Интегрирующая цепь - интегральный резистор

C R дифференцирующая цепь

Рассмотрим две последние схемы подробнее, т.к. они часто применяются в схемотехнике.

Дифференцирующая цепочка.

(U_выхU_вых^*)=

U_вых/U_вх На ВЧ U_вых  U_вх,

1на НЧ U_вых  0, т.е. получили фильтр высоких частот ВЧФ



Для синусоидального сигнала

R>> 1кОм.

Для импульсного сигнала диаграмма будет такая: U_вх

0

U_вых

U_вх U_вых 0

Интегрирующая цепочка. Линия задержки. Фильтр низких частот.

U_вых/U_вх 1

U_вх R_н U_вых

логарифм. масштаб

. при больших RС, U_вых<<U_вх  т.е. ток пропорционален U_вх, почти идеальный генератор.

Выход фильтра низких частот (ФНЧ) можно использовать как самостоятельный источник питания:

U_вх

участок линейной зависимости имеет 10%

t ошибку при1 0% изменении входного напряжения.

U_вых Z_вых  Z_С 0 на высоких частотах.

Для U_вх в схеме ФНЧ нагрузка - R 1 кОм плюс сопр-ние

t нагрузки - на низких частотах, на высоких –

только 1 кОм.

В качестве генератора тока используют резистор большого номинала.

Можно получить также аппроксимацию пилообразного сигнала.

Вернемся к резистору. Эквивалентная схема резистора представляет собой фильтр низких частот с постоянной времени =RC/2.

Время нарастания фронта от 0,1 до 0,9 амплитуды составляет 2,2, ширина полосы по уровню 3 дБ (частота сопряжения) , RC.

Частотная характеристика интегрального резистора с учетом его эквивалентной схемы фильтра низких частот:

U_вых/U_вх 1

0  (логарифмический масштаб)

_-3дБ = 1/RC

Точка -3 дБ находится на частоте f = 1/2RC.

Высокочастотные параметры резисторов

R, кОм		tфронта	Ширина полосы
1	113 пс	0,25 нс	1,41 ГГц
10	11,3 нс	24,8 нс	14,1 МГц
50	281 нс	619 нс	3,5 МГц
100	1,13 мкс	2,48мкс	141 кГц
200	4,5 мкс	9,9 мкс	35 кГц
300	10,1 мкс	22,3 мкс	16 кГц

Температурную зависимость номинала резистора характеризуют т.н. температурный коэффициент сопротивления (резистора) - ТКС (ТКР).

R = R⁰(1 + TKC T), T- диапазон температур, R⁰ - сопротивление при комнатной температуре.

Для самого распространенного типа ИР в сжатом базовом слое (пинч-резистор),

ТКС=2-5 мВ/град.

Конденсатор. В интегральных схемах используют два вида конденсаторов: на р-n-переходах и пленочные.

Все обратно-смещенные переходы обладают барьерной емкостью

-

удельная емкость равновесного р-n-перехода (1фФ/мкм²), для перехода Б-Э эта величина может быть 50-1000 пФ/мм² в зависимости от концентрации областей. Напряжение пробоя p-n-перехода U_{проб.БЭ}  7 В, U_{проб.БК}  50 В соответственно.

Для пленочных конденсаторов -

R C₁

n n⁺

С_0пл  350 пФ/мм², d_ок =100нм

U_проб  60 В p C_кп

Интегральные конденсаторы имеют не только паразитное

сопротивление, но и паразитную емкость, которая может иногда приводить к значительному ослаблению сигнала.

Для С = 50 пФ (L = W): R  1 Ом,

А = 0,15 мм² =  10 ИБТ

100 МДПТ.

Добротность Q _{f =1 МГц}  3000, (=f/f).

При использовании перехода Б-К паразитная емкость КП составляет примерно 90% основной, поэтому коэффициент передачи напряжения будет  0,5.

Для МДП- конденсатора (в биполярной схеме) С₁/С_пар  4, значит, коэффициент передачи напряжения  0,8.

С_МДП почти не зависит от напряжения смещения, полярность любая (для ИБТ - только обратное смещение р-n- перехода.

Для синусоидального источника питания ток в конденсаторе опережает входное напряжение на 90⁰.

