Файл: Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства учебник.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 236

Скачиваний: 4

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

2. В режиме В Е' <С Е0„, диод

открыт и высокий уровень ІЛ

на выходе

определяется

по формуле,

аналогичной (2.4):

 

W =

1 +

Я п р / Л о н £ І +

1

+

/?о,./Д пр Е °"'

( 2 Л 2 )

и при ROB

/?Пр

~

И здесь

учет

/?г сводится

к замене Rnр

на R nр = /?пр -f- R ,

 

Е0п; при этом ток диода равен нулю и

3. В режиме С Е' =

U] = Еои. На практике применяются все три режима, хотя по ряду

соображений (см. ниже)

режимы В и С более выгодны.

Рассмотрим теперь некоторые наиболее важные статические

параметры диодов интегральных схем (ИС).

 

Обычно диоды ИС получают путем диодного включения крем­

ниевых транзисторов ИС [22] ‘). Для

транзисторов,

имеющих ди­

электрическую изоляцию, .существует пять способов диодного

включения (рис. 2.6). В 1 и 4-й схемах используется

только эмит-

терный переход; напряжение

пробоя

ІІпр0б этих

схем

мало, малы

в 5

0 5

<96

0 6

 

r

-

n

-

Q

-

c

 

 

 

 

Рис.

2.6

 

также и обратные токи /обрмакс. определяемые при максимальных обратных напряжениях (так как у эмиттерного перехода малые площадь и ширина). В схемах 2 и 5-й используется коллекторный переход и для них характерны относительно большие значения

Дпроб и /обрмакс-

В схеме 3 включены параллельно эмиттерный и коллекторный переходы, вследствие чего U0 бР мало, а обратный ток равен сумме

обратных токов обоих переходов.

 

(рис. 2.3)

при малых прямых

Прямые напряжения

UпР

и £/„р

токах (когда можно не считаться

с

напряжением

на объемном

сопротивлении

базы)

и при

больших

прямых токах

можно оце­

нить, исходя из известных уравнений

Эберса — Молла (см. также

ур-ния

(2.38),

имея

в виду,

что

для

интегральных

транзисторов

ct > 0,9,

аі <

0,5, /ко >

Іэо)-

В

частности,

прямые

напряжения

Uпр и Uпр оказываются

наибольшими

для схемы включения 4 и

наименьшими для схемы 1.

Если интегральный транзистор изолирован переходом, то он представляется четырехслойной структурой (рис. 2.7а, б). Изоли-

') Структура транзистора ИС приведена в параграфе 2.3.1.

68

рующий

переход коллектор — подложка обычно

смещен в обрат­

ном направлении (так как на

подложку

подается самый низкий

потенциал схемьГ) и имеет наибольшее значение

Unр0б- В качестве

диодов

могут использоваться

переходы эмиттер — база и база—

коллектор /г-р-п-транзистора.

При этом

снова

возможны пять

 

°)

 

 

 

 

 

 

3

Эмиттер (э)

 

 

 

 

—0

Ваза

(б)

 

 

 

 

—0

Коллектор (к)

 

 

 

—0 Подложка (п)

 

 

 

 

В)

 

 

п

#к

 

 

 

 

 

 

1

г

з

в

s

 

Рис.

2.7

 

 

способов включения (рис. 2.7в). Однако использование перехода база — коллектор обычно нежелательно из-за образования пара­ зитного р-п-р-транзистора.

Переходные процессы

Переходный процесс в диодном ключе, возникающий при его переключении из одного статического состояния в другое, обу­ словлен, во-первых, инерционностью диода, характеризуемой про­ ходной емкостью Сд, постоянной времени тд (равной времени жизни носителей) и, во-вторых, влиянием емкостей нагрузки Сн и монтажа С„, шунтирующих выходные зажимы ключа. [Заметим, что для различных схем диодов ИС (см. рис. 2.6, 2.7) характерны различные значения емкости Сд и времени жизни носителей; осо­ бенно велико это время у схемы диода 3 (рис. 2.6).]

Постоянная тд определяет время установления

ÄJ Зтд пря<

мого сопротивления диода

при его включении (это

сопротивление

устанавливается по мере

накопления носителей в

базе диода).

