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 Принимая ширину канала равной 5 мкм, получим L = 33 мкм при W/L = 0,154. Следует обратить внимание на большое различие геометрических размеров транзисторов. Отношение (W/L) нагрузочного транзистора в 28,9 раза превышает отношение (1/L)ynp управляющего транзистора. Как ХаракшЕристика упраВл транзистора Ь пологой области HQi.tjsDf пранзистора Рис. 5.8. Вольтамперные характеристики управляющего транзистора и нагрузочная линия нагрузочного транзистора, з.и.н = пит -f/вых; 3. и. упр-напряжение затвор-исток управляющего транзистора равно (/вх; fnop. упр - пороговое напряжение управляющего транзистора; t/nop. н ~ пороговое напряжение нагрузочного транзистора; t/c. и. упр - напряжение сток - исток управляющего транзистора = t/вых- будет показано дальше, с ростом отношения (U7/L)h/( W)ynp растет коэффициент усиления и помехоустойчивость инвертора. 3. Статические передаточные характеристики для случая соединения истока с подложкой. Для анализа работы инвертора удобно пользоваться его статической передаточной характеристикой, представляющей собой зависимость выходного напряжения от входного На рис. 5.8 представлено семейство вольтамперных характеристик управляющего транзистора и нелинейная нагрузочная линия. Проводя анализ для низких частот, можно пренебречь влиянием емкостей и приравнять токи нагрузочного и управляющего транзисторов: \и -и -и 12= о 1*-пит -вых *-пор. hJ [t/BX-t/ op.ynpf (5.8) (левая часть уравнения определяет ток нагрузочного транзистора, правая часть - управляющего; Uw = Ucu)-Преобразуя уравнение ( 5.8), получим нормализованную зависимость выходного напряжения от входного: пор. упр сч ~ пор. н - и пор н где ря = Рупр/рн. Уравнение (5.9) представляет собой линейную зависимость, оно справедливо при условии, что управляющий транзистор работает в пологой области характеристик. В крутой области характеристик ток управляющего тран- + 1, (5.9) зистора равен /упр= -рупр ((вх (пэр'упр) вых 2 Вновь приравнивая токи транзисторов, получим следующее нормализованное уравнение передаточной характеристики: вых пор. н и пор. упр пор. и / вх ~ и пор. упр Uq.u~ и пор пор. упр Нем - и, пор /с + Р/?), (5.10) где Рн = рупр/Рн*, знак минус относится к транзистору с каналом /?-типа. Зависимости, построенные по выражениям (5.9) и (5.10), приведены на рис. 5.9. Положим для примера f/nop. упр = fnop н = -5 в, ц^ = f/jjjj = -15 е. Тогда напряжение на выходе равно -10 в и остается постоянным до тех пор, пока входное напряжение увеличивается от О до -5 в. Когда входное напряжение достигает этой величины, управляющий транзистор начинает открываться. Оба транзистора работают в пологой области характеристик (область II), в которой выходное напряжение является линейной функцией входного напряжения. Угод наклона характеристики в области II, равный коэффициенту усиления инвертора, можно определить, дифференцируя уравнение (5.9) по f/вх: (W/L) упр WlL)u (5.11) Из (5.11) видно, что в линейной области передаточной характеристики коэффициент усиления инвертора не пор.нпр 0,6 0,8 Ю (Вх-%.упрИсм-пор.и) 1 -3 -5 -7 -3 -11 -13 -15 -17 Рис. 5.9. Статические передаточные характеристики /выч = /(/вч). зависит от приложенного напряжения и определяется только геометрическими размерами транзисторов). Линейность передаточной характеристики инвертора в области II объясняется тем, что оба транзистора работают в пологой области характеристики и их токи описываются одинаковой квадратичной зависимостью. ) Из уравнения (5.11) вытекает также метод определения отношения W/L транзисторов в случае, когда такие параметры транзисторов, как /и fcM. уравнение (2.15)], неизвестны. По мере увеличения \Ubx\ рабочая точка сдвигается в нелинейную область III, где управляющий транзистор переходит в крутую область характеристик