Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции / Лекции по АИС до ОУ.doc
Скачиваний:
129
Добавлен:
16.04.2013
Размер:
1.11 Mб
Скачать

Интегрирующая цепь - интегральный резистор

C R дифференцирующая цепь

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

Дифференцирующая цепочка.

(UвыхUвых*)=

Uвых/Uвх На ВЧ Uвых  Uвх,

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

Для синусоидального сигнала

R>> 1кОм.

Для импульсного сигнала диаграмма будет такая: Uвх

0

Uвых

Uвх Uвых 0

Интегрирующая цепочка. Линия задержки. Фильтр низких частот.

Uвых/Uвх 1

Uвх Rн Uвых

логарифм. масштаб

. при больших RС, Uвых<<Uвх  т.е. ток пропорционален Uвх, почти идеальный генератор.

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

Uвх

участок линейной зависимости имеет 10%

t ошибку при1 0% изменении входного напряжения.

Uвых Zвых  ZС 0 на высоких частотах.

Для Uвх 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:

Uвых/Uвх 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 Uпроб.БЭ  7 В, Uпроб.БК  50 В соответственно.

Для пленочных конденсаторов -

R C1

n n+

С0пл  350 пФ/мм2, dок =100нм

Uпроб  60 В p Cкп

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) С1пар  4, значит, коэффициент передачи напряжения  0,8.

СМДП 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.

UL = 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 Imax I

I0 U I0 Uд.гр Uд 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

. rД/r0, RД/R0 (пост.ток - - - ) rД/r0, RД/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

rK IП

П  катод анод rБ rK

IКД

Б

rБ IЭД

Э К

Параметры диода, часто используемые в схемотехнике:

крутизна или динамическая прямая проводимость

температурный коэффициент напряжения -ТКН

T- температурный диапазон, UД0 - 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 Rн Uн

Ограничители напряжения.

Вх вых Uвых5,6 (5.8) В -ограничение для входов КМДП-

схем

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

Uвых0,6 (0.8) В, двусторонний ограничитель.

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

Uвх B

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

D1 открыт, в т.В UB=0, входной ток пропорционален Uвх.

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+

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.