Основные разделы


Скорость производства информации

Скорость производства информации на уровне логических вентилей определяется их схемотехнической организацией, топологией и, главным образом, быстродействием элементарных переключателей-транзисторов. Быстродействие транзисторов, характеризующиеся временами переключения из открытого состояния в закрытое и наоборот, определяется принципом действия, физической структурой и топологическими размерами. В данном разделе будут рассмотрены принципы функционирования основных типов переключателей и их принципиальные особенности. На протяжении сорока пяти лет переключатели совершенствовались. Этот процесс носит эволюционный характер - прежде всего, уменьшаются размеры классических транзисторов и совершенствуются их физическая структура. Одновременно с этим процессом ведутся интенсивные поиски новых принципов функционирования, которые обеспечили бы более высокое быстродействие.

Первым классификационным признаком транзисторов как переключателей для цифровых схем являются принцип действия. В транзисторах скоростные и усилительные свойства обеспечиваются специфическими физическими процессами, явлениями и эффектами, протекающими в монокристаллических и поликристаллических полупроводниковых материалах. В результате взаимодействия этих процессов и их определенной последовательности оказывается возможным управлять величиной тока между токопроводящими (управляемыми) электродами, посредством напряжения и/или тока на входном электроде. Причем малые величины входных воздействий позволяют управлять токами между токопроводящими электродами в широком диапазоне. Для обеспечения высокого быстродействия элементарных переключателей необходимо чтобы транзисторы были способны коммутировать возможно большие токи при возможно меньших управляющих напряжениях.

Количественно это свойство транзистора как переключателя-усилителя определяется параметром, называемым крутизной и преобразования:

Видами физических процессов определяются также такие важные характеристики переключателя как сопротивления между токопроводящими электродами в открытом Дот и закрытом Дзак состояниях.

Рис. 5 Классификационная диаграмма транзисторов как переключателей

Физические процессы определяют также сколько энергии необ­ходимо затратить на отпирание и запирание переключателя и за какое время это можно осуществить. Скоростные качества транзисторов определяются характерными рабочими частотами. По принципу действия транзисторы подразделяются на два класса биполярные и униполярные.

В биполярных транзисторах под воздействием входных сигналов протекают процессы инжекции неосновных носителей заряда, их рекомбинация с основными носителями в процессе дрейфа и диффузии, коллектирование носителей заряда. Эти процессы обуславливает перемещение и накопление электронов и дырок в структуре биполярного транзистора, токи и потенциалы на внешних токопроводящих электродах транзисторов в зависимости от внешнего воздействия на управляющем электроде. Особенностями биполярного транзистора как переключателя, вытекающими из его принципа действия, являются высокая величина крутизны преобразования, малые величины сопротивления в открытом состоянии и высокие значения сопротивления в закрытом состоянии. Крутизна преобразования определяется следующим выражением:

где /к - ток коллектора, С/БЭ - напряжение между базой и эмиттером. Высокая величина крутизны преобразования обусловлена про­цессом инжекции неосновных зарядов, их дрейфом и диффузией, обуславливают их близкие к единице значения коэффициента передачи тока и экспоненциальной зависимостью тока от входного напряжения. Малые величины сопротивления между токопроводящих- ми электродами эмиттера и коллектора в открытом состоянии обусловлены, так называемым, режимом насыщения. В этом режиме сопротивление идеального биполярного транзистора равно нулю. В реальном же транзисторе это сопротивление определяется паразитным сопротивлением области коллектора. Поэтому открытый биполярный транзистор способен пропускать между электродами эмиттера и коллектора токи больших величин без существенного падения напряжения между ними. Такова позитивная сторона режима насыщения, специфического режима работы биполярного транзистора. Негативная сторона режима насыщения заключается в том, что в этом режиме происходит накопление избыточного заряда неосновных носителей. Этот избыточный заряд увеличивает время закрывания транзистора на величину времени его рассасывания. Другими факторами, определяющими быстродействие биполярных транзисторов являются паразитные емкости. В униполярных транзисторах, в отличие от биполярных, принцип действия базируется на управлении входным воздействием (полем) потоком носителей одного знака или электронов, или дырок. Униполярные транзисторы называются полевыми, причем последнее название используется чаще.

Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6

Прочитайте еще и эти статьи:

Схемотехника усилителей заряда
Методы регистрации скоростей и амплитуд механических воздействий постоянно совершенствуются. Важной частью любой измерительной системы являются датчики, выходные значения которых нужно преобразовывать в сигнал для дальнейшего анализа. Для этого ...

Моделирование работы МДП-транзистора в системе MathCad
В современной цифровой электронике наиболее распространены полевые транзисторы. Это связано с тем, что на полевых транзисторах возможна реализация комплиментарных МОП-структур. Преимущество таких структур в их быстродействии и малой потребляемо ...

© Copyright 2018 | www.techattribute.ru