряжения. Поэтому для соединения каскадов необходима некоторая цепь, отвечающая следующим требованиям
1) постоянные (режимные) напряжения на входе и выходе могут отличаться на любую желаемую величину. В типичном случае это отличие может составлять несколько Вольт
2) переменное напряжение (сигнал) должно передаваться от каскада к каскаду с возможно меньшим затуханием. Такая цепь получила название цепь сдвига уровня, ЦСУ. Е включение показано на рис. 40. На рис. 41 представлена типичная ЦСУ в АИС на биполярных транзисторах. Здесь цепочка диодов D1, D2,
… D
n создаёт необходимый Сдвиг уровня. Напряжение на переходах диодов – прямое, поэтому все они Рис. 40
Рис. 41 открыты. Напряжение U* на каждом из них составляет около 0,6…0,7 В. Ещё одно такое же напряжение возникает на открытом эмиттерном переходе вспомогательного транзистора Т. Поэтому полная разность напряжений на входе и выходе ЦСУ составляет (n+1) ∙U* Вольт. Этот сдвиг можно изменять, изменяя количество диодов. Такая схема отвечает и второму условию. Так как все p-n переходы ЦСУ открыты, они обладают малым дифференциальным сопротивлением (сопротивлением переменному току, те. сигналу. Седьмой билет
1 2 3 4 5 6 7 8
7. Контактная разность потенциалов, токи в контактах веществ в отсутствие внешнего напряжения. Равновесное состояние. На границе металлов, проводников и полупроводников веществ всегда возникает электрическое поле, сила которого характеризуется напряжённостью поля Е или, чаще, контактной разностью потенциалов кВ качестве примера рассмотрим контакт двух металлов Если металлы неодинаковы, неодинакова и сила этих потоков. В результате водной из приграничных областей концентрация свободных электронов увеличится (обогащение, в другой – уменьшится обеднение. Равенство по модулю положительных зарядов ядер и отрицательных зарядов электронов в этих областях нарушается, они приобретают заряд отрицательный в обогащенной области, положительный в обеднённой области. Эти заряды создают в приграничных областях электрическое поле с контактной разностью потенциалов к. Работа, которую надо совершить, для выхода электрона из металла, называется работой выхода. Численно она равна qφ, где φ – потенциал электрического поляна поверхности. Для металлов с работами выхода qφ1 и qφ2 контактная разность потенциалов определяется выражением
к = φ1 - φ2 (14) Электрическое поле в контакте может способствовать или препятствовать движению подвижных носителей заряда. Потому распространён термин потенциальный барьер, высота которого равна к.
Собственные токи в контактах Так как проводники и полупроводники способны проводить ток, в контактах между ними в отсутствие внешнего напряжения могут возникать токи. контакт полупроводников, отличающихся только концентрацией донорной примеси Здесь левая область, обозначенная как n+, обладает более высокой концентрацией примесей и основных носителей – свободных электронов. В таком контакте существуют условия для возникновения диффузии концентрация свободных электронов в n+ области больше, чем в n области, температура неравна нулю. Свободные электроны будут диффундировать из n+ области в n область (обозначены на рисунке кружками, стрелка указывает направление движения. Следовательно, в таком контакте существует диффузионный ток
Iдф. В n+ области, теряющей часть отрицательных зарядов, возникает обеднение и образуется положительный заряд нескомпенсированных ионов донорной примеси (обозначены квадратами. В n области, в результате обогащения возникает избыточный отрицательный заряд. Поэтому появляется собственное электрическое поле с контактной разностью потенциалов к. Это поле заставляет часть свободных электронов пересекать контакт в обратном направлении, те. порождает встречный дрейфовый ток др. Устанавливается равновесное состояние
Iдф = др (15) Токи равны и противоположны, поэтому тока во внешней цепи нет. Нарушение равновесия в отсутствие внешнего напряжения невозможно. Например, при возникновении преобладания Iдф из-за усиления диффузии увеличатся положительный и отрицательный заряд приграничных областей, усилится электрическое поле и возрастёт встречный др. Равновесие восстановится.
22. Инерционные свойства МДП и биполярных транзисторов. Уменьшение инерционности выбор типа полупроводника и размеров структур. Термины инерционные или динамические свойства транзисторов подразумевают их неспособность мгновенно реагировать на появление входного сигнала. Главной причиной инерционности любых электронных элементов является наличие в них ёмкостных или индуктивных, те. реактивных составляющих токов и напряжений. Паразитная ёмкость обратно пропорциональна, а индуктивность прямо пропорциональна длине пути тока в проводниках и слоях элементов. Поскольку длины проводников и толщины слоёв полупроводниковых элементов минимальны, для них более характерно влияние паразитной ёмкости. Основным паразитным реактивным параметром МДП-транзистора является ёмкость между затвором и каналом Cзк
Iдф. В n+ области, теряющей часть отрицательных зарядов, возникает обеднение и образуется положительный заряд нескомпенсированных ионов донорной примеси (обозначены квадратами. В n области, в результате обогащения возникает избыточный отрицательный заряд. Поэтому появляется собственное электрическое поле с контактной разностью потенциалов к. Это поле заставляет часть свободных электронов пересекать контакт в обратном направлении, те. порождает встречный дрейфовый ток др. Устанавливается равновесное состояние
Iдф = др (15) Токи равны и противоположны, поэтому тока во внешней цепи нет. Нарушение равновесия в отсутствие внешнего напряжения невозможно. Например, при возникновении преобладания Iдф из-за усиления диффузии увеличатся положительный и отрицательный заряд приграничных областей, усилится электрическое поле и возрастёт встречный др. Равновесие восстановится.
22. Инерционные свойства МДП и биполярных транзисторов. Уменьшение инерционности выбор типа полупроводника и размеров структур. Термины инерционные или динамические свойства транзисторов подразумевают их неспособность мгновенно реагировать на появление входного сигнала. Главной причиной инерционности любых электронных элементов является наличие в них ёмкостных или индуктивных, те. реактивных составляющих токов и напряжений. Паразитная ёмкость обратно пропорциональна, а индуктивность прямо пропорциональна длине пути тока в проводниках и слоях элементов. Поскольку длины проводников и толщины слоёв полупроводниковых элементов минимальны, для них более характерно влияние паразитной ёмкости. Основным паразитным реактивным параметром МДП-транзистора является ёмкость между затвором и каналом Cзк
Сложность учета влияния Cзк состоит в том, что эта ёмкость носит распределённый характер. На каждый элемент длины канала Δl приходится элемент сопротивления канала к и элемент ёмкости затвор-канал
ΔCзк. Анализ цепей с распределёнными параметрами осложняется тем, что в нём появляется ещё одна переменная – расстояние x. Простая эквивалентная схема с сосредоточенными параметрами. Здесь ёмкость ΔCзк условно отнесена к двум. Эти ёмкости, а также ёмкость между транзистором и окружающим его полупроводником п, стали основными параметрами, отражающими инерционные свойства МДП-транзистора Инерционные свойства БТ в значительной степени определяются ёмкостями его p-n переходов ЭП и КП. характер и величина ёмкости зависят от напряжений и токов переходов. Поэтому, наряду с величиной барьерной ёмкости ЭП и КП в отсутствие внешнего напряжения б, к основным параметрам инерционности относят коэффициент влияния m (б = кобра+ N
д
)/qN
а
N
д
]
m
)
Ещё один фактор инерционности БТ - относительно медленное перемещение инжектированных в базу носителей от ЭП к КП. Его влияние учитывается временем пролёта области базы, или просто временем пролета пр Чтобы уменьшить инерционность нужно выбрать полупроводник типа, так как электроны быстрее дырок, и уменьшить размеры структур для увеличения быстродействия Устройство и изготовление интегральных схем на комплементарных МДП транзисторах. Комплементарными называют такие пары объектов одного вида, некоторые свойства которых противоположны. Так, комплементарными являются n- и канальные МДП-транзисторы, биполярные транзисторы си структурами фрагмент ИС с комплементарными МДП- транзисторами Для изготовления такого транзистора понадобится подложка из кремния р-типа (р. Создание диэлектрического защитного слоя из двуокиси кремния (SiO2) Нанесение фоторезиста Наложение фотошаблона Засветка Удаление фотошаблона Фотолитография Смывка незасвеченного фоторезиста Травление SiO2 плавиковой кислотой Смывка засвеченного фоторезиста Диффузия донорной примеси для создания кармана
Ёмкость такого конденсатора, как и у обычного конденсатора, это барьерная ёмкость СВ ИС на биполярных транзисторах можно, не усложняя технологию, изготовить так называемый диффузионный резистор. 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. Операционными усилителями (ОУ) называется широкий класс усилителей постоянного тока с большим коэффициентом усиления, предназначенных для работы с глубокой обратной связью.
