37Ключи на моп – транзисторах.

По способу изготовления затвора ПТ делятся на три типа: с p-n-управляющим переходом (затвором); с металлопроводниковым затвором (затвором Шоттки); с изолированным затвором.

В полупроводнике n-типа (см.рис. а)) методом диффузии образована p⁺-область (затвор). Между областями создается p-n-переход. Неосновных носителей (дырок--объемный заряд) в n-области значительно больше, чем (электронов) в p -области. Одна часть n-полупроводника занята объемным зарядом, оставшуюся часть называют каналом. При отсутствии внешних напряжений ширина объемного заряда в канале невелика. При подаче на затвор отрицательного (относительно истока) напряжения (обратное смещение) ширина p-n-перехода увеличится, ширина канала уменьшится. Проводимость между И-С зависит от ширины канала. Проводимость канала уменьшается с увеличением отрицательного напряжения на затворе, т.е. проводимостью канала можно управлять напряжением на затворе. Напряжение U_си создает в канале ток, который управляется напряжением затвора. Напряжение затвора, при котором канал полностью перекрывается (I_с-и≈0), называется напряжением отсечки (U_{з-и отс}). Ток стока при U_з-и =0 называется начальным током стока. (управление ведется в "минус").

Ток, текущий по каналу, вызывает на нем падение напряжения, которое вызывает изменение ширины канала. В области стока канал сужается больше (штриховая линия). При определенном напряжении U_си, называемым напряжением перекрытия или напряжением насыщения, канал перекрывается, т.е. ток почти не увеличивается при увеличении U_си.

Транзисторы с затвором металл-полупроводник (затвором Шоттки) имеют существенно меньшую длину канала (до 0,5…1мкм), что уменьшает все размеры ПТ. Они способны работать на более высоких частотах (до 80ГГц).

Транзисторы с изолированным затвором (металл-диэлектрик-полупроводник—МДП). Есл и в качестве диэлектрика применяется оксид кремния (ОКИСЕЛ) –МОП. МДП-транзисторы бывают двух разновидностей: с индуцированным и со встроенным каналом.

С индуцированным каналом—(рис.в,г) исток и сток—сильнолегированные области, встроенные в слой противоположной проводимости. Между затвором и каналом—диэлектрик. Напряжение U_си не вызывает тока (встречно включены два диода). При подаче на затвор достаточного отрицательного напряжения, в канале индуцируются заряды, противоположные тем, что на затворе. Это соответствует увеличению толщины канала. Чем больше напряжение на затворе, тем больше ширина канала, т.е. проводимость.

В МДП-со встроенным каналом на стадии изготовления транзистора тонкий приповерхностный слой слабо легируется так, что он имеет тот же тип проводимости, что и И и С. Поэтому в таком транзисторе ток протекает даже при U_зи =0.

а, б — с n и p -затворами, с каналами p и n-типа.

в,г – с индуцированными каналами n и p-типа.

д, е – со встроенными каналами n и p-типа.

38 Логические устройства.

Логические элементы работают с представлением информации в двоичном коде, который характеризуется двумя уровнями—1 и 0. При прямом представлении информации 1 соответствует высокому уровню напряжения, 0 —низкому. В устройствах обратной логики 1 соответствует низкому напряжению, 0—высокому. Обычно пользуются прямой (позитивной) логикой, но бывают случаи, когда выгодно использовать обратную логику. В логических устройствах обычно используют в качестве 1 постоянное напряжение (например, 3, 5, 9, 12 В), в качестве логического нуля –0В. Элементы могут иметь прямой или инверсный (т.е. противоположный прямому) входы и выходы.

Л огические элементы на схемах в европейских стандартах обозначаются прямоугольниками, входы слева, выходы—справа. Внутри прямоугольника указывается функция, осуществляемая элементом. Функция задается или таблицей истинности, или языком алгебры логики. Элемент НЕ называется инвертором.

Показанные элементы являются базовыми, т.е. на их основе строятся другие элементы, используемые для построения электрических схем. Элементы могут быть двухвходовыми и более. Есть элементы, позволяющие увеличить количество входов.

Логические элементы обычно выпускаются в виде микросхем. В один корпус может входить несколько элементов, каждый из которых может самостоятельно использоваться в различных частях схемы. Например, в корпусе может быть шесть инверторов. Общими остаются только цепи питания.

8.1.2 Передаточные характеристики элементов. Занятие 64.

П ередаточная характеристика представляет собой зависимость выходного напряжения от входного. Если элемент многовходовой, остальные входы должны быть установлены в такие состояния, которые необходимы для передачи состояния исследуемого входа. Передаточная характеристика существует для каждого из входов. Для примера показана передаточная характеристика инвертора.

При изменении входной величины от нуля до некоторого значения , которая называется пороговым напряжением логического нуля, выходная величина равна единице.

При изменении входного напряжения от некоторого значения , которое называется пороговым напряжением логической единицы, до напряжения источника питания выходная величина равна нулю. В какой-то точке участка АВ, т.е. между двумя пороговыми напряжениями происходит переход из логической единицы в логический ноль. Точка перехода зависит от настройки логического элемента. Однако для безошибочного различения сигналов логического нуля и логической единицы при использовании логических элементов необходимо выполнять следующие соотношения, которые на графике показаны при напряжении питания 5В (для других напряжений соотношения остаются в тех же пропорциях).

1) Логическим нулем считаются напряжения от 0 до 0,4 В.

2) Логической единицей считаются напряжения от 2,4 до 5В.

3) Участок от 0,4 до 2,4 В считается запрещенной зоной, т.е.при различных преобразованиях сигнала его напряжение не должно попадать в запрещенную зону.

Переход из одного состояния в другое происходит не мгновенно, а через некоторое время, называемое задержкой распространения. Задержка распространения из единицы в ноль и задержка распространения из нуля в единицу могут быть не равны друг другу. Задержка распространения измеряется на середине размаха импульса. Обычно пользуются средним арифметическим значением задержки распространения. Эта величина относится к параметрам логического элемента.

К параметрам относятся.

t¹⁰—длительность перехода из единицы в ноль;

t⁰¹—длительность перхода из нуля в единицу.

Быстродействие логического элемента определяется его задержкой распространения, которая имеет величину от единиц нс до десятков нс.

Важными параметрами являются коэффициент разветвления по выходу (количество входов логических элементов, которое можно подключить к одному выходу) и коэффициент объединения по входу (число входов, при которых реализуется логическая функция). Коэффициент разветвления бывает не менее десяти, коэффициент объединения используется редко, т.к. объединение реализовано в логическом элементе.