57.Принцип работы логического вентиля с тремя устойчивыми состояниями.

В ЛЭ КМОП очень просто реализуют элементы с тремя устойчивыми состояниями. Для этого последовательно с транзисторами инвертора включают два комплементарных транзистора VT1, VT4 (рисунок 20,а), управляемых инверсными сигналами 

Рисунок 20 Инвертор с тремя выходными состояниями а

Согласование ЛЭ ТТЛ с ЛЭ КМОП можно выполнить несколькими способами: 

1) Питать ЛЭ КМОП малым напряжением (+5 В), при которых сигналы ЛЭ ТТЛ переключают транзисторы ЛЭ КМОП; 

2) Использовать ЛЭ ТТЛ с открытым коллектором, в цепь выхода которых включён резистор, подключенный к дополнительному источнику напряжения (рисунок 20,б).

При хранении и монтаже следует опасаться статического электричества. Поэтому при хранении выводы микросхем электрически замыкают между собой. Монтаж их производится при выключенном напряжении питания, причём обязательно использование браслетов, с помощью которых тело электромонтажников соединяется с землёй.

В элементах с тремя устойчивыми состояниями выходные транзисторы заперты

сигналом управляющего вывода. Выходное сопративление запертых транзисторов

велико и микросхема практически полностью отключена от нагрузки. Такое

состояние называется высокоимпедансным.

OE(Output Enable) =0, схема не работает. OE=1 – схема работает.

Рис. 1.6. Схема элемента И-НЕ с тремя устойчивыми состояниями

При использовании нескольких ЛЭ с тремя состояниями их выходы подключают

к одной нагрузке. Управление микросхем осуществляется так, что в любой момент

времени все микросхемы, кроме одной, находятся в высокоимпедансном состоянии.

Таким образом удаётся по одной шине передавать в разных направлениях

информацию от нескольких источников сигнала и сократить количество

информационных магистралей. Вход включения третьего состояния имеет метку EZ,

а выход, имеющий состояние высокого импеданса, обозначается через Z, либо ∇

58.Нарисуйте вертикальную структуру р - п - р транзистора.

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от других разновидностей, основными носителями являются и электроны, и дырки (от слова «би» — «два») [1].

Рис. 1. Обозначение биполярных транзисторов на схемах

P -область

P -область

P -область

N - область

P –область

Подложка р типа

59. Нарисуйте вертикальную структуру р - п - р транзистора и п-р-п транзисторов изготовленных в одном техпроцессе.

Можно в одной структуре получить несколько резисторов, т.е. подключая выводы к разным областям, получаем разные транзисторы, а техпроцесс у них один.

60.Влияние температуры на параметры биполярного транзистора.

Влияние температуры на работу биполярного транзистора обусловлено тремя физическими факторами: уменьшением потенциальных барьеров в переходах, увеличением тепловых токов переходов и увеличением коэффициентов передачи токов с ростом температуры. Уменьшение потенциального барьера j К с ростом температуры также, как и в изолированном переходе, приводит к усилению инжекции, в результате чего увеличивается входной ток транзистора. На рис. 3.24 приведены входные характеристики транзистора в схеме с общей базой, полученные при различных температурах (заметим, что входные характеристики в схеме ОЭ при различных температурах выглядят аналогично и отличаются лишь масштабом по оси токов так как iК >>iБ. Как видно из рисунка 3.24, увеличение входного тока с ростом температуры эквивалентно смещению характеристики в сторону меньших входных напряжений. Это смещение описывается температурным коэффициентом напряжения  , который составляет для кремниевых транзисторов e = - 3 мВ/град. В расчетах транзисторных схем часто используют кусочно-линейную аппроксимацию входных характеристик. На рис. 3.24,б приведены идеализированные аппроксимированные характеристики без учета влияния сопротивления тела базы rўБ. Как видно из рисунка при rўБ =0 характеристики проходят вертикально и напряжение на переходе равно пороговому Ѕ - uЭБЅ = U*. Изменение этого напряжения с температурой также описывается коэффициентом e .

 

Увеличение тепловых токов переходов с ростом температуры, подробно рассмотренное в разделе 2, описывается приводимыми в справочниках температурными зависимостями токов IКБ0, IЭБ0. Типовые зависимости токов IКБ0 и IЭБ0 от температуры для кремниевого маломощного транзистора приведены на рис. 3.25.