ОУ содержит 2 – 3, реже 4 дифференциальных усилительных каскада, включённых один за другим. Этим достигается практически неограниченная величина коэффициента усиления Ku, достигающая 10 6
раз. Наличие дифференциального входа позволяет применять дифференциальное, инвертирующее и неинвертирующее включения. Схемы всех трех перечисленных вариантов включения. Здесь используется одно из двух общепринятых условных обозначений ОУ. В них инвертирующий вход помечен знакомили обозначен кружком Идеальным ОУ называется усилитель, обладающий очень высокими или, как принято говорить, идеальными параметрами. Основные характеристики такого ОУ: коэффициент усиления бесконечно велик (К → ∞); полоса пропускания бесконечно велика (∆???? → ∞); входное сопротивление бесконечно велико (Rвх → ∞); выходное сопротивление бесконечно мало (Rвых → 0); выходное напряжение равно нулю при нулевом напряжении на входе.
ΔCзк. Анализ цепей с распределёнными параметрами осложняется тем, что в нём появляется ещё одна переменная – расстояние x. Простая эквивалентная схема с сосредоточенными параметрами. Здесь ёмкость ΔCзк условно отнесена к двум. Эти ёмкости, а также ёмкость между транзистором и окружающим его полупроводником п, стали основными параметрами, отражающими инерционные свойства МДП-транзистора Инерционные свойства БТ в значительной степени определяются ёмкостями его p-n переходов ЭП и КП. характер и величина ёмкости зависят от напряжений и токов переходов. Поэтому, наряду с величиной барьерной ёмкости ЭП и КП в отсутствие внешнего напряжения б, к основным параметрам инерционности относят коэффициент влияния m (б = кобра+ N
д
)/qN
а
N
д
]
m
)
Ещё один фактор инерционности БТ - относительно медленное перемещение инжектированных в базу носителей от ЭП к КП. Его влияние учитывается временем пролёта области базы, или просто временем пролета пр Чтобы уменьшить инерционность нужно выбрать полупроводник типа, так как электроны быстрее дырок, и уменьшить размеры структур для увеличения быстродействия Устройство и изготовление интегральных схем на комплементарных МДП транзисторах. Комплементарными называют такие пары объектов одного вида, некоторые свойства которых противоположны. Так, комплементарными являются n- и канальные МДП-транзисторы, биполярные транзисторы си структурами фрагмент ИС с комплементарными МДП- транзисторами Для изготовления такого транзистора понадобится подложка из кремния р-типа (р. Создание диэлектрического защитного слоя из двуокиси кремния (SiO2) Нанесение фоторезиста Наложение фотошаблона Засветка Удаление фотошаблона Фотолитография Смывка незасвеченного фоторезиста Травление SiO2 плавиковой кислотой Смывка засвеченного фоторезиста Диффузия донорной примеси для создания кармана
Фотолитография Диффузия донорной примеси для создания островков n+- типа Фотолитография Диффузия акцепторной примеси для создания островков р- типа Фотолитография Напыление сплошного металлического слоя. На него будет нанесён фоторезист для второй фотолитографии. Удаление незасвеченного фоторезиста обнажит лишний металл, где его можно будет удалить травлением кислотой
52. Дифференциальный усилительный каскад. Дифференциальная и синфазная составляющие входного сигнала. Для усиления сигналов в АИС применяются дифференциальные усилительные каскады (ДУ). Схема 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, те. 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 туже величину. Приращение токов и коллекторных потенциалов в плечах ДУ будут одинаковыми по величине, но разного знака
Uвых=ΔUк1-ΔUк2
52. Дифференциальный усилительный каскад. Дифференциальная и синфазная составляющие входного сигнала. Для усиления сигналов в АИС применяются дифференциальные усилительные каскады (ДУ). Схема 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, те. 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 туже величину. Приращение токов и коллекторных потенциалов в плечах ДУ будут одинаковыми по величине, но разного знака
Uвых=ΔUк1-ΔUк2
Свойства ДУ.
1. 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.
2. Возможны дифференциальное, инвертирующее и неинвертирующее включения ДУ. На риса 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.
3. Хотя в инвертирующем и неинвертирующем включениях сигнал подаётся только на один из входов, при этом работают оба транзистора ДУ. суммарный ток Т и Т 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 ) ± см , (13), где см – напряжение смещения, обычно очень небольшое. Аналогичными свойствами обладают ДУ на МДП транзисторах .
1. 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.
2. Возможны дифференциальное, инвертирующее и неинвертирующее включения ДУ. На риса 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.
3. Хотя в инвертирующем и неинвертирующем включениях сигнал подаётся только на один из входов, при этом работают оба транзистора ДУ. суммарный ток Т и Т 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 ) ± см , (13), где см – напряжение смещения, обычно очень небольшое. Аналогичными свойствами обладают ДУ на МДП транзисторах .
Восьмой билет 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, те. 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 т = 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 заряди диффузионная ёмкость существуют пока происходит приток новых носителей, те. 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. Стоки 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 з. В течение этого времени напряжения на затворе и базе достигают порогового напряжения U0 и примерного напряжения отпирания эмиттерного перехода U*. В течение времени нарастания н 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 де.
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, те. 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 т = 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 заряди диффузионная ёмкость существуют пока происходит приток новых носителей, те. 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. Стоки 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 з. В течение этого времени напряжения на затворе и базе достигают порогового напряжения U0 и примерного напряжения отпирания эмиттерного перехода U*. В течение времени нарастания н 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 де.
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 ив 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 ив обычном конденсаторе, верхней обкладкой является слой металла, изготавливаемый одновременно с металлическими контактами и затвором транзистора. Как ив обычном конденсаторе, под верхней обкладкой расположен диэлектрический слой, в данном случае SiO
2
. Затем следует нижняя обкладка в виде слоя, изготавливаемого заодно с истоком истоком транзистора.