Области II и III разделяются прямой линией, проходящей через точку f/nop. упр (в рассматриваемом примере точка - 5 в). Уравнение этой разделяющей прямой f/вых = f/вх - f/nop. упр (5.12) по существу совпадает с уравнением (2.18). На рис. 5.10 приведены экспериментальные передаточные характеристики двух инверторов. Верхняя характеристика относится к инвертору, состоящему из одного Тангенс угла наклона=-yf/p -/ Тангенс угла маклона Граничная прямая /тангенс угла наклона^-И Рис. 5.10. Осциллограммы передаточных характеристик. Масштаб по вертикали 0,5 в1см\ масштаб по горизонтали 0,5 ejcM. нагрузочного и одного управляющего транзисторов, у которых размеры каналов одинаковы. Вследствие этого коэффициент усиления инвертора равен единице (] 1/1 = l). Нижняя характеристика относится к инвертору, образованному из пяти одинаковых транзисторов, один из которых нагрузочный, а четыре - управляющие, включенные параллельно. Так как ширина канала эквивалентного управляющего транзистора в четыре раза больше ширины канала нагрузочного транзистора, то в соответствии с уравнением (5.11) коэффициент уси- ления инвертора равен 2. Как видно из рис 5.10, общий вид экспериментальных характеристик и наклон в линейной области хорошо согласуются с расчетными характеристиками ) (рис. 5.9). При рассмотрении статических переходных характеристик предполагалось, что пороговое напряжение нагрузочного транзистора остается постоянным во всем о Низт yi -и J, Высокий
Рис. 5.11. Схема для определения помехоустойчивости. диапазоне изменения выходного напряжения. Это не совсем верно для ИС (рис. 5.1,6), однако такое упрощение было использовано для пояснения физического смысла статических передаточных характеристик. С помощью характеристик, приведенных на рис. 5.9, можно исследовать помехоустойчивость схемы инвертора 2). Помехоустойчивость можно определить в общем случае как способность схемы давать правильный сигнал на выходе при воздействии на входе сигналов помехи. Поясним понятие помехоустойчивости на примере кас- ) Очевидно, схема на рис. 5.9 может быть использована в качестве линейного усилителя. В простейшей схеме инвертора без отрицательной обратной связи может быть получен линейный участок характеристики в широком диапазоне изменения выходного напряжения (см. разд. 6.4). 2) Более подробно помехоустойчивость инвертора рассмотрена в работе [1]. када из трех инверторов (рис. 5.11). Предположим, что инверторы идентичны, тогда для всех трех инверторов будет справедлива одна и та же передаточная характеристика (рис. 5.12). Помехоустойчивость практически определяется величиной напряжения, необходимого для перевода рабочей точки в область характеристики с высоким коэффициентом усиления (область II). -Область сбольиш-м /тффии,аентом усиления Помехоустойчивость Поме ко- i\ Включенного устичиВ.\ \ iiMBepmopaWnmUnop и^. Порог ТрЗ Ко) бх Выключенный инвертор включенный инвертор Рис. 5.12. Передаточная характеристика инвертора, иллюстрирующая понятие помехоустойчивости. Помехоустойчивость закрытого инвертора 3 равна разности порогового напряжения транзистора ТрЗ и остаточного напряжения на транзисторе Тр2. Другими словами, помехоустойчивость равна напряжению, которое в сумме с напряжением на затворе ТрЗ (которое равно Loct) вызовет открывание ТрЗ, т. е. Uaov-ост (рис. 5.12). Рассмотрим теперь инвертор 2, напряжение на входе которого равно напряжению питания минус пороговое напряжение нагрузочного транзистора в инверторе 1. Разность между напряжением на входе Тр2 и границей области II определяет помехоустойчивость, открытого инвертора. Следует отметить, что найденная выше величина помехоустойчивости (т. е. напряжения, необходимого для перевода рабочей точки в область II) определен^ |
© 2024 Constanta-Kazan.ru
Тел: 8(843)265-47-53, 8(843)265-47-52, Факс: 8(843)211-02-95 |