При запирании диода обратным перепадом напряжения на­ чинается рассасывание избыточных носителей, накопленных в базе; этот процесс длится до тех пор, пока заряд носителей в базе

69

не уменьшится до уровня, соответствующего равновесному состоя­ нию диода. Длительность рассасывания tp тем меньше, чем меньше постоянная тд и прямой ток /пр диода (при этом Меньше избыточ­ ный заряд в базе) и чем больше запирающий ток /зап (этот ток практически равен отношению обратного напряжения на диоде к сопротивлению Ron в цепи диода, так как, пока идет рассасывание носителей, переход смещен в прямом направлении и сопротивление диода мало). Можно считать, что

/р ^ ІП (1 “Ь 1пр/ I Дап I )• (2.13)

Действительно, как известно, заряд неосновных носителей в

базе в

стационарном режиме пропорционален току

диода: Qo =

= т/пр

(т — коэффициент пропорциональности), и

если считать,

что при рассасывании этот заряд уменьшается по экспоненциаль­ ному закону с постоянной времени Тд1), то согласно ф-ле (1.7) можно записать

tp = т„ In Qaan Qо

V:- Q (tp)

где

Q3an = —т I Дай I — тот уровень, к которому стремится

заряд

в

базе

при запирающем

токе /зап; Q(^P) — уровень заряда

в базе

в

момент завершения рассасывания;

так как | Q (/р) «С |Q3an|,

то

получаем ф-лу (2.13).

рассасывания

избыточных носителей начи­

После завершения

нается спад тока и в течение некоторого времени tc диод запи­ рается. У современных импульсных диодов время установления прямого сопротивления (прямого тока) ty и время восстановления обратного сопротивления (обратного тока) /вос = /р + tc не пре­ восходят десятых долей микросекунды. Поэтому во многих случаях при изучении переходных процессов в диодных ключах ограничи­ ваются рассмотрением эквивалентной схемы рис. 2.8я, в которой

через

С0 обозначена суммарная

шунтирующая

емкость:

С0 =

= Сн +

См;

(предполагается, что Сд <§; См +

С„).

 

 

 

Пусть в момент t\ на вход ключа подается от идеального гене­

ратора

перепад

напряжения Е 1 >

С0і1 (режим А),

Положим,

что

диод запирается

мгновенно и Сд <С Сп +

См, так что в

момент t\

скачок напряжения на выходе отсутствует. При этом «пых(0

на­

растает

по

экспоненциальному

закону

с

постоянной

времени

(рте.

2.86)

т1=

Со(ЯонІІЯобр) « C0Rou и в течение

времени

 

 

 

 

 

(і«=зт' =

з с л ,

 

 

 

( 2. 14>

достигает установившегося значения U1 [ф-лы (2.8—2.12)].

При подаче в момент ^ отрицательного перепада напряжения

диод

отпирается,

емкость

Со

разряжается

с постоянной времени

т° =

С 0 (/?он11/?пр) ~

С о ^ п р и

в

течение короткого промежутка вре-)*

*) Такое предположение справедливо, если принять приближенное уравне­

ние

для заряда неосновных

носителей в виде

Q + т д - ^

- = т / ДМф, где

/диф — диффузионная

составляющая

тока диода, причем / Диф «

/пр = const,

70

пон

мени (“ и Зт° = ЗС0Епр выходное напряжение практически дости­ гает уровня и°ж Е ° = 0 [ф-лы (2.4—2.7)]. Если задана допусти­ мая длительность фронтов, то, как следует из ф-лы (2.14), должно

быть

выполнено условие Ron

'ф доп/ЗС0. Так как начальное зна­

чение

тока источника,

обеспечивающего заряд емкости

I —

а)

 

=

(Д т — U°)/R0B «

E0 n/R0u,

то

ясно,

■*Е.он

что ток источника

должен

удовлетво­

рять условию

0— Н- s(t)

-fl

абы*

Сп

ДіШІ > З С 0(£0н-£/°)/*ф ДОП ~

З С 0 Е

0 н / і ф

д о п .

В режиме В, когда Е1< Е0п (рис.

2.8в),

выходное напряжение

при

e (t)= E l по-прежнему

стремится

к

уровню

(Е0и + /доЕои),

так

как

при

‘-он

подаче уровня Е1 диод запирается и емкость заряжается. Но как только выходное напряжение uabVS,(t) достигает уровня, примерно равного Е1, отпирается диод, переходный процесс фактически преКрЗЩЗѲТСЯ И і^вых (t ) фиксируется на уровне U 1 Ä ; Е1.

Длительность фронта теперь в соответствии с ф-лой (1.7)

^1 _ _ Т1 | п (goH +

'доДон) — И° _ ^ | п

________________ 1________________

ф

(Д о н +

/ д 0 * 0„ ) - V '

1 -

Ѵ т в ы х / (Д о н + 'до Д о н ) ~

" ° ’

где

Umвы* = U1— U0 — амплитуда

перепада напряжения.

Если

 

X—№твых/С-^Ои “Ь ^дв-Дон)

<С 1,

(2.15)

 

 

 

 

 

п

Смотрите также файлы