Пассивного транзистора

Часть электрической цепи, имеющая два вывода, с помощью которых она соединяется с другой частью цепи, называется двухполюсником. Различают пассивные и активные двухполюсники. Пассивные двухполюсники содержат только пассивные элементы, активные — как пассивные, так и активные элементы. Например, справа от точек а и Ь на 1.1,в расположена схема пассивного двухполюсника, соединенного с активным двухполюсником, схема которого дана слева от указанных точек. Справа и слева от точек с и d на 1.1, г расположены схемы двух активных двухполюсников, а между этими точками — пассивный двухполюсник.

где U, I к гвх - напряжение между выводами, ток и входное сопротивление пассивного двухполюсника.

Введенные здесь понятия об активном и реактивном сопротивлениях неразветвлённой цепи применяются и для характеристики более сложных цепей. В общем случае можно говорить об активном и реактивном сопротивлениях любой пассивной цепи синусоидального тока, имеющей два вывода, т. е. пассивного двухполюсника.

И ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПАССИВНОГО ДВУХПОЛЮСНИКА

На 2.27 внешний относительно источника энергии пассивный участок цепи представлен в виде пассивного двухполюсника П. Параметром такого пассивного двухполюсника является его входное комплексное сопротивление, т. е. комплексное сопротивление между выводами а и Ъ:

где U = UL\lt и / =/ Lifrj — комплексные значения напряжения и тока цепи; >f = фи — ф. — аргумент комплексного сопротивления, причем (^ < я/2. Из полученного выражения следует, что любой пассивный двухполюсник можно представить эквивалентной схемой замещения, состоящей из последовательного соединения элемента с активным сопротивлением г и элемента с реактивным сопротивлением х. Полное сопротивление пассивного двухполюсника определяется по (2.49а). В зависимости от знака реактивного сопротивления х комплексное сопротивление пассивного двухполюсника имеет индуктивный (х > О, 2.26, а) или емкостный (х< 0, 2.26,6) характер.

На 2.28 для пассивного двухполюсника^а. 2..27 построены векторные диаграммы, на которых U = г/к U- =jxf - активная и реактивная составляющие напряжения U между выводами пассивного двухполюсника.

И ПОЛНАЯ МОЩНОСТИ ПАССИВНОГО ДВУХПОЛЮСНИКА

Разнообразие физических явлений в элементах цепей синусоидального тока усложняет задачу формализации методов анализа энергетических процессов. Определим мгновенную мощность пассивного двухполюсника, который подключен к источнику ЭДС, так что его мгновенная мощность равна мгновенной мощности источника ( 2.30, а) при напряжении и токе:

Из (2.54) следует, что средняя мощность пассивного двухполюсника за период (равная средней мощности источника)

Угол сдвига фаз между напряжением и током (р - ф — ф. зависит от параметров г и х элементов эквивалентной схемы замещения пассивного двухполюсника (см. 2.27) .

На 8.2, а приведена передаточная характеристика инвертора. Графический метод ее построения и форму можно пояснить с помощью 8.2, б. На нем сплошными линиями показаны стоковые характеристики активного транзистора при разных входных напряжениях: tfBxr, > U вх4 > ••• > tf вх! > tfnop а- Штриховой линией показана характеристика пассивного транзистора. Она развернута в обратную сторону: при высоких напряжениях, удовлетворяющих условию tf,,.ni— tfси„ас.п< 1/„ых< tfii.m, получается крутой участок, а

напряжение насыщения пассивного транзистора, равное tfsHn — tfnop.n ltfncp.nl- Для простоты будем считать, что ВАХ в пологой области (в режиме насыщения) параллельны оси абсцисс, т. е. пренебрежем эффектом подложки в пассивном транзисторе (см. §4.1) и эффектом модуляции длины канала.

Вольт-амперная характеристика пассивного транзистора на 8.2, б (штриховая линия) построена без учета «эффекта подложки», т. е. зависимости ^пор.пС^ип п'1 гДе ^ип п— напряжение исток—подложка пассивного транзистора, равное 1/вых + ?/и.П2. С ростом ?/вых °т U° Д° Uг пороговое напряжение 1/пор.п1 и ток насыщения пассивного транзистора 1С нас п снижаются (1С нас п = (Ka/2)U^opn при напряжении затвор—исток пассивного транзистора f/зип = 0)- Соответствующая ВАХ показана на 8.2, б пунктирной линией. При этом уменьшается крутизна передаточной характеристики (штриховая линия на 8.5) и помехоустойчивость. Влияние эффекта подложки незначительно, если мало относительное изменение напряжения исток—подложка ~ ил/(и"-\- 1/„.п2). Это достигается при достаточно большом

Чем меньше (/Пор.п1> тем больше относительное изменение тока насыщения пассивного транзистора и искажение формы передаточной характеристики. Поэтому значение t/nop.n выбирается достаточно большим (1...2 В) и превышает ^пор.а- Как следует из §4.2, в транзисторах с коротким каналом эффект подложки выражен слабее. Это дает возможность получить удовлетворительные параметры инвертора при (УИ.П2 = 0.