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 ив обычном конденсаторе, верхней обкладкой является слой металла, изготавливаемый одновременно с металлическими контактами и затвором транзистора. Как ив обычном конденсаторе, под верхней обкладкой расположен диэлектрический слой, в данном случае SiO
2
. Затем следует нижняя обкладка в виде слоя, изготавливаемого заодно с истоком истоком транзистора.
Ёмкость такого конденсатора, как и у обычного конденсатора, это барьерная ёмкость СВ ИС на биполярных транзисторах можно, не усложняя технологию, изготовить так называемый диффузионный резистор. 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. Операционными усилителями (ОУ) называется широкий класс усилителей постоянного тока с большим коэффициентом усиления, предназначенных для работы с глубокой обратной связью.
ОУ содержит 2 – 3, реже 4 дифференциальных усилительных каскада, включённых один за другим. Этим достигается практически неограниченная величина коэффициента усиления Ku, достигающая 10 6
раз. Наличие дифференциального входа позволяет применять дифференциальное, инвертирующее и неинвертирующее включения. Схемы всех трех перечисленных вариантов включения. Здесь используется одно из двух общепринятых условных обозначений ОУ. В них инвертирующий вход помечен знакомили обозначен кружком Идеальным ОУ называется усилитель, обладающий очень высокими или, как принято говорить, идеальными параметрами. Основные характеристики такого ОУ: коэффициент усиления бесконечно велик (К → ∞); полоса пропускания бесконечно велика (∆???? → ∞); входное сопротивление бесконечно велико (Rвх → ∞); выходное сопротивление бесконечно мало (Rвых → 0); выходное напряжение равно нулю при нулевом напряжении на входе.
Коэффициент усиления ОУ определяется отношением изменения входного напряжения к вызвавшему его изменению напряжения между дифференциальными входами усилителя при разомкнутой цепи обратной связи. Коэффициент усиления ОУ без обратной связи зависит от сопротивления нагрузки, температуры окружающей среды, напряжения питания и др. Входное сопротивление. В зависимости от способа подачи входного сигнала в ОУ с дифференциальными входами различают дифференциальное входное сопротивление и входное сопротивление для синфазных сигналов. Дифференциальное входное сопротивление, те. сопротивление ОУ для входного сигнала, разность потенциалов которого приложена между дифференциальными входами ОУ, определяется величиной сопротивления между этими входами. Входное сопротивление для синфазного сигнала, те. сопротивление ОУ для входного напряжения, приложенного одновременно к обоим дифференциальным входам ОУ относительно земли, определяется сопротивлением между замкнутыми накоротко входами ОУ и заземляющей шиной. Выходное сопротивление – это сопротивление ОУ, измеренное со стороны подключения нагрузки. Величина выходного сопротивления определяет максимальную силу выходного тока независимо от вида нагрузки. Этот параметр особенно важен для ОУ с разомкнутым контуром обратной связи, например для компараторов. Полоса пропускания определяется видом частотной характеристики ОУ, те. зависимостью его усиления от частоты входного сигнала.
Полоса пропускания, ограниченная предельной частотой пр, расширяется во столько же раз, во сколько уменьшается коэффициент усиления. Девятый билет
9. Электрический и тепловой пробой в контактах и структурах. Пробоем называется резкое возрастание тока в диэлектрике или обеднённом полупроводнике при достижении напряжения на таких слоях значения напряжения пробоя пр
[2, 3, 6]. В допробойном состоянии, при |U| < пр, ток ничтожен, так как создаётся движением ничтожного количества подвижных носителей. Электрический пробой диэлектрического или обеднённого слоя возникает при превышении в нём напряжённости поля некоторой критической напряжённости Е
кр
. При этом напряжение необязательно большое, так как напряженность поля Е ≈ U/w будет большой и при малых напряжениях, если мала толщина слоя w. Типичным электрическим пробоем является лавинный пробой. При таком пробое сильное электрическое поле разгоняет свободные электроны до столь значительной скорости, что их кинетической энергии при соударениях с атомами диэлектрика или обеднённого полупроводника хватает для превращения валентных электронов атомов в свободные. Появляются новые свободные электроны, которые также разгоняются электрическим полем и соударяются с атомами. Концентрация свободных электронов и ток резко возрастают. Лавинный пробой считается обратимым, так как он исчезает приуменьшении напряжения на обеднённом слое.
Полоса пропускания, ограниченная предельной частотой пр, расширяется во столько же раз, во сколько уменьшается коэффициент усиления. Девятый билет
9. Электрический и тепловой пробой в контактах и структурах. Пробоем называется резкое возрастание тока в диэлектрике или обеднённом полупроводнике при достижении напряжения на таких слоях значения напряжения пробоя пр
[2, 3, 6]. В допробойном состоянии, при |U| < пр, ток ничтожен, так как создаётся движением ничтожного количества подвижных носителей. Электрический пробой диэлектрического или обеднённого слоя возникает при превышении в нём напряжённости поля некоторой критической напряжённости Е
кр
. При этом напряжение необязательно большое, так как напряженность поля Е ≈ U/w будет большой и при малых напряжениях, если мала толщина слоя w. Типичным электрическим пробоем является лавинный пробой. При таком пробое сильное электрическое поле разгоняет свободные электроны до столь значительной скорости, что их кинетической энергии при соударениях с атомами диэлектрика или обеднённого полупроводника хватает для превращения валентных электронов атомов в свободные. Появляются новые свободные электроны, которые также разгоняются электрическим полем и соударяются с атомами. Концентрация свободных электронов и ток резко возрастают. Лавинный пробой считается обратимым, так как он исчезает приуменьшении напряжения на обеднённом слое.
Тепловой пробой возникает, как правило, вслед за лавинным. Возросший при лавинном пробое ток увеличивает количество выделяющегося тепла, температура материала возрастает. В результате (если отводимая от материала мощность меньше рассеиваемой) усиливается термогенерация подвижных носителей, растёт их концентрация, ток становится ещё больше, температура ещё выше и т.д. Перегрев слоя приводит к его разрушению, поэтому тепловой пробой считается необратимым.
При лавинном пробое исчезает главное полезное свойство диэлектрического или обеднённого слоёв – низкая электропроводность, при тепловом эти слои вообще разрушаются.
24. Частотные свойства МДП и биполярных транзисторов. Частотные характеристики. Частотные свойства характеризуют способность транзисторов обеспечивать усиление аналоговых сигналов на различных частотах. Такие сигналы, в отличие от цифровых (дискретных) сигналов, чаще отображаются функциями частоты, а не функциями времени. Частотные свойства транзисторов обычно описываются их
амплитудно-частотными или фазочастотными характеристиками (АЧХ или ФЧХ). В качестве простейших усилителей на МДП и биполярных транзисторах можно рассматривать схемы на рис.
