Лекции / ЛЕКЦИЯ12_09
.pdf
Рисунок 12.20 – Полевой транзистор флэш-памяти в режиме программирования
(приведение транзистора в состояние «0»)
Электроны в области каналаполучают высокое ускорение, сопровож-
дающееся ростом их кинетической энергии. Столкновение электронов с атомами подложки разогревает кристаллическую решетку кремния. При используемом уровне напряжения электроны не в состоянии достаточно быстро отдавать собст-
венную кинетическую энергию атомам, чтобы сохранить температурный баланс.
Электроны становятся все более«горячими» и многие из них пролетают в окисел под ПЗ и накапливаются в ПЗ.
Накопление электронов в ПЗприводит к смещению (увеличению) порого-
вого (запирающего) напряжения переключения транзистора.
При последующем чтении такойтранзистор остается в закрытом -со стоянии. На выходе – линия подключена к стоку – не возникает тока.
При стирании (перевод из логического «0» в логичекую «1») электроны снимаются с ПЗ.
Для этого напряжение VPP подается на исток, заземляется выбирающий затвор. Сток находится в свободном состоянии (рисунок 12.21).
Рисунок 12.21 – Полевой транзистор флэш-памяти переводится из логическо-
го «0» в логичекую «1» (режим стирания)
При таком включении электроны туннелируют в обратном направлении в область истока, покидая ПЗ (эффект Фаулера-Нордхайма).
Снятие заряда с ПЗ приводит к снижению порогового напряжения пере-
ключения транзистора (записана логическая «1»). При чтении на выходе будет логическая «1», поскольку при подаче соответствующего напряжения чте-
ния транзистор без заряда в ПЗ открывается, и через подключенную к стоку
транзистора линию протекает ток.
Длительность внутренних импульсов VPP при стирании равна примерно
10 мс, что значительно превышает длительность импульсов в режиме записи
(порядка 4 мкс).
12.3.3 Включение ПТ
Включение ПТ схоже со схемами включения БПТ.
Это схемы с общим стоком (ОС) – аналогична схеме с ОК, общий исток
(ОИ) – аналогична схеме с ОЭ, общий затвор (ОЗ ) – аналогична схеме с ОБ.
Включение ПТ по схеме с ОЗ из-за малого входного сопротивления практи-
чески не используется.
Схема с ОИ. Её можно представить в видепо рисунку 12.22 для ПТ с ка-
налом n-типа.
Рисунок 12.22 – Включение ПТ по схеме с ОИ
Исток – общий электрод для входного и выходного сигнала. Добавление
источника входного сигнала uC и RН позволяет снять выходной сигнал(при воз-
действии входного). Коэффициент усиления каскада по напряжениюопреде-
ляется крутизна проходной характеристики:
, |
() |
Динамическое сопротивление канала определяется: |
|
Ri = |
dUC |
|
. |
dIC |
|
||
|
|
U ЗИ =const |
|
|
|
Произведение SRi = m – собственный коэффициент усиления ПТ по напряже-
нию.
Входной сигнал в каскаде по схеме с ОИ ИНВЕРТИРУЕТСЯ.
Схема с ОС. Её часто называют истоковым повторителем, рисунок 12.23.
Используется для получения: малой входной емкости; для преобразования со-
противления вход-выход в сторону уменьшения; для работы с большим вход-
ным сигналом.
Рисунок 13.23 – Включение ПТ по схеме с ОС
Для этой схемы Кu £ 1. Входное сопротивление каскада примерно равно со-
противлению входной цепи.
Входная емкость: СВХ = СЗС + (1 – КU)СЗИ.
Выходное сопротивление при Ri >> RH равно:
. |
() |
При больших RH величина Rвых » 1/S.
Выходная ёмкость определяется:
СВЫХ = СЗС + СЗИ[(1 – КU)/(KU)]. |
() |
Входной сигнал НЕ ИНВЕРТИРУЕТСЯ.
Схема ОЗ. Используется для преобразования низкогоRВХ в высокое RВЫХ,
рисунок 12.24.
Рисунок 12.24 – Включение ПТ по схеме с ОЗ
Входное сопротивление схемы мало и определяется выражением: |
|
; |
() |
12.4 Схемы замещения транзисторов
12.4.1 Малосигнальные физические эквивалентные схемы биполярного транзистора
Линеаризованная модель БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА представле-
на на рисунке 12.25. Она описывается уравнениями (4.8):
dI |
k |
= bdI |
Б |
+ |
1 |
dU |
КЭ |
; dU |
БЭ |
= r |
dI |
Б |
+ gdU |
КЭ |
. |
(4.8) |
|
||||||||||||||||
|
|
|
rКЭ |
|
|
ЭБ |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
dIб |
gdUкэ |
dIк |
К |
|
== |
|||||
|
|
|
|
||
dUбэ |
|
bdIб |
rкэ |
dUкэ |
|
|
rбэ |
||||
Э |
|
|
|
|
|
Рисунок 12.25 – Линеаризованная электрическая модель |
|||||
|
|
биполярного транзистора |
|
|
|
Физический смысл коэффициентов линеаризованного уравнения (4.8) вы-
текает из математических соотношений:
b |
= |
|
d I К |
|
|
, |
|
|
|
|
– дифференциальный коэффициент усиления тока |
||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
dIБ |
|
|
dU КЭ =0 |
|
|||||||
базы; |
|
|
|
|
|
( U КЭ =U КЭ0 ) |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
= |
|
dU КЭ |
|
|
– дифференциальное выходное (внутреннее) сопро- |
||||||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
dI К |
|
|
|||||||||||
КЭ |
|
|
|
|
|
dIБ =0 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
тивление; |
|
|
|
|
|
|
|
|
( IБ =IБ0 ) |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
r |
|
= |
|
dU БЭ |
|
– дифференциальное входное сопротивление; |
|||||||||
|
|
|
|||||||||||||
|
|
dI Б |
|
||||||||||||
ЭБ |
|
|
|
|
|
dUКЭ =0 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
g |
= |
|
dU БЭ |
|
|
|
|
– коэффициент обратной связи по напряжению. |
|||||||
|
|
|
|||||||||||||
|
dU КЭ |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
dIБ =0 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
Параметры линеаризованной модели зависят от режима покоя, поэтому в справочных данных они приводятся для конкретного режима и для другого режи-
ма должны быть пересчитаны, определены экспериментально или графически по ВАХ.
