Cборник_ЛР

стью закрылись. Поэтому увеличение тока базы T2 может быть достигнуто только за счет повышения входного напряжения и запирания диодов D1 и D2.

При этом передаточная характеристика на изломе “замедляет” скорость спада,

как бы “сдвигается” по оси входных напряжений.

Расчет потребляемой мощности схемы.

По заданному значению UИП1 и известным R1 и R2 по формуле (4.3) мож-

но оценить величину суммарного входного тока I 0 . Соотношение этих рези-

сторов важно для обеспечения насыщенного режима работы Т2 при заданной нагрузочной способности N. Номиналы всех резисторов влияют на потреб-

ляемую мощность. Рассчитаем среднюю рассеиваемую мощность, которая складывается из мощности в состояниях логического нуля Р0 и единицы P1 на выходе

Задание на лабораторную работу

Предварительный расчет

Исходные данные для расчета и измерений приведены в табл.4.2. Номер варианта соответствует номеру бригады. Используя заданные значения UИП1,

UИП2, R1…R4 для ДТЛ-схемы (рис.4.1,а), необходимо:

83

1.определить логические уровни Uвых0 , Uвых1 по формулам (4.1), (4.2);

2.рассчитать входной ток Iвх0 и рассеиваемую мощность Р, используя вы-

ражения (4.3) - (4.8).

Экспериментальная часть

Составить схемы измерения входной, передаточной и выходных характе-

ристик ДТЛ-элемента при использовании ПНСХ, учитывая, что диоды в схеме реализуются на p-n-переходе эмиттер-база биполярного транзистора (переход коллектор-база закорочен). Получить указанные характеристики эксперимен-

тально. Передаточную характеристику снимать для двух случаев: с нагрузкой и без нее.

Обработка результатов

По экспериментальным статическим характеристикам определить изме-

ряемые параметры ДТЛ-элемента и представить их в таблице для двух вари-

антов исходных параметров.

Контрольные вопросы

1.Какую логическую функцию реализует ДТЛ схема? ТТЛ схема?

2.На какие режимы работы схемы влияет замена входных диодов на мно-

гоэмиттерный транзистор?

3. Объяснить назначение и функцию всех элементов ДТЛ схемы

(рис.4.1,а).

4. При каком логическом уровне на входе транзистор T1 (рис.4.1,а) рабо-

тает в нормальном активном режиме?, в нормальном насыщенном режиме?

84

5. В каких режимах работают транзисторы ТТЛ схемы (рис.4.1,г) при

Uвх Uвх0 ?, при Uвх Uвх1 ?

6.Для какой цели введен в ТТЛ-схему (рис.4.1,г) диод D?

7.Будет ли работать ДТЛ-схема (рис.4.1,а), если накоротко замкнуть рези-

стор R2 (соединить базу и коллектор транзистора T1)?

8.Как изменятся характеристики ДТЛ схемы (рис.4.1,а), если закоротить резистор R2?

9.Для какой цели в ДТЛ схеме (рис.4.1,а) использованы два источника питания?

10.При каком логическом уровне на входе (Uвх0 или Uвх1 ) ток через рези-

стор R1 в ДТЛ схеме (рис.4.1,б) больше?

11.Для какой цели шунтируют коллекторные переходы транзисторов диодами Шоттки?

12.Объясните назначение резистора R3 в схеме (рис.4.1,а).

13.При каком минимальном значении напряжения питания UИП1 (при

Uвх1 ) откроется транзистор Т2?

14.Объясните назначение резистора R4 в ТТЛ-схеме, (рис.4.1,г).

15.Рассчитайте величину входного тока Iвх0 для схемы (рис.4.1,е).

16.Рассчитайте величину входного тока Iвх1 для схемы (рис.4.1,е).

17.Какие параметры ДТЛ-схемы можно определить по ее выходным ха-

рактеристикам?

18. Определить, различаются ли уровни Uвых1 для двух схем ДТЛ

(рис.4.1,а) и ТТЛ (рис.4.1,е) при UИП1 = UИП2, если эти схемы не нагружены?, нагружены на идентичные схемы?

19. Изменится ли уровень Uвых1 ТТЛ схемы (рис.4.1,г), если перенести диод D из эмиттерной в базовую цепь транзистора Т3?

85

20. Для какой схемы больше величина тока Iвх1 : ДТЛ (рис.4.1,а) или ТТЛ

(рис.4.1,г)?

21. За счет чего обеспечивается нормальнo-активный режим транзистора

T1 (рис.4.1,а)?

