Cборник_ЛР
.pdfОтчѐт должен содержать все распечатки передаточных и переходных ха-
рактеристик в соответствии с вариантом задания и заполненную табл.5.3.
Контрольные вопросы.
1.Нарисовать в разрезе структуру МДП-транзистора с индуцированным и встроенным каналом для n- и p-типов проводимости.
2.Нарисовать в разрезе структуру ключа на комплементарных МДП-
транзисторах.
3. Какой полярности потенциал относительно истока подаѐтся на сток, за-
твор и подложку МДП-транзистора с индуцированным каналом n- или p-типа?
4.Что такое пороговое напряжение МДПТ?
5.Что такое напряжение отпирания МДПТ?
6.Какие параметры используются для моделирования выходной ВАХ МДП-транзистора?
7.Записать уравнение для крутой области выходной ВАХ МДП-транзис-
тора.
8.Какие физико-топологические параметры МДП-структуры влияют на величину порогового напряжения и удельной крутизны МДП-транзистора?
9.Как изменится ток стока, если при заданном напряжении затвор-исток и сток-исток МДП-транзистора увеличить ширину или длину канала?
10.Почему величина напряжения подложка-исток влияет на значение по-
рогового напряжения МДП-транзистора?
11. Записать уравнения ВАХ нагрузочного транзистора для МДП-инверто-
ра с нелинейной и квазилинейной нагрузкой, используя напряжения Uвых ин-
вертора и источников питания.
12. Как выглядит нагрузочная линия ВАХ МДП-ключа с линейной, квази-
линейной и токостабилизирующей нагрузкой в осях IС, Uвых?
103
13. В какой области выходной ВАХ МДП-транзистора работает нагрузоч-
ный транзистор в ключах с нелинейной и квазилинейной нагрузкой?
14. Нарисовать электрическую схему ключа на комплементарных МДП-
транзисторах, указав полярность напряжения источника питания, а также входных и выходных логических уровней.
15. Построить совместно выходные ВАХ обоих транзисторов для компле-
ментарного МДП-инвертора.
16.Как, используя выходные ВАХ МДП-транзистора, можно построить передаточную характеристику инвертора?
17.Для ключа с линейной, нелинейной, квазилинейной и токостабилизи-
рующей нагрузкой и одинаковым напряжением питания стоковой цепи срав-
нить логические уровни на выходе Uвых0 и Uвых1 , если при Uвых = 0 В через на-
грузочные элементы протекают одинаковые токи.
18. Как изменится напряжение логического уровня нуля на выходе МДП-
инвертора, если увеличить ширину (длину) канала нагрузочного или входного транзистора?
19. Как нужно подключить электроды подложки в КМДП-ключе для обес-
печения его работоспособности?
20. Как увеличить логический перепад в схеме МДП-инвертора с нели-
нейной, квазилинейной, токостабилизирующей нагрузкой?