43. Принципиальным отличием аналоговых усилителей от ключей является использование активного (усилительного) режима, а не режимов отсечки и насыщения. Такой режим в рассматриваемых схемах способен обеспечивать входной источник. Создаваемое им входное напряжение должно содержать постоянную (режимную) составляющую напряжения на затворе или базе, необходимую для поддержания открытого состояния транзистора. Частотные свойства МДП транзисторов принято описывать частотной характеристикой комплексной крутизны S:
S = с / U
зи
= S
0
/ (1 + jω/ω
s
), (47) где S
0
– крутизна при ω = 0, ω
s
– предельная частота крутизны. Из (47) можно получить выражения для модуля и фазы комплексной крутизны, те. для АЧХ и ФЧХ:
|S| = S
0
/ (1 + [ω/ω
s
]
2
)
1/2
, (48) φ = - arctg ω/ω
s
(49) Согласно (48), при ω = ω
s
, |S| = S
0
/√2. В графическом виде АЧХ и ФЧХ МДП транзистора изображены на риса. а) б)
Рис. 46
ω
s даёт преувеличенное представление о частотных возможностях МДП транзистора. На самом деле его коэффициенты усиления по напряжению и по мощности начинают снижаться на намного более низких частотах. Главной причиной этого является наличие неустранимой ёмкости затвор-канал, что легко устанавливается методами компьютерного моделирования. Частотные свойства БТ обычно описываются комплексным коэффициентом передачи тока в схеме с общим эмиттером β:
β = к / б = β
0
/ (1 + jω/ω
β
)
(50) где β
0
– коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ при ω = 0, ω
β
– предельная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ.
При лавинном пробое исчезает главное полезное свойство диэлектрического или обеднённого слоёв – низкая электропроводность, при тепловом эти слои вообще разрушаются.
24. Частотные свойства МДП и биполярных транзисторов. Частотные характеристики. Частотные свойства характеризуют способность транзисторов обеспечивать усиление аналоговых сигналов на различных частотах. Такие сигналы, в отличие от цифровых (дискретных) сигналов, чаще отображаются функциями частоты, а не функциями времени. Частотные свойства транзисторов обычно описываются их
амплитудно-частотными или фазочастотными характеристиками (АЧХ или ФЧХ). В качестве простейших усилителей на МДП и биполярных транзисторах можно рассматривать схемы на рис.
43. Принципиальным отличием аналоговых усилителей от ключей является использование активного (усилительного) режима, а не режимов отсечки и насыщения. Такой режим в рассматриваемых схемах способен обеспечивать входной источник. Создаваемое им входное напряжение должно содержать постоянную (режимную) составляющую напряжения на затворе или базе, необходимую для поддержания открытого состояния транзистора. Частотные свойства МДП транзисторов принято описывать частотной характеристикой комплексной крутизны S:
S = с / U
зи
= S
0
/ (1 + jω/ω
s
), (47) где S
0
– крутизна при ω = 0, ω
s
– предельная частота крутизны. Из (47) можно получить выражения для модуля и фазы комплексной крутизны, те. для АЧХ и ФЧХ:
|S| = S
0
/ (1 + [ω/ω
s
]
2
)
1/2
, (48) φ = - arctg ω/ω
s
(49) Согласно (48), при ω = ω
s
, |S| = S
0
/√2. В графическом виде АЧХ и ФЧХ МДП транзистора изображены на риса. а) б)
Рис. 46
ω
s даёт преувеличенное представление о частотных возможностях МДП транзистора. На самом деле его коэффициенты усиления по напряжению и по мощности начинают снижаться на намного более низких частотах. Главной причиной этого является наличие неустранимой ёмкости затвор-канал, что легко устанавливается методами компьютерного моделирования. Частотные свойства БТ обычно описываются комплексным коэффициентом передачи тока в схеме с общим эмиттером β:
β = к / б = β
0
/ (1 + jω/ω
β
)
(50) где β
0
– коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ при ω = 0, ω
β
– предельная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ.
Из (50) можно получить выражения для модуля и фазы комплексного коэффициента β, те. для АЧХ и ФЧХ:
|β| = β
0
/ (1 + [ω/ω
β
]
2
)
1/2
(51),
φ = - arctg(ω/ω
β
)
(52)
АЧХ и ФЧХ БТ в схемах с ОЭ и ОБ изображены на рис. б. Для схемы с ОЭ применяется также понятие граничная частота коэффициента передачи тока гр. На этой частоте |β| = 1, те. усилительные свойства потоку полностью утрачиваются, хотя коэффициент передачи по мощности может быть больше 1 за счет усиления по напряжению. Реже используется схема с общей базой, усиление которой значительно меньше. В тоже время такое включение обеспечивает равномерное усиление и минимальный фазовый сдвиг в намного бóльшей полосе частот
|β| = β
0
/ (1 + [ω/ω
β
]
2
)
1/2
(51),
φ = - arctg(ω/ω
β
)
(52)
АЧХ и ФЧХ БТ в схемах с ОЭ и ОБ изображены на рис. б. Для схемы с ОЭ применяется также понятие граничная частота коэффициента передачи тока гр. На этой частоте |β| = 1, те. усилительные свойства потоку полностью утрачиваются, хотя коэффициент передачи по мощности может быть больше 1 за счет усиления по напряжению. Реже используется схема с общей базой, усиление которой значительно меньше. В тоже время такое включение обеспечивает равномерное усиление и минимальный фазовый сдвиг в намного бóльшей полосе частот
1 2 3 4 5 6 7 8
39. Роль и методы изоляции элементов интегральных схем. Роль Закрытый p-n переход идеальной изоляции не обеспечивает. В нём протекает небольшой обратный току перехода есть также некоторая барьерная ёмкость. То и другое должно учитываться при разработке ИС разработок топологии, способов изготовления фотошаблонов, совершенствования методов фотолитографии, способов и методов изоляции ИС. Методы изоляции
1. Изоляция обратно смещенным переходом.
2. Изоляция диэлектриком.
3. Комбинированные методы изоляции. Основным методом изоляции элементов от подложки является изоляция закрытыми p-n переходами. Поскольку внешние, граничащие с подложкой слои всех элементов являются полупроводником типа, а подложка – полупроводник р-типа, между элементами и подложкой существуют p-n переходы (см. рис. 8 – 12). Достаточно закрыть эти переходы подачей обратного напряжения, чтобы перевести их в закрытое состояние, в котором тока в переходе почти нет. На рис. 13 показано, как такая изоляция осуществляется в ИС с канальными МДП-транзисторами. Диоды здесь условно отображают существование p-n переходов между всеми частями транзистора и подложкой. Рис. 13 Принципиально возможна и диэлектрическая изоляция элементов ИС. Примером такой изоляции являются
ИС кремний на сапфире, рис. 14. Рис. 14 Синтетический сапфир, в отличие от драгоценного природного сапфира, относительно недороги довольно часто применяется в различных технических устройствах. Он является отличным кристаллическим диэлектриком, очень прочен, прозрачен, устойчив к самым разным воздействиям. Его отличительной особенностью является также идеальное совпадение параметров кристаллической решётки с параметрами решётки кремния.
Операционный усилитель с обратной связью. Формула Блэка.
