Главная -> Работа транзистора 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 J02. Г лава 3 5. 6. ЛИТЕРАТУРА!) Sevin L J., Field-effect Transistors, Texas Instruments Electronics Series, McGraw-Hill, New York, 1965; русский перевод: Севин Л., Полевые транзисторы, изд-во Советское радио , 1968. .Heiman F. Р., Н о f s t е i п S. R., Metal-oxide-semiconductor Field-effect Transistors, Electronics, pp. 50-61 (Nov. 30, 1964). .Harrap v.. Pier son G., Kuehler H., Lovelace B. K-, Researchers Turn to Germanium for a MOS Field-effect Transistor, Electronics, pp. 64-68 (Nov. 30, 1964). Latham D. C, L i n d h о 1 m F. A., Hamilton D. J., Low-frequency Operation of Four-terminal Field-effect Transistors, IEEE Trans. Electron. Devices, ED-11, Ш 6, 300-305 (June 1964). Sherwin J. S., Voltage Controlled Resistor, Solid State Design, p. 12 (Aug. 1965). Martin T. В., Circuit Applications of the Field Effect Transistor, Semicond. Prod., part I, 33-39 (Febr. 1962); part II, 30-38 (March 1962). Fang F., Triebwasser S., Carrier Surface Scattering Inversion Layers, IBM J. Res. Develop., 8, № 4, 410-415 (Sept 1964). Fowler A. В., Fang F., Hochberg F., Hall Measurements on Silicon Field Effect Transistor Structures, IBM J. Res. Develop., 8, № 4, 427-429 (Sept. 1964). С о 1 m a n D., M i z e J., Hole Mobility in P-type Inversion Layers on Thermally Oxidized Silicon Surfaces, IEEE Solid-state Device Res. Conf., Evanston, 111., June 1966. M i z e J., Texas Instruments Inc., частное сообщение. nn.J Статьи, отмеченные звездочкой, опубликованы в русском пеое-воде в журнале Электроника (Electronics). - Прим. ред Глава ПЕРЕХОДНЫЙ ПРОЦЕСС МОП-транзисторы относятся к весьма быстродействующим приборам, собственная предельная частота которых находится в области 1 Ггц Однако в реальных схемах фактически частота переключения оказывается на два-три порядка ниже собственной частоты. Низкая скорость переключения объясняется влиянием паразитной емкости^), которую необходимо перезаряжать в течение переходного процесса. В данной главе рассматриваются процессы переключения МОП-транзисторов. 4.L ПРЕДЕЛЬНАЯ ЧАСТОТА Напомним, что коэффициент добротности приборов, управляемых напряжением, равен gm/Свх, где Свх - входная емкость прибора Это отношение соответствует ширине полосы частот самого прибора на уровне 3 дб). Крутизна транзистора в пологой области характеристики определяется выражением (3.3): g- =-Р(з - fnop) Входная емкость - это емкость плоского конденсатора с площадью пластин, равной А, и расстоянием между пластинами /и: (4.1) !) Паразитная емкость определяется как емкость, которая не является необходимой для работы транзистора. Поэтому емкость сток - подложка при расчете предельной частоты исключается. Идеализированная модель транзистора имеет пренебрежимо малую паразитную емкость Этим условиям соответствует предельная частота. 2) Произведение крутизны на полосу частот и предельная частота МОП-транзисторов рассмотрены в работе [3], указанной в литературе к гл. 2. Из выражений (3.3) и (4.1) получим коэффициент добротности ) (f/s-f/nop). (4.2) Как видно из уравнения (4.2), коэффициент добротности зависит от длины канала (в направлении протекания тока) и не зависит от его ширины. Следовательно, о (\\ Выход г 4= J Рис. 4.1. Эквивалентная схема для определения предельной частоты. При увеличении ширины канала предельная частота не возрастает, так как с ростом крутизны одновременно возрастает и емкость. Например, у кремниевого транзистора с параметрами L = 5 мкм, ,i == 200 см/в - сек собственная предельная частота в режиме f/g-f/nop = - Ю в равна: (4.3) (В реальных схемах, где преобладает влияние паразитных емкостей, предельная частота переключения ограничена величиной 1-2 Мгц ) Физический смысл предельной частоты можно пояснить с помощью упрощенной малосигнальной эквивалентной схемы МОП-транзистора, приведенной на рис. 4.1. Входная цепь состоит из емкости затвора и сопротивления канала, равного в первом приближении \/gm- Поскольку сопротивление участка затвор - канал имеет очень большую величину, в эквивалентной схеме оно не учитывается Отметим, что