Использование логарифмического масштаба по оси ординат позволило представить экспоненциальную зависимость токов от температуры в линейном виде. Как видно из рисунка, в рабочем интервале температур транзистора (-60 ° ...+ 80 ° C) токи IКБ0 и IЭБ0 могут изменяться на 1...2 порядка. Следует заметить, что отмеченный рост тепловых токов заметно сказывается на выходных характеристиках лишь германиевых транзисторов, что связано с относительно большой величиной самих тепловых токов. В кремниевых транзисторах тепловые токи очень малы, поэтому их изменение с температурой не оказывает заметного влияния на характеристики. Увеличение коэффициента передачи тока эмиттера a и тока базы b с ростом температуры обусловлено ростом времени жизни электронов в базе (см. раздел 1) и соответствующим ослаблением их рекомбинации с дырками. На рис. 3.26 приведены типичные температурные зависимости коэффициентов a и b , нормированных к значениям, полученным при комнатной температуре ( t =20 ° C). Из рисунка видно, что если изменениеa с температурой выражено очень слабо (в рабочем интервале температур оно не превышает нескольких процентов), то изменение b может достигать нескольких сотен процентов.

 

Сказанное выше иллюстрируют приведенные на рис. 3.27 выходные характеристики транзистора в схемах ОБ и ОЭ, полученные при различных температурах. Как видно из рисунка, увеличение температуры приводит к смещению (дрейфу) характеристик в сторону более высоких токов коллектора. При этом в схеме ОБ при фиксированном токе эмиттера D iК= D a iЭ температурный дрейф характеристик выражен довольно слабо, что объясняется слабой температурной зависимостью коэффициента передачи тока эмиттера a - см. рис 3.26. У характеристик для схемы ОЭ, снимаемых при iБ =const, в связи с сильной температурной зависимостью коэффициента передачи тока базы b температурный дрейф очень велик - изменение тока коллектора D iК= D b iБ может достигать несколько десятков и даже сотен процентов. Температурная нестабильность характеристик транзистора в схеме ОЭ требует специальных мер по стабилизации рабочей точки. На рис. 3.27 приведены три типовые схемы задания режима работы транзистора по постоянному току. В схеме, приведенной на рис 3.27,а внешние элементы задают ток базы

.

Отсюда можно записать выражение для расчета коллекторного тока:

 . (3.39)

Оценим изменение тока IК при изменении температуры на 20 ° С. Будем полагать EК=10 В, RБ=100 кОм, b (20 ° С)=100, U*(20 ° С)=0.7В и IКЭ0(20 ° С)=5мкА, откуда IК(20 ° С )=100 · 10/10 5-100 · 0.7/10 5+5 · 10 -6= =9.305 мА. Будем также считать, что изменение b при изменении температуры на 20 ° С составляет 50%, изменение U* определяется коэффициентом e = -2 мВ/град , изменение IКЭ0 определяется температурой его удвоения T* = 5 ° С. Тогда несложно определить значения b , U* и IКЭ0 при t ° =40 ° С: b (40 ° С) =1,5 ·100=150, U*(40 ° С)=0,7-20 ·2 ·10 -3=0,66 В и IКЭ0( 40 ° С)=2 4 ·5 ·10 -6=160 мкА. Тогда ток IК ( 40 ° С)=150·10/10 5-150 ·0,66/10 5+160·10 -6=14,17 мА, то есть ток IК изменился на 52,3 % и основной вклад в это изменение внес коэффициент передачи тока базы b . Расчет показывает, что эта схема обладает низкой температурной стабильностью. В схеме, приведенной на рис. 3.28,б, внешние элементы задают ток эмиттера

 и  .

Таким образом, в этой схеме обеспечивается высокая температурная стабильность (как в схеме ОБ), правда достигается она за счет использования дополнительного источника питания. Следует заметить, что указанная схема представляет собой по переменному току - схему ОЭ, а по постоянному току - схему ОБ. Третья схема (см. рис. 3.28,в) занимает промежуточное по термостабильности положение между двумя первыми схемами. В этой схеме фиксируется напряжение uБЭ и при рациональном выборе RБ1,RБ2 и RЭ температурная стабильность всего в 2 - 3 раза хуже, чем во второй схеме.