Обобщённая схема усилителя с обратной связью представлена на рис. 46. Операционный усилитель (ОУ) – одна из наиболее распространённых АИС, которая примененяется как самостоятельная ИС таки в составе ИС с большой степенью интеграции. Широкое применение ОУ обусловлено их исключительной универсальностью. На ОУ могут быть построены разнообразные усилители, фильтры, корректоры
АЧХ и ФЧХ, преобразователи сигналов, генераторы сигналов различной формы. Она содержит усилитель с коэффициентом усиления по напряжению часть выходного сигнала которого возвращается на вход через цепь обратной связи с коэффициентом передачи β. Если обратная связь положительная ПОС, напряжение обратной связи U
oc во входном сумматоре складывается с входным напряжением U
вх
. Если обратная связь отрицательная (ООС), эти напряжения вычитаются. Коэффициент усиления усилителя с обратной связью K
uoc определяется формулой Блэка:
K
uoc
= K
u
/(1 ± β K
u
) Здесь знак «+» соответствует ООС, знак «-» соответствует ПОС. На рис. 47 представлены инвертирующая (аи неинвертирующая (б) схемы на ОУ с ООС. В обоих схемах R1 и R2 образуют делитель напряжения, через который сигнал с выхода передаётся на вход, те. осуществляется обратная связь. Очевидно, что в такой цепи β = R1/(R1 + R2). Согласно (14), в неинвертирующем включении
о
= K
u
/(1 + β K
u
) Так как у ОУ K
u
» 1 (до 10 6
), легко выполняется условие β K
u
» 1 и поэтому единицей в скобках можно пренебречь. Тогда
о
≈ K
u
/(β K
u
) = 1 / β = 1 + R2/R1 Десятый билет
10. Контакт металл-полупроводник. Диоды Шотки наиболее распространенным в электронике типам контактов. Чаще всего это обычный, омический контакт. Его сопротивление невелико, не зависит от знака и величины приложенного напряжения. Ток в омическом контакте связан с напряжением законом Ома. Такие контакты совершенно необходимы для электрического соединения элементов или их частей друг с другом. Некоторые металлы и полупроводники образуют так называемые контакты Шотки, обладающие односторонней проводимостью. При прямом напряжении пр они хорошо пропускают ток (открытое состояние, при обратном напряжении Uобр тока почти нет (закрытое состояние. Такие контакты используются в диодах Шотки и некоторых типах транзисторов. Характер контакта металл–полупроводник зависит от соотношения работ выхода контактирующего металлами полупроводника п. Если, например, q
м
q
п, будет преобладать поток свободных электронов из металла в полупроводник. При этом в m-n переходе в приграничной области полупроводника образуется избыток свободных электронов, те. обогащенный слой, риса. В таком виде в контакте свободные электроны имеются во всех его частях, и поэтому он обладает очень маленьким электрическим сопротивлением, те. является омическим контактом.
Обобщённая схема усилителя с обратной связью представлена на рис. 46. Операционный усилитель (ОУ) – одна из наиболее распространённых АИС, которая примененяется как самостоятельная ИС таки в составе ИС с большой степенью интеграции. Широкое применение ОУ обусловлено их исключительной универсальностью. На ОУ могут быть построены разнообразные усилители, фильтры, корректоры
АЧХ и ФЧХ, преобразователи сигналов, генераторы сигналов различной формы. Она содержит усилитель с коэффициентом усиления по напряжению часть выходного сигнала которого возвращается на вход через цепь обратной связи с коэффициентом передачи β. Если обратная связь положительная ПОС, напряжение обратной связи U
oc во входном сумматоре складывается с входным напряжением U
вх
. Если обратная связь отрицательная (ООС), эти напряжения вычитаются. Коэффициент усиления усилителя с обратной связью K
uoc определяется формулой Блэка:
K
uoc
= K
u
/(1 ± β K
u
) Здесь знак «+» соответствует ООС, знак «-» соответствует ПОС. На рис. 47 представлены инвертирующая (аи неинвертирующая (б) схемы на ОУ с ООС. В обоих схемах R1 и R2 образуют делитель напряжения, через который сигнал с выхода передаётся на вход, те. осуществляется обратная связь. Очевидно, что в такой цепи β = R1/(R1 + R2). Согласно (14), в неинвертирующем включении
о
= K
u
/(1 + β K
u
) Так как у ОУ K
u
» 1 (до 10 6
), легко выполняется условие β K
u
» 1 и поэтому единицей в скобках можно пренебречь. Тогда
о
≈ K
u
/(β K
u
) = 1 / β = 1 + R2/R1 Десятый билет
10. Контакт металл-полупроводник. Диоды Шотки наиболее распространенным в электронике типам контактов. Чаще всего это обычный, омический контакт. Его сопротивление невелико, не зависит от знака и величины приложенного напряжения. Ток в омическом контакте связан с напряжением законом Ома. Такие контакты совершенно необходимы для электрического соединения элементов или их частей друг с другом. Некоторые металлы и полупроводники образуют так называемые контакты Шотки, обладающие односторонней проводимостью. При прямом напряжении пр они хорошо пропускают ток (открытое состояние, при обратном напряжении Uобр тока почти нет (закрытое состояние. Такие контакты используются в диодах Шотки и некоторых типах транзисторов. Характер контакта металл–полупроводник зависит от соотношения работ выхода контактирующего металлами полупроводника п. Если, например, q
м
q
п, будет преобладать поток свободных электронов из металла в полупроводник. При этом в m-n переходе в приграничной области полупроводника образуется избыток свободных электронов, те. обогащенный слой, риса. В таком виде в контакте свободные электроны имеются во всех его частях, и поэтому он обладает очень маленьким электрическим сопротивлением, те. является омическим контактом.
а) б) Рис. 13
ВАХ омического контакта линейна. Его главным параметром является сопротивление R, которое должно быть минимальным. Оно определяется, главным образом, параметрами полупроводниковой области, сопротивление которой намного больше. Удельное сопротивление, зависит от концентрации носителей n и их подвижности µn: R =
ρL/S = L/ µnnS (18) Если м
п, в m-n переходе преобладает поток электронов из полупроводника в металл, рис. б. В области образуется обеднённый слой. Уменьшение концентрации свободных электронов в обеднённом слое приводит к появлению здесь положительного заряда нескомпенсированных ионов донорной примеси. Заряды в приграничных областях создают собственное электрическое поле с контактной разностью потенциалов к =
m – п (19) где к – контактная разность потенциалов в равновесном состоянии, те. в отсутствие внешнего напряжения. Чтобы получить открытое состояние контакта, необходимо подать на него прямое напряжение, плюс (больший потенциал) к m – области, минус (меньший потенциал) к n – области. Свободные электроны n – области начнут заполнять обеднённый слой, контактная разность потенциалов уменьшится, потенциальный барьер понизится к = к – пр (20) Распределение свободных электронов примет вид риса. Высокая концентрация свободных электронов во всех частях контакта обусловит протекание большого дрейфового тока, прямого тока пр. При обратном напряжении к = кобр) те. контактная разность потенциалов и потенциальный барьер возрастут. В обеднённом слое концентрация свободных электронов станет ещё меньше, сам слой расширится. Обратный ток Iобр будет ничтожным. Поэтому прим п m-n переход обладает односторонней проводимостью, те. является контактом Шотки. Аналогичная картина наблюдается в менее распространённом m-p контакте. Прим это контакт Шотки, прим омический контакт.
