Конструирование и технология полупроводниковых интегральных микросхем на униполярных транзисторах. Чернышова Т.И - 13 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

1 – U
и.п
; 2 – U
З
= U
и.п
+ U
0
; 3 –
U
з
> U
и.п
+U
0
Рассмотрим вначале более простой случай, когда нагрузочный транзистор Т
1
включен как нелиней-
ный двухполюсник (затвор объединен со стоком). Вольт-амперной характеристикой такого двухполюс-
ника является геометрическое место точек, в которых выполняется условие U
c
= U
з
. Она представляет
собой параболу, целиком лежащую в пологой области стоковых характеристик (кривая 1 на рис. 10) и
описываемую выражением
(
)
2
0з0c
2/ UUSI −= .
Основной статической характеристикой инвертора является его передаточная характеристика U
вых
=
f(U
вх
), по которой легко рассчитать остальные статические характеристики схемы: амплитуду логиче-
ского перепада (U
вых max
– U
вых min
), потребляемую мощность, статическую помехоустойчивость.
Рис. 11 Передаточная характеристика инвертора с нелинейной нагрузкой
Рассмотрим передаточную характеристику инвертора (рис. 11). При этом будем считать пороговые
напряжения ключевого Т
2
и нагрузочного Т
1
транзисторов одинаковыми: U
01
= U
02
= U
0
, что характерно
для схем в интегральном исполнении. Влияние подложки полагаем пренебрежимо малым, что хорошо
выполняется для низколегированной подложки с концентрацией примеси не более 10
15
см
–3
. в общем
случае на передаточной характеристике можно выделить три участка. На участке АВ ключевой транзи-
стор закрыт, а напряжение на выходе инвертора
0и.п01и.пвых
UUUUU −=
−
=
. (24)
Участок ВС является переходным, где оба транзистора открыты и работают в пологой области то-
ковых характеристик. На участке СD рабочая точка ключевого транзистора переходит в область стоко-
вых характеристик с большой крутизной.
Закон изменения выходного напряжения для участка СD можно получить из условия равенства то-
ков транзисторов Т
1
и Т
2
:
()
(
)
[
]
2
вых0вхвых02
2
0выхи.п01
2 UUUUSUUUS −−=−− .
Отсюда
() ()
[]
()( )
1
111
2
0и.п
2
0вхи.п0вхи.п
вых
+
−+−+−+−+−+
=
m
UUmUmmUUUmmUU
U
,
(25)
где m = S
02
/S
01
– отношение значений удельной крутизны транзисторов инвертора.
Обычно статический режим инвертора рассчитывают так, чтобы при заданных значениях
0
вхвх1
UU ≤ и
1
вхвх2
UU ≥ (26)
получились выходные напряжения, удовлетворяющие неравенствам:
1
выхвых1
UU ≥
;
0
выхвых2
UU ≤
. (27)
Подставляя вторые неравенства (26), (27) в (25), получим выражение для расчета отношения значе-
ний удельной крутизны ключевого и нагрузочного транзисторов, при котором выполняется заданный
статический режим:
(
)
()()
2
0
вых0
1
вх
0
вых
2
0
вых0и.п
2 UUUU
UUU
m
−−
−−
≥
. (28)
Если концентрация примесей в подложке больше 10
15
см
-3
, то необходимо учитывать влияние под-
ложки. Из схемы рис. 9 видно, что между истоком и подложкой нагрузочного транзистора Т
1
имеется
разность потенциалов, которая изменяет пороговое напряжение транзистора U
01
, а следовательно, и вы-

Страницы