104
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.2 |
|
|
|
|
Варианты задания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер варианта |
Схемы инверторов |
Вариант параметров |
|
|
Задание |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1, 18 |
I |
|
W2 = L2 = 5 мкм, |
W1 = 30 мкм, L1 = 5 мкм, |
|
||
|
|
|
W2 = L2 = 10 мкм, |
UИП = 5 В, Uпор = 0,8 В, UПИ = 0 В, |
|
||
|
|
W = 5 мкм L = 10 мкм, |
k |
0 |
= 40 мкА/В2, |
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
W2 = 10 мкм L2 = 5 мкм |
|
|
Cн = 0,5 пФ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2, 19 |
II |
|
См. вариант 1 |
См. вариант 1, UЗ = 7 В |
|
||
|
|
|
|
|
|
||
3, 20 |
III |
|
См. вариант 1 |
См. вариант 1, Uотс = –2 В |
|
||
|
|
|
|
|
|
||
4, 21 |
IV |
|
Wn = Wp = 30 мкм, |
Ln = Lp = 5 мкм, |
|
||
|
|
Wn =30 мкм Wp = 45 мкм, |
UИП = 5 В, Uпор n = 0,8 В, Uпор p = –1,5 В, |
|
|||
|
|
Wn = 45 мкм Wp = 30 мкм, |
k0n = 40 мкА/В2, k0p = 30 мкА/В2, |
|
|||
|
|
Wn = 30 мкм Wp = 60 мкм |
|
|
Cн = 0,5 пФ |
|
|
|
|
|
|
|
|||
5, 22 |
I |
W2 = L2 = 5 мкм, UПИ = 0 В |
См. вариант 1, GAMMA = 0,5 В 2 |
|
|||
|
|
W2 = 5 мкм, L2 = 10 мкм, |
|
|
|
|
|
|
|
W2 = L2 = 5 мкм, UПИ = –2 В |
|
|
|
|
|
|
|
W2 = 5 мкм, L2 = 10 мкм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
6, 23 |
II |
|
См. вариант 2, 5 |
См. варианты 1 и 2, GAMMA = 0,5 В 2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
105
|
|
|
Продолжение табл.5.2 |
|
|
|
|
|
|
7, 24 |
III |
См. вариант 5 |
См. варианты 3, 1, GAMMA = 0,5 В 2 |
|
|
|
|
|
|
8, 25 |
I |
W2 = L2 = 5 мкм, |
См. вариант 1 |
|
|
|
Cн = 0,5 пФ, Cн = 1 пФ, |
|
|
|
|
W2 = 5 мкм, L2 = 10 мкм, |
|
|
|
|
Cн = 0,5 пФ, Cн = 1 пФ |
|
|
|
|
|
|
|
9, 26 |
II |
См. вариант 8 |
См. варианты 1 и 2 |
|
|
|
|
|
|
10, 27 |
III |
См. вариант 8 |
См. варианты 1 и 3 |
|
|
|
|
|
|
11, 28 |
IV |
Wn = Wp = 30 мкм, |
См. вариант 4 |
|
|
|
Cн = 0,5 пФ, Cн = 1 пФ |
|
|
|
|
Wn = 30 мкм, Wp = 60 мкм, |
|
|
|
|
Cн = 0,5 пФ, Cн = 1 пФ |
|
|
|
|
|
|
|
12, 29 |
I, II |
W2 = W4 = 5 мкм, |
См. варианты 1 и 2, GAMMA = 0,6 В 2 |
|
|
|
L2 = L4 = 10 мкм |
|
|
|
|
UПИ = 0 В, UПИ = 2 B |
|
|
|
|
|
|
|
13, 30 |
II, III |
W4 = W6 = 5 мкм, |
См. варианты 2 и 3, GAMMA = 0,6 В 2 |
|
|
|
L4 = L6 = 10 мкм |
|
|
|
|
UПИ = 0 В, UПИ = 2 B |
|
|
|
|
|
|
|
106
|
|
|
|
|
Продолжение табл.5.2 |
|
|
|
|
|
|
||
14, 31 |
I, III |
W2 = W6 = 5 мкм, |
См. варианты 1 и 3, GAMMA = 0,6 В 2 |
|
||
|
|
L2 |
= L6 |
= 10 мкм |
|
|
|
|
UПИ = 0 В, UПИ = 2 B |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
15, 32 |
I, II |
W2 = W4 = 5 мкм, |
См. варианты 1 и 2 |
|
||
|
|
L2 |
= L4 |
= 10 мкм |
|
|
|
|
Cн = 0,5 пФ, Cн = 1 пФ |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
16, 33 |
II, III |
W4 = W6 = 5 мкм, |
См. варианты 2 и 3 |
|
||
|
|
L4 |
= L6 |
= 10 мкм |
|
|
|
|
Cн = 0,5 пФ, Cн = 1 пФ |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
17, 34 |
I, III |
W2 = W6 = 5 мкм, |
См. варианты 1 и 3 |
|
||
|
|
L2 |
= L6 |
= 10 мкм |
|
|
|
|
Cн = 0,5 пФ, Cн = 1 пФ |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
107
UИП |
I |
|
II |
|
III |
|
IV |
|
|
T2 |
|
T4 |
|
T6 |
|
T8 |
|
|
|
UЗ |
|
|
|
|
|
|
|
Uвых |
|
Uвых |
|
Uвых |
Uвх |
Uвых |
|
|
|
Cн |
Cн |
|
|
Cн |
T7 |
Cн |
|
|
Uвх |
|
|
|
|
|
|
Uвх |
T1 |
T3 |
Uвх |
T5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.5.7. Ключевые схемы на МДП-транзисторах. Варианты задания
108
Uвых |
Uпз0 |
|
Uпз1 |
Uвых1
|
|
|
|
|
|
U п |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uвых0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U вх0 |
|
Uпу0 |
|
|
|
Uпу1 |
|
Uвх |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.5.8. Передаточная характеристика логической схемы
U вх |
Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 Uлог |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