Вольт-амперные характеристики (ВАХ) омического контакта и контакта Шотки изображены на риса ирис. баб) Рис. 14
ВАХ контакта Шотки описывается формулой Шокли:
I = I0(eU/
T – 1), (22)
ВАХ омического контакта линейна. Его главным параметром является сопротивление R, которое должно быть минимальным. Оно определяется, главным образом, параметрами полупроводниковой области, сопротивление которой намного больше. Удельное сопротивление, зависит от концентрации носителей n и их подвижности µn: R =
ρL/S = L/ µnnS (18) Если м
п, в m-n переходе преобладает поток электронов из полупроводника в металл, рис. б. В области образуется обеднённый слой. Уменьшение концентрации свободных электронов в обеднённом слое приводит к появлению здесь положительного заряда нескомпенсированных ионов донорной примеси. Заряды в приграничных областях создают собственное электрическое поле с контактной разностью потенциалов к =
m – п (19) где к – контактная разность потенциалов в равновесном состоянии, те. в отсутствие внешнего напряжения. Чтобы получить открытое состояние контакта, необходимо подать на него прямое напряжение, плюс (больший потенциал) к m – области, минус (меньший потенциал) к n – области. Свободные электроны n – области начнут заполнять обеднённый слой, контактная разность потенциалов уменьшится, потенциальный барьер понизится к = к – пр (20) Распределение свободных электронов примет вид риса. Высокая концентрация свободных электронов во всех частях контакта обусловит протекание большого дрейфового тока, прямого тока пр. При обратном напряжении к = кобр) те. контактная разность потенциалов и потенциальный барьер возрастут. В обеднённом слое концентрация свободных электронов станет ещё меньше, сам слой расширится. Обратный ток Iобр будет ничтожным. Поэтому прим п m-n переход обладает односторонней проводимостью, те. является контактом Шотки. Аналогичная картина наблюдается в менее распространённом m-p контакте. Прим это контакт Шотки, прим омический контакт.
Вольт-амперные характеристики (ВАХ) омического контакта и контакта Шотки изображены на риса ирис. баб) Рис. 14
ВАХ контакта Шотки описывается формулой Шокли:
I = I0(eU/
T – 1), (22)
Термический потенциал
T при комнатной температуре составляет 0,025 В, а прямые напряжения составляют десятые доли В. Потому при прямых (положительных) напряжениях единицей в скобках в формуле (22) можно пренебречь и ВАХ в области прямых напряжений, так называемая прямая ветвь - экспоненциальная. Ток насыщения, или тепловой ток I0 при неизменной температуре – константа, определяющаяся конструкцией и материалом контакта, а также степенью легирования полупроводниковых областей. Является параметром контакта. Этот ток называют тепловым из-за сильной зависимости от температуры. В контактах металл-полупроводник и двух полупроводников этот ток обусловлен дрейфом неосновных носителей через внутреннее поле контакта, которое является для них ускоряющим. Поскольку неосновные носители в примесных полупроводниках появляются за счет генерации (в основном, термогенерации), то и величина этого тока зависит непосредственно от температуры. При обратных напряжениях протекает незначительный тока при обратных напряжениях, превышающих напряжение пробоя пр, возникает электрический пробой и ток резко возрастает. Важнейшими достоинствами диодов Шотки являются
- наименьшие по сравнению с другими диодами напряжения открытого состояния, в пределах 0,2…0,5 В. Это означает, что в диодах Шотки, по сравнению с другими диодами, при одинаковом прямом токе рассеиваемая мощность Pрасс =
UпрIпр меньше. Поэтому диоды Шотки отличаются меньшими тепловыми потерями
- в открытом состоянии ток в них дрейфовый, т.к. его диффузионная составляющая ничтожна. Поэтому у диодов Шотки нет диффузионной ёмкости, емкость чисто барьерная и небольшая, они отличаются высоким быстродействием.
25. Контакт проводник – вакуум. Термоэлектронная эмиссия. Электронные лампы. Проводник в вакууме также можно рассматривать как контакт двух веществ, точнее, двух сред. В таком контакте возникает явление термоэлектронной эмиссии. Термоэлектронная эмиссия, в дальнейшем просто эмиссия, является результатом обычной для контактов диффузии свободных электронов из металла (где их много) в окружающий вакуум (где их нет. Эмиссия тем интенсивней, чем меньше работа выхода из металла и чем выше температура. В простейшем электровакуумном приборе, диоде, вакуум создаётся в стеклянном, керамическом или металлическом баллоне. На условном обозначении диода он отображается кружком или овалом, рис. 48.
Рис. 48 Эмиссия возникает в контакте металла катода с окружающим вакуумом. При косвенном накале катод нагревается с помощью расположенной внутри него нити накала до нескольких сотен градусов, а при прямом накале ток проходит через катод и разогревает его. Для улучшения эмиссионных свойств или получения необходимого тока эмиссии э подбирают специальный металл (иногда полупроводник) катода с минимальной работой выхода или покрывают его специальным составом. На небольшом расстоянии от катода располагается второй электрод – анод. Если напряжение на аноде по отношению к катоду положительное, анод создаёт между катодом и анодом положительное электрическое поле. Это поле заставляет электроны двигаться от катода к аноду. Возникает анодный тока. При отрицательном напряжении на аноде этого тока нет, так как эмиссия свободных электронов происходит только с катода, и конвекционный ток не протекает. Отсюда односторонняя проводимость, как ив диодах на основе m-n и p-n переходов.
T при комнатной температуре составляет 0,025 В, а прямые напряжения составляют десятые доли В. Потому при прямых (положительных) напряжениях единицей в скобках в формуле (22) можно пренебречь и ВАХ в области прямых напряжений, так называемая прямая ветвь - экспоненциальная. Ток насыщения, или тепловой ток I0 при неизменной температуре – константа, определяющаяся конструкцией и материалом контакта, а также степенью легирования полупроводниковых областей. Является параметром контакта. Этот ток называют тепловым из-за сильной зависимости от температуры. В контактах металл-полупроводник и двух полупроводников этот ток обусловлен дрейфом неосновных носителей через внутреннее поле контакта, которое является для них ускоряющим. Поскольку неосновные носители в примесных полупроводниках появляются за счет генерации (в основном, термогенерации), то и величина этого тока зависит непосредственно от температуры. При обратных напряжениях протекает незначительный тока при обратных напряжениях, превышающих напряжение пробоя пр, возникает электрический пробой и ток резко возрастает. Важнейшими достоинствами диодов Шотки являются
- наименьшие по сравнению с другими диодами напряжения открытого состояния, в пределах 0,2…0,5 В. Это означает, что в диодах Шотки, по сравнению с другими диодами, при одинаковом прямом токе рассеиваемая мощность Pрасс =
UпрIпр меньше. Поэтому диоды Шотки отличаются меньшими тепловыми потерями
- в открытом состоянии ток в них дрейфовый, т.к. его диффузионная составляющая ничтожна. Поэтому у диодов Шотки нет диффузионной ёмкости, емкость чисто барьерная и небольшая, они отличаются высоким быстродействием.
25. Контакт проводник – вакуум. Термоэлектронная эмиссия. Электронные лампы. Проводник в вакууме также можно рассматривать как контакт двух веществ, точнее, двух сред. В таком контакте возникает явление термоэлектронной эмиссии. Термоэлектронная эмиссия, в дальнейшем просто эмиссия, является результатом обычной для контактов диффузии свободных электронов из металла (где их много) в окружающий вакуум (где их нет. Эмиссия тем интенсивней, чем меньше работа выхода из металла и чем выше температура. В простейшем электровакуумном приборе, диоде, вакуум создаётся в стеклянном, керамическом или металлическом баллоне. На условном обозначении диода он отображается кружком или овалом, рис. 48.