напряжение на емко- ) См. работу [15], стр. 345, указанную в литературе к гл. 2. сти, являющееся управляющим напряжением, не обязательно должно быть равно входному напряжению. Если предположить, что паразитная емкость равна нулю, а нагрузка чисто активная, то отсутствует задержка по времени между выходным и управляющим напряжениями. Для рассмотренного примера скачок входного па-пряжения проходит через емкость Сз с задержкой, равной примерно 0,2 нсек [уравнение (4.3)]. Напряжение на выходе совпадает по времени с управляющим (f/ynp), Входной импульс Кооптае , пвреонии и заонии Фронты импульса num Измерительная обмотка . К ш,арокополосиому стробоскопическому осииллографу и Рис. 4.2. Схема измерения собственной постоянной времени транзистора Т. е. идеализированная схема обладает очень малым временем переключения. Совсем другой результат получится, если учесть паразитную емкость на выходе. Как и в первом случае, входной скачок проходит через Сз с задержкой 0,2 нсек. Через 0,2 нсек включается генератор и начинает вырабатывать ток, равный gmf/ynp. Однако теперь требуется значительно большее время для установления выходного напряжения Для оценки реальной скорости переключения рассмотрим характерные для ИС значения параметров. Используя соотношение = = Cf7, при Спар=1 <5, и=\0 в, / = 0,2 ма, получим время переключения, равное 50 нсек. Это в 250 раз больше собственного времени переключения. Измерение собственной постоянной времени может быть проведено при фиксированном напряжении сток - исток (чтобы не происходил перезаряд выходной емкости) путем измерения реакции выходного тока на скачок входного напряжения Измеряя временные параметры выходного тока, можно определить значение предельной частоты транзистора. Схема измерения приведена на рис. 4.2. 4.2. ВРЕМЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ МОП-ТРАНЗИСТОРА 1. Схема с общим истоком. На рис. 4.3 приведена схема, используемая для измерения времени включения МОП-транзистора, работающего на емкостную нагрузку (на схеме изображен транзистор с каналом р-типа). о О С^0,004мкф Рис. 4.3. Схема, используемая для измерения времени включения МОП-транзистора, работающего на емкостную нагрузку. Конденсатор С заряжается через большое сопротивление R и разряжается через МОП-транзистор. Предполагается, что сопротивление R мало влияет на время включения ). На рис. 4.4 показана траектория рабочей О В случае инвертора, выполненного в виде ИС, на управляющем транзисторе, находящемся в открытом состоянии, может падать существенная часть напряжения, которая определяется величиной статического тока нагрузки. Из-за этого тока время включения инвестора будет несколько иным. Учет тока нагрузки /н требует очень громоздких алгебраических преобразований По мнению автора, результат, который дают эти выкладки, не позволяет считать их целесообразными, поэтому при анализе времени включения ток /н не учитывается. Как будет показано ниже, полное время переключения реальной схемы инвертора ограничивается нагрузочным транзистором. По этой причине нет необходимости в более гочном расчете времени включения. ТОЧКИ транзистора в случае скачка напряжения на входе, наложенная на семейство характеристик этого прибора. Когда Tpl закрыт, конденсатор заряжен до напряжения f/пит (точка Pi). При мгновенном изменении напряжения на затворе до отрицательной величины рабочая точка за пренебрежимо малое время перемещается из Р\ в 2. От точки Рг ДО точки Рз транзистор Пологая область характеристик Траектория рабочей точки Рис. 4.4. Траектория рабочей точки при включении транзистора. работает в пологой области и представляет собой генератор постоянного тока, при этом /c=--(f/3-fnop) Следовательно, время перехода из Р2 в р3 равно .Си 2C\U2~Ui\ /с 1Р1(з - пор)2 (4.4) Уравнение (4.4) определяет время заряда емкости до заданного напряжения генератором тока. Когда рабочая точка достигает р3. условия изменяются, так как рабочая точка транзистора переходит в крутую область характеристики, в которой справедливо уравнение (3.19). |
© 2024 Constanta-Kazan.ru
Тел: 8(843)265-47-53, 8(843)265-47-52, Факс: 8(843)211-02-95 |