22. Почему минимальное значение UИП1 и UИП2 ограничено величиной,

примерно равной падению напряжения на трех прямосмещенных р-n-перехо-

дах?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Шишина Л.Ю. Основные устройства цифровой микросхемотехники.

Часть 1. Учебное пособие. Москва 2013, РИО МИЭТ.

2. Шишина Л.Ю. Основные устройства цифровой микросхемотехники.

Часть 2. Учебное пособие. Москва 2013, РИО МИЭТ.

3.Алексенко А.Г. Основы микросхемотехники. Лаборатория знаний. М.

Бином 2009

86

Лабораторная работа № 5

ИЗУЧЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КЛЮЧЕВЫХ СХЕМ НА МДП-ТРАНЗИСТОРАХ

Цель работы: ознакомление с основными свойствами цифровых интегральных схем на МДП-транзисторах; изучение методики проектирования простейших цифровых МДП-схем при помощи ЭВМ; освоение программы анализа ИС PSPICE.

Теоретические сведения Параметры и уравнения ВАХ МДП-транзистора

Условные обозначения МДП-транзисторов (МДПТ) и полярность рабочих напряжений относительно истока представлены на рис.5.1.

Вольт-амперные характеристики МДП-транзисторов (рис.5.2) с размерами канала больше 5 мкм описываются с хорошей точностью следующей системой уравнений [1, 2]:

I - область отсечки

88

Рис.5.1. Обозначение МДП-транзисторов с каналом n- (а) и p-типа (б). 1- индуцированный канал, 2 - встроенный канал, 3 - затвор типа Шоттки.

UСИ

Рис.5.2. Выходные ВАХ МДПТ с каналом n- (а) и p-типа (б).

89

где UСИ, UЗИ - напряжение на электродах стока и затвора относительно истока;

Uотп - напряжение отпирания МДП-транзистора.

Напряжение отпирания МДП-транзистора определяеся как напряжение на затворе относительно истока, при котором ток стока равен IС = 1 мкА (или меньшей величине) для фиксированного напряжения на стоке UСИ = 0,1 В. Ве-

личина Uотп - экспериментальная характеристика МДП-транзистора, а в расчѐ-

тах обычно используется величина Uпор - пороговое напряжение транзистора,

физическая характеристика прибора. С достаточной точностью можно счи-

тать, что Uотп Uпор. Величина Uпор определяется выражением [1]

(Верхний знак “+” - для n-канального МДПТ, нижний знак “ ” - для p-каналь-

ного МДПТ).

В уравнении (5.7) МП - разность работ выхода электронов из материала затвора и полупроводниковой подложки, знак этого слагаемого определяется типом проводимости полупроводниковой подложки и материалом затвора [3];

Qок - фиксированный заряд на границе Si / SiO2, определяется технологически наведѐнным зарядом в диэлектрике и зарядом на поверхностных состояниях

Qок qNпов ;

Nпов - эффективная плотность поверхностных состояний на границе Si / SiO2; q - заряд электрона; B - потенциал инверсии, B = 2 F; F - уровень Ферми:

F T ln Nni ;

T - температурный потенциал; N - концентрация легирующей примеси в под-

ложке; ni - собственная концентрация носителей в полупроводнике; QB - заряд,

наведѐнный в подложке потенциалом на затворе:

QB 2q Si 0 N 2 F 1/ 2 ,

90

где 0 - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума; Si - относитель-

ная диэлектрическая проницаемость Si; Cок - удельная ѐмкость подзатворного диэлектрика:

Cок 0 ок dок ,

где ок, dок - относительная диэлектрическая проницаемость и толщина подза-

творногодиэлектрика соответственно.

Если есть напряжение на электроде подложки относительно истока UПИ,

то [4]

Один из основных параметров уравнениях ВАХ МДПТ - удельная крутиз-

где - подвижность носителей в канале; Wк, Lк - ширина и длина канала соот-

ветственно.

Ключевые схемы на МДП-транзисторах

Обобщѐнная схема ключа на МДП-транзисторах представлена на рис.5.3,а. Ключ или инвертор на МДПТ является простейшим логическим эле-

ментом с двоичным представлением информации в форме потенциалов логи-

ческой единицы U1 и логического нуля U0 (рассматриваем случай положительной логики: U1 > U0).

91

Рис.5.3. Ключевые схемы на МДП-транзисторах: а - обобщѐнная нагрузка;

б- линейная нагрузка; в - нелинейная нагрузка; г - квазилинейная нагрузка;

д- токостабилизирующая нагрузка; е - схема на транзисторах с

дополняющими типами проводимости (КМДП (ДМДП) схема)

92