Рис. 48 Эмиссия возникает в контакте металла катода с окружающим вакуумом. При косвенном накале катод нагревается с помощью расположенной внутри него нити накала до нескольких сотен градусов, а при прямом накале ток проходит через катод и разогревает его. Для улучшения эмиссионных свойств или получения необходимого тока эмиссии э подбирают специальный металл (иногда полупроводник) катода с минимальной работой выхода или покрывают его специальным составом. На небольшом расстоянии от катода располагается второй электрод – анод. Если напряжение на аноде по отношению к катоду положительное, анод создаёт между катодом и анодом положительное электрическое поле. Это поле заставляет электроны двигаться от катода к аноду. Возникает анодный тока. При отрицательном напряжении на аноде этого тока нет, так как эмиссия свободных электронов происходит только с катода, и конвекционный ток не протекает. Отсюда односторонняя проводимость, как ив диодах на основе m-n и p-n переходов.
В электровакуумном триоде (рис. 49) имеется ещё один электрод –
Рис. 49 управляющая сетка – сетчатый электрод, расположенный между катодом и анодом. Через просветы в сетке могут пролетать электроны. На управляющую сетку подаётся напряжение входного сигнала uвх и постоянное напряжение смещения от источника Ес. Суммарное напряжение на сетке uc = uвх + Ес, как правило, небольшое и отрицательное. При этом электроны не перехватываются сеткой и сеточного тока нет. В противном случае, при положительном uc, наблюдается захват сеткой части электронов из потока, идущего от катода к аноду. В результате появляется сеточный ток, растёт потребление мощности от источника сигнала, уменьшается коэффициент усиления по мощности. Уменьшается также полезный выходной тока. Расположение сетки, её густота, величины сеточного и анодного напряжения таковы, что суммарное поле сетки и анода вблизи катода положительное и возникает значительный а. В тоже время поле сетки сильно влияет на величину а т.к. она расположена намного ближе к катоду и эффективно управляет потоком электронов. В результате, из-за отсутствия или малости входного (сеточного) тока мощность источника сигнала ничтожна по сравнению с мощностью, выделяемой в нагрузке Рн = ан. Следовательно, лампа обладает большим коффициентом усиления по мощности. С ростом отрицательного напряжения на сетке суммарное поле у катода ослабевает. Это вызывает уменьшение тока анода а. При достаточно большом отрицательном напряжении на сетке uC ток анода а исчезает (режим отсечки. Электрические свойства триода хорошо отражает семейство анодных характеристик – зависимостей а от Ua при различных напряжениях на управляющей сетке с. Типичное триода изображено На рис. 50 изображено семейство анодных характеристик пентода, у которого соединены электрически все три сетки. По анодным характеристикам хорошо видно, что влияние сеточного Рис. 50 напряжения на анодный ток намного сильнее, чем влияние анодного напряжения. Так, изменение напряжения на управляющей сетке с -3 В до -6 В при неизменном Ua = 100 В уменьшит а на 14 мА. В тоже время для изменения а на
4 мА потребуется приращение Δ Ua = 200 В. Лампас двумя сетками, тес четырьмя электродами, называется тетрод, стремя сетками – пентод. В таких лампах имеются дополнительные сетки, улучшающие электрические свойства. Наряду со статическими характеристиками для описания свойств ламп используется следующие три дифференциальных (малосигнальных) параметра. Это крутизна анодно-сеточной характеристики S = а / dUc , внутреннее сопротивление Ri = а а, коэффициент усиления по напряжению
= а / dUc . Все три параметра определяются при неизменности остальных токов и напряжений [1]. Из приведённых формул следует
= SRi
Рис. 49 управляющая сетка – сетчатый электрод, расположенный между катодом и анодом. Через просветы в сетке могут пролетать электроны. На управляющую сетку подаётся напряжение входного сигнала uвх и постоянное напряжение смещения от источника Ес. Суммарное напряжение на сетке uc = uвх + Ес, как правило, небольшое и отрицательное. При этом электроны не перехватываются сеткой и сеточного тока нет. В противном случае, при положительном uc, наблюдается захват сеткой части электронов из потока, идущего от катода к аноду. В результате появляется сеточный ток, растёт потребление мощности от источника сигнала, уменьшается коэффициент усиления по мощности. Уменьшается также полезный выходной тока. Расположение сетки, её густота, величины сеточного и анодного напряжения таковы, что суммарное поле сетки и анода вблизи катода положительное и возникает значительный а. В тоже время поле сетки сильно влияет на величину а т.к. она расположена намного ближе к катоду и эффективно управляет потоком электронов. В результате, из-за отсутствия или малости входного (сеточного) тока мощность источника сигнала ничтожна по сравнению с мощностью, выделяемой в нагрузке Рн = ан. Следовательно, лампа обладает большим коффициентом усиления по мощности. С ростом отрицательного напряжения на сетке суммарное поле у катода ослабевает. Это вызывает уменьшение тока анода а. При достаточно большом отрицательном напряжении на сетке uC ток анода а исчезает (режим отсечки. Электрические свойства триода хорошо отражает семейство анодных характеристик – зависимостей а от Ua при различных напряжениях на управляющей сетке с. Типичное триода изображено На рис. 50 изображено семейство анодных характеристик пентода, у которого соединены электрически все три сетки. По анодным характеристикам хорошо видно, что влияние сеточного Рис. 50 напряжения на анодный ток намного сильнее, чем влияние анодного напряжения. Так, изменение напряжения на управляющей сетке с -3 В до -6 В при неизменном Ua = 100 В уменьшит а на 14 мА. В тоже время для изменения а на
4 мА потребуется приращение Δ Ua = 200 В. Лампас двумя сетками, тес четырьмя электродами, называется тетрод, стремя сетками – пентод. В таких лампах имеются дополнительные сетки, улучшающие электрические свойства. Наряду со статическими характеристиками для описания свойств ламп используется следующие три дифференциальных (малосигнальных) параметра. Это крутизна анодно-сеточной характеристики S = а / dUc , внутреннее сопротивление Ri = а а, коэффициент усиления по напряжению
= а / dUc . Все три параметра определяются при неизменности остальных токов и напряжений [1]. Из приведённых формул следует
= SRi
40. Корреляция параметров элементов интегральных схем. Важнейшим общим свойством элементов ИС всех типов является сильная корреляция параметров. Функция корреляции – отражает степень близости случайных величин или функций. Так, типичной случайной функцией времени является уличная температура. В Москве и Подмосковье она отличается незначительно (сильная корреляция, в Москве ив какой-нибудь удалённой точке земного шара эти температуры могут отличаться очень сильно (корреляция близка к нулю. Параметры любых созданных человеком объектов, в том числе, параметры элементов ИС – это всегда случайные величины. Реальные параметры всегда, пусть незначительно, отличаются от идеальных из-за погрешностей производства. ВИС эти отличия обусловлены, в частности, несовпадением толщины слоёв полупроводника в изготовленных элементах с идеальными заданными значениями толщины. ИС создаются на основе принципа группового изготовления, те. изготавливаются сразу все элементы ИС. Поэтому погрешности технологических операций скажутся на отклонении толщин слови параметров всех элементов одинаково. Их параметры будут отличаться от идеала на один и тот же процент (сильная корреляция. Пусть, например, в ИС используется делитель напряжения вида рис. 15. Рис. 15 Главным параметром делителя является коэффициент передачи по напряжению К = UВЫХ / UВХ = R2 / (R1 + R2) = 1 /
(R1/R2 + 1). Очевидно, что этот параметр зависит не от абсолютной величины сопротивлений, а от отношения R1/R2. Поэтому, если в результате погрешностей технологии величины R1 и R2 отклонятся от идеала на один и тот же процент, главный параметр К останется абсолютно точным. Сильная корреляция параметров элементов ИС широко используется в разработке ИС. Отношения параметров элементов при этом являются своего рода эталонами, от которых зависят главные параметры.