Индуктивность. Элемент, необходимый для получения магнитного поля, характеризуется большим числом витков, желательна 3-мерная структура. В планарном исполнении номиналы индуктивностей - единицы наноГенри при больших площадях и больших паразитных сопротивлениях, поэтому добротность Q весьма низкая.

U_L = LdI/dt.

В АИС индуктивности не используются, в некоторых применениях LC цепи заменяют на RC.

Для схем с обязательными индуктивностями (высокой и промежуточной частоты) используют гибридные катушки (навесные элементы). В гибридных СВЧ- схемах могут быть использованы тонкопленочные спирали.

Л Е К Ц И Я 3

АКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ АИС

Интегральный диод.

В схемотехнике АИС диоды считаются пассивными элементами с нелинейной ВАХ. Падение напряжения на диодах составляет 0,6 - 0,9 В и является функцией величины тока через диод.

Идеальный диод моделируется уравнениями ВАХ: которые выглядят в графической форме так: эксперимент аппроксимация

I I_max I

I₀ U I₀ U_д.гр U_д U

Величина I₀ может составлять от 10^-18 до 10^-15 А/cм², и зависит от площади р-n-перехода и градиента концентраций.

В схемотехнике АИС важным параметром является проводимость или дифференциальное сопротивление диода

. r_Д/r₀, R_Д/R₀ (пост.ток - - - ) r_Д/r₀, R_Д/R₀

1

1

-1 0 1 2 3 5 I/I₀ -1 0 1 2 3 U/_T

В интегральной биполярной структуре

возможно использовать в качестве диода

любой р-n-переход: Б-Э, Б-К, переход К-П –

интегральная структура паразитный.

Возможны следующие виды реализации

диодов:

1 2 3 4 5 6

Схема	Включе- ние	Послед. сопротивл.	Прямое падение U при I=10 мА	Uпробоя	Время рассасы-вания, нс	Паразитн. p-n-p тран-зистор
1	UБК = 0	(rК+rБ)/	0,85 В	низкие, 7 В	6	нет
2	UБЭ= 0	rБ/+rК	0,94 «	высокие,>40 В	90
3	IК = 0	rБ	0,96	7 В	70	нет
4	IЭ = 0	rБ+rК	0,95	> 40 В	130
5	UКЭ = 0	rБ	0,92	7 В	150
6	IЭ = 0	rБ+rК	0,95	> 40 В	80
ДШ			0,25-0,4		0	нет

Лучший вариант - схема №1: паразитное сопротивление минимально и составляет единицы Ом, отсутствует эффект подложки.

Недостатки - низкое пробивное напряжение 6-9 В.

Полная зквивалентная схема ИД и схемы реализации №1 :

К А

r_K I_П

П  катод анод r_Б r_K

I_КД

Б

r_Б I_ЭД

Э К

Параметры диода, часто используемые в схемотехнике:

крутизна или динамическая прямая проводимость

температурный коэффициент напряжения -ТКН

T- температурный диапазон, U_Д⁰ - падение напряжения на диоде при комнатной температуре. Величина ТКН для кремниевых р-n -переходов типа Б-Э составляет  2мВ/град.

Некоторые схемы на диодах. Диодные цепи могут реализовывать функции выпрямления, стабилизации, ограничения напряжения.

Выпрямление. Е R_н U_н

Ограничители напряжения.

Вх вых U_вых5,6 (5.8) В -ограничение для входов КМДП-

схем

+5 В U_вх> -70 В (пробой в дискретных диодах)

U_вых0,6 (0.8) В, двусторонний ограничитель.

Ограничитель без смещения на 0,6 (0.8) В и с температурной стабилизацией.

U_вх B

Плечо D2R1  - 0.6 В в т. А на катоде D1,

D1 открыт, в т.В U_B=0, входной ток пропорционален U_вх.

Температурная разница диодов минимальна,

R1 должен быть таким, чтобы ток через D2 был

D2 D1 гораздо больше тока через D1.

A

-0.6 В

R1

-U

Интегральные транзисторы.

Структуры транзисторов.

npn-ИБТ pnp-ИБТ

Э Б К П К Э Б П

^{n+ p n+ p p+ p+ n+ p}

p n p _n+

_n+