Когда входной импульс кончается, инвертор переключается из открытого состояния в закрытое. Считая приближенно, что ток активного транзистора прекращается мгновенно, получаем, что нагрузочная емкость заряжается током пассивного транзистора ( 8.8), изменяющимся в соответствии с ВАХ по мере роста выходного напряжения, как показано на 8.7, причем в начальный момент (точка

Член в квадратных скобках дает время перехода при заряде конденсатора Сн постоянным током /сп(0), т. е. в предельном случае прямоугольной ВАХ пассивного транзистора (АА'В на 8.7), когда t°'1 минимально. Временной коэффициент &?•* > 1 учитывает отклонение формы ВАХ от прямоугольной:

где мвых = ?/вых/?/л; ten = /сп(^вых)//сп(0). Значение А?'1 легко получить численным интегрированием на ЭВМ. Без учета эффекта подложки с достаточной для практики степенью точности можно полагать/г?-1 == 1. Эффект подложки ухудшает быстродействие из-за снижения тока пассивного транзистора, заряжающего нагрузочную ем кость. Например, при IIИ.П2 = 0 имеем k°t-1 = 3...4. Быстродействие схем, работающих с источником смещения подложки, существенно выше — для них fe?>l = 1...1.5.

Сравним быстродействие инвертора на комплементарных и п-ка-нальных транзисторах при одних и тех же параметрах транзисторов VTn и VTa (см. 8.9 и 8.1), числе нагрузок, средней емкости проводников и напряжении питания. Для инвертора на комплементарных транзисторах /ол значительно меньше, так как ток заряда нагрузочной емкости, задаваемый ^-канальным транзистором, гораздо больше тока пассивного транзистора в схеме на 8.1. Последний нельзя увеличить из-за роста напряжения ?/° и снижения помехоустойчивости; в то же время в схеме на 8.9 ток /7-канального транзистора вообще ас слкяет на значение U°.

На 8.13, б приведен возможный топологический чертеж элемента, иллюстрирующий принципы топологии МДП-микросхем. Он содержит четыре области п+-типа: исток Яа1 транзистора VT&1, сток транзистора VTai, совмещенный в одну область (Са1, Яа2) с истоком транзистора УГа2, сток транзистора VTaa, совмещенный в одну общую область (Са2, Яп) с истоком пассивного транзистора, и сток Сп пассивного транзистора. Совмещение позволяет снизить площадь, занимаемую ЛЭ на кристалле. Если выполнять транзисторы отдельно и соединять сток первого с истоком второго, а сток второго с истоком пассивного транзистора проводниками, то площадь получится в 3 раза больше.

Затворы активных транзисторов (За13а2) выполнены из поликремния, который используется в качестве входных проводников. Поликремниевый затвор пассивного транзистора (Зп) соединен с его истоком (областью Саа, Яп) металлическим проводником (А1), который является одновременно и выходным. Контакты между проводниками и п+ -областями или поликремниевыми слоями обозначены SA. Длина канала активных транзисторов La выбирается минимальной, а ширина ba — в несколько раз больше для получения достаточно большого тока и высокого быстродействия. Пассивный транзистор имеет большую длину Ln и меньшую ширину Ьп канала, так как он должен иметь меньшую удельную крутизну /Сп •< Ка-

Для сохранения их неизменными ЛЭ должен иметь параметр Ка/Ка в т раз меньше, чем у инвертора. Этого можно достигнуть, увеличив /Са, но тогда будет расти площадь транзисторов. На практике уменьшают Кп (ток пассивного транзистора), однако при этом пропорционально т увеличивается время переключения [см. формулу (8.5)] и быстродействие получается значительно хуже, чем у инвертора. Если не изменять геометрию пассивного транзистора, то быстродействие сохраняется, но повышается напряжение 6'° и снижается помехоустойчивость.



Похожие определения:
Параметров выключателей
Параметров усилительного
Паразитных элементов
Параллельная коррекция
Паросиловой установки
Пассажирских самолетов
Пассивных элементов

Яндекс.Метрика