Главная Бухгалтерия в кармане Учет расходов Экономия на кадровиках Налог на прибыль Как увеличить активы Основные средства
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

+ 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

J, Высокий

ypoSef/b

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^



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

© 2024 Constanta-Kazan.ru
Тел: 8(843)265-47-53, 8(843)265-47-52, Факс: 8(843)211-02-95