В технической литературе уравнение(4.8) часто приводятся в системе |
|||||
h-параметров: |
|
|
|
|
|
dIk = h21dI Б + h22dU КЭ , |
dU БЭ = h11dI Б + h12 dU КЭ |
(4.9) |
|||
Из (4.8) и (4.9) понятны значения и смысл h-параметров. |
|
||||
Инерционность биполярного транзистора в активном режимеможно оп- |
|||||
ределить введением диффузионной емкости открытого эмиттерного перехода |
|||||
СЭД И зарядной емкости коллекторного переходаСКЗ (рисунок 12.26), где для |
|||||
упрощения принято g = 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Скб |
|
|
dIб |
dIб’ |
|
|
dIк |
К |
|
Сэд |
rб э |
bdIб’ |
rкэ |
dUкэ |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Э |
Рисунок 12.26 – Линеаризованная модель биполярного |
|||||
|
транзистора с учётом инерционности |
|
|||
Практическое использование даже линеаризованных моделей для ручного расчета приводит к достаточно сложным аналитическим выражениям, поэтому в качестве основного способа анализа рекомендуется моделирование.
Для ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА линеаризованное уравнениеимеет
вид:
dI |
c |
= |
¶ Ic |
dU |
зи |
+ |
¶ Ic |
dU |
си |
= SdU |
зи |
+ |
1 |
dU |
си |
, |
(4.13) |
|||
¶U |
зи |
¶U |
си |
r |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|||
где S = |
|
dIC |
|
|
|
– крутизна; |
dU ЗИ |
|
|
||||
|
DUСИ =0 |
|||||
|
|
|
|
UСИ =UСИА |
||
|
|
|
|
|||
ri = |
dUСИ |
|
– внутреннее (выходное) сопротивление. |
|||
|
||||||
dIС |
|
|||||
|
|
|
DU ЗИ =0 |
|||
|
|
|
|
|
|
U ЗИ =U ЗИА |
|
|
|
|
|
|
|
Поскольку |
|
входная цепь (управления) – это обратно смещенныйр-n- |
||||
переход, то его характеристикой в линеаризованном виде является диффе-
ренциальное сопротивление:
r3 = dU ЗИ . dI З
Линеаризованная электрическая модель на основании (4.13) изображена на рисунке 12.27.
3
Сзи
dUзи rз
Сзг
|
|
|
|
dIc |
C |
|
|
|
|
|
|
SdUзи |
|
|
ri |
Сcи |
dUси |
|
|
||||
|
|
|
|
|
И |
Рисунок 12.27 – Линеаризованная электрическая модель ПТ
Инерционность ПТ определяетсяконечным временем переноса носите-
лей в области каналаи наличием межэлектродных паразитных емкостей:
входной СЗИ, выходной – ССИ, проходной – СЗГ.
В диапазоне частот входных сигналов до нескольких десятков мегагерц -ос новное влияние оказывают паразитные емкости, обозначенные пунктиром на ри-
сунке 12.27.
Как управляемый элемент, полевой транзистор с управляемым р-n-
переходом не очень удобен:
– входное сопротивление сохраняется высоким только при подаче на за-
твор запирающего напряжения;
– полярность запирающего напряжения противоположна полярности источника питания, то есть для работы этого элемента требуется два разнопо-
лярных напряжения, что приводит к усложнению схемы. От этих недостатков свободны полевые транзисторы с изолированным затвором.
12.4.2 Малосигнальные схемы замещения транзистора
В общем случаетранзистор представляет собой активный(способный преобразовывать энергию источника сигнала) нелинейный четырехполюсник
(рисунок 12.28а). Его можно описать семействами характеристик– нелинейными функциями двух переменных:
. (А)
В зависимости от схемы включения транзистора величинамi1, i2, u1, u2 соот-
ветствуют те или иные реальные токи и напряжения.
Рисунок 12.28 – Транзистор как нелинейный четырёхполюсник
Однако на практике часто приходится сталкиваться с задачей усиления
малых сигналов. В этом случае на постоянные составляющие токовI(0) и напря-
жений U(0) (определяющих рабочую точку транзистора) наложены малые пере-
менные сигналы D i(t), D u(t) или:
()
Связи между малыми приращениями линейны и определяются полными дифференциалами функций f1 и f2:
()
Частные производные перед независимыми переменнымиобозначим символами h11, h12, h21, h22 и будем называть h-параметрами транзистора. (В за-
висимости от схемы включения в обозначения добавляется индекс, например, h11Э или h11Б или h11К).
Зададим приращения токов и напряжений в виде малых гармонических
колебаний. Тогда эти уравнения можно записать:
U1m = h11 I1m + h12 U2m ; |
|
I2m = h21I1m + h22 U2m . |
() |
Данным уравнениям соответствует эквивалентная схема(рисунок
12.28б). Из уравнений вытекают смысл и наименование h-параметров:
,
это входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе
для малой переменной составляющей тока;
,