U вых |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Uвых1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,9 Uлог |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tзд01. р |
|
|
||||
|
|
|
|
|
t10зд.р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 Uлог |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 Uлог |
||
Uвых0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tср |
|
|
|
tф |
|
|
|
|
|
|||||
Рис.5.9. Переходные характеристики схемы инвертора
109
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.3 |
|
|
|
Форма представления параметров МДП-ключевых схем |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Параметры |
|
|
Схема по |
Вариант параметров |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
варианту |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uвых1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uвых0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uлог = U1 – U0 |
|
|
|
|
|
|
||||||
U п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UD0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UD1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uпз0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uпз1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uпу0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uпу1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t с р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tзд01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tзд10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
t10 |
t01 |
|
|
|
|
|
|
|
зд.р.ср |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
110
Рекомендуемая литература
1. Шишина Л.Ю. Основные устройства цифровой микросхемотехники.
Часть 1. Учебное пособие. Москва 2013, РИО МИЭТ.
2.Алексенко А.Г. Основы микросхемотехники. Лаборатория знаний. М.
Бином 2009.
3.Старосельский В.И. Под. ред. Парменова Ю.А. Физика полупроводни-
ковых приборов микроэлектроники: М.: Высшее образование; Юрайт-
Издат., 2009.
4.Хоровиц П., Хилл У. Проектирование цифровых устройств [Текст] :
Пер. с англ. Т.1 / Д. Ф. Уэйкерли. - М.: - 544 с. - (Библиотека современ-
ной электроники. Постмаркет, 2002.
5.Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование цифровых уст-
ройств. Лань, 2012.
111
Лабораторная работа №6
ИЗУЧЕНИЕ ПРОХОДНОГО КЛЮЧА НА КМДП-ТРАНЗИСТОРАХ
Цель работы: изучить принцип работы проходного ключа, исследовать его характеристики, получить представление об использовании проходного ключа для построения функциональных элементов, научиться рассчитывать характеристики таких схем с помощью ЭВМ.
Теоретические сведения Принцип работы проходного ключа
Симметрия МДП-транзистора в отношении областей стока и истока позволяет эффективно использовать интегральные МДП структуры для двунаправленной передачи информации. Однако с точки зрения управления сигналами по затвору n-МДП и p-МДП транзисторы не являются полностью экви-
валентными приборами. Рассмотрим это подробнее. На рис.6.1,а приведена схема включения n-канального МДП-транзистора с конденсатором нагрузки Сн, включенным в цепь истока так, что UИ = Uвых, UC = Uвх, UЗИ = – Uвых, гдесигнал управления ключом.
Пусть первоначально Uвых = 0, т.е. конденсатор Сн разряжен. Если = 0,
то независимо от величины входного сигнала Uвх транзистор закрыт. В другом случае, когда = U1 ≈ UИП > Uпop n, транзистор откроется. При этом если
Uвх = U1, конденсатор Сн начнет заряжаться, ток потечет слева направо. Когда напряжение на выходе достигнет значения Uвых = U1 – Uпop n, транзистор закроется. Конденсатор Сн останется заряженным даже при выключении сигнала .
Другими словами, выходное напряжение ограничивается величиной
Uвых = U1 – Uпop n, следовательно, логическая единица U1 передается со входа
112