55. Примеры решающих схем на ОУ (сумматор, вычитатель, интегратор, дифференциатор, нелинейные операции Операционный усилитель (ОУ) – одна из наиболее распространённых АИС, которая применяется как самостоятельная ИС таки в составе ИС с большой степенью интеграции. Широкое применение ОУ обусловлено их исключительной универсальностью. На ОУ могут быть построены разнообразные усилители, фильтры, корректоры
АЧХ и ФЧХ, преобразователи сигналов, генераторы сигналов различной формы. Первоначально ОУ предназначались для использования в аналоговых вычислительных устройствах. В сочетании с простейшими дополнительными элементами они способны выполнять математические операции над аналоговыми сигналами – их сложение и вычитание, интегрирование и дифференцирование, логарифмирование и потенцирование. С этими связано название операционный усилитель.
ОУ содержит 2 – 3, реже 4 дифференциальных усилительных каскада, включённых один за другим. Этим достигается практически неограниченная величина коэффициента усиления Ku, достигающая 106 раз. Наличие дифференциального входа позволяет применять дифференциальное, инвертирующее и не инвертирующее включения. На рис. 44 приведены схемы всех трех перечисленных вариантов включения. Здесь используется одно из двух общепринятых условных обозначений ОУ. В них инвертирующий вход помечен знакомили обозначен кружком рис. 45).
Рис. 44 Рис. 45 На ОУ переносятся все свойства содержащихся в них ДУ – высокая устойчивость к изменениям температуры и питающих напряжений, возможность различных включений, нечувствительность к синфазным входным сигналам. Основное и уточнённое правило работы такие же, как у ДУ, (12) и (13). Параметры узлов на ОУ легко изменяются при использовании обратной связи. Обобщённая схема усилителя с обратной связью представлена на рис. 46. Она содержит усилитель с коэффициентом усиления Рис. 46 по напряжению Ku, часть выходного сигнала которого возвращается на вход через цепь обратной связи с коэффициентом передачи β. Если обратная связь положительная (ПОС, напряжение обратной связи Uoc во входном сумматоре складывается с входным напряжением Uвх. Если обратная связь отрицательная (ООС), эти напряжения вычитаются. Коэффициент усиления усилителя с обратной связью Kuoc определяется формулой Блэка:
Kuoc = Ku /(1 ± β Ku) (14) Здесь знак «+» соответствует ООС, знак «-» соответствует ПОС. На рис. 47 представлены инвертирующая (аи не инвертирующая (б) схемы на ОУ с ООС. В обоих схемах R1 и R2 образуют делитель напряжения, через который сигнал с выхода передаётся на вход, те. осуществляется обратная связь. Очевидно, что в такой цепи β = R1/(R1 + R2). Согласно (14), вне инвертирующем включении
о = Ku /(1 + β Ku) (15) Так как у ОУ Ku «1 (до 106), легко выполняется условие β Ku» 1 и поэтому единицей в скобках можно пренебречь. Тогда
о ≈ Ku / (β Ku) = 1 / β = 1 + R2/R1 (16)
Риса Рис. б
Kuoc = Ku /(1 ± β Ku) (14) Здесь знак «+» соответствует ООС, знак «-» соответствует ПОС. На рис. 47 представлены инвертирующая (аи не инвертирующая (б) схемы на ОУ с ООС. В обоих схемах R1 и R2 образуют делитель напряжения, через который сигнал с выхода передаётся на вход, те. осуществляется обратная связь. Очевидно, что в такой цепи β = R1/(R1 + R2). Согласно (14), вне инвертирующем включении
о = Ku /(1 + β Ku) (15) Так как у ОУ Ku «1 (до 106), легко выполняется условие β Ku» 1 и поэтому единицей в скобках можно пренебречь. Тогда
о ≈ Ku / (β Ku) = 1 / β = 1 + R2/R1 (16)
Риса Рис. б
Следовательно, при достаточно большом усилении ОУ выполняются условия, при которых коэффициент усиления с ООС зависит только от отношения сопротивлений двух резисторов. При изготовлении резисторов по интегральной технологии, отношение их сопротивлений и о будет точными стабильным. Таким же будет и коэффициент усиления усилителя с ООС. В инвертирующем включении о ≈ R2/R1, те. показатели точности и стабильности также будут очень высокими.
ООС имеет огромное значение не только в аналоговой электронике. ООС способна стабилизировать параметры самых разных систем – экономических, социальных, биологических и других. Так, некоторое подобие схемы на рис. 46 поддерживает неизменной температуру тела человека. Применение ООС в электронных усилителях не только уточняет и стабилизирует усиление, но и уменьшает искажения сигнала, шумы, напряжение смещения см. Всё это достигается ценой уменьшения коэффициента усиления. Последнее можно компенсировать увеличением числа усилительных каскадов (11). Одно из полезных проявлений действия ООС заключается в возможности расширения полосы частот усилителя, в которой обеспечивается равномерное усиление. На рис. 48 изображена АЧХ ООУ с ООС при различной глубине обратной связи. Полоса пропускания, ограниченная предельной частотой пр, расширяется во столько же раз, во сколько уменьшается коэффициент усиления. Рис. 48 Возможность выполнения математических операций над аналоговыми величинами (напряжениями) видна уже из выражения (12), согласно которому при дифференциальном включении осуществляется вычитание Uвх1 из
Uвх2. Возможно суммирование и вычитание любого числа напряжений, умножение напряжения на коэффициент
Kuoc. В качестве примера на рис приведена схема суммирования трех напряжений с одновременным умножением результата суммирования на коэффициент ≈ – 0,65. Рис. 49 На рис. 50 приведена схема интегратора на ОУ. Если поменять местами R и С этой схемы, она превращается в
ООС имеет огромное значение не только в аналоговой электронике. ООС способна стабилизировать параметры самых разных систем – экономических, социальных, биологических и других. Так, некоторое подобие схемы на рис. 46 поддерживает неизменной температуру тела человека. Применение ООС в электронных усилителях не только уточняет и стабилизирует усиление, но и уменьшает искажения сигнала, шумы, напряжение смещения см. Всё это достигается ценой уменьшения коэффициента усиления. Последнее можно компенсировать увеличением числа усилительных каскадов (11). Одно из полезных проявлений действия ООС заключается в возможности расширения полосы частот усилителя, в которой обеспечивается равномерное усиление. На рис. 48 изображена АЧХ ООУ с ООС при различной глубине обратной связи. Полоса пропускания, ограниченная предельной частотой пр, расширяется во столько же раз, во сколько уменьшается коэффициент усиления. Рис. 48 Возможность выполнения математических операций над аналоговыми величинами (напряжениями) видна уже из выражения (12), согласно которому при дифференциальном включении осуществляется вычитание Uвх1 из
Uвх2. Возможно суммирование и вычитание любого числа напряжений, умножение напряжения на коэффициент
Kuoc. В качестве примера на рис приведена схема суммирования трех напряжений с одновременным умножением результата суммирования на коэффициент ≈ – 0,65. Рис. 49 На рис. 50 приведена схема интегратора на ОУ. Если поменять местами R и С этой схемы, она превращается в
1 2 3 4 5 6 7 8