4.4.МЕП – транзисторы, ПТШЛ (ОПЛ, ЗПЛ)

МЕП – транзисторы относятся к полевым транзисторам, но построены не на основе кремневой электроники (Si), а на основе арсенида галия (GaAs). Используются следующие св-ва арсенида галия:

1. Удельное сопротивление чистого GaAs в 1000 раз больше удельного сопротивления чистого кремния (вследствие малого количества неосновных носителей GaAs по сравнению с Si). Так что чистый GaAs можно использовать как изолятор, а GaAs с примесями как подложку для полевых транзисторов.

2. Подвижность заряда ( U=V/E, V-скорость, E- напряженность) в GaAs в 5 раз больше, чем подвижность заряда в Si.

Открывается возможность совместить быстродействие биполярных транзисторов ( ТТЛ) и большую концентрацию элементов кристалла, связанную с отсутствием выделения тепла полевых транзисторов (КМДПТЛ).

МЕП транзисторы считаются перспективными, но дорогая, сложная и неотработанная технология. Да ещё плохая теплопроводность (проблемы отвода тепла).

МЕП транзисторы ещё называют полевыми транзисторами Шотки, а логические схемы - ПТШЛ, при этом различают 2 варианта ОПЛ (открытая полевая логика), если канал встроен, и транзистор нормально открыт (НО) при Uвх=0, ЗПЛ (закрытая полевая логика), если канал надо индуцировать (наводить), и транзистор нормально закрыт (НЗ) при Uвх=0.

5.Интегральные схемы (микросхемы)

В кремниевой электронике микросхемы строятся на основе npn – структур и МОП - структур.

Технологические принципы: травление плавильной кислотой (удаление Si), окисление (создание диэлектрика SiO2), диффузия (введение примесей), эпитаксия (наращивание Si, в том числе с примесями)

Общий принцип: в ячейках матрицы используются однотипные транзисторы, различные элементы из транзисторов получают только на последней стадии металлизации (нанесение Al).

5.1. npn- структуры

Это транзистор. Диод – любой pn – переход. Сопротивление: Б-Б, К-К.

Конденсатор: любой закрытый pn-переход. Недостатки:

1)нельзя менять полярность (а то транзистор откроется)

2)ёмкость зависит от напряжения (заряды “ отходят” и d – увеличивается).

5.2. МОП структуры

Из полевого транзистора можно получить:

1)сопротивление получается через канал (И-C), причём толщина канала, а следовательно зависит от приложенного напряжения на затвор.

2)конденсатор: между затвором и подложкой (каналом), разделенных диэлетриком

Подложку обычно заземляют “на землю”,

а на затворе может быть подан потенциал и положительной, и отрицательной полярности.

Пример инвертора на МОП структуре

Лекция 2. Характеристики логических элементов и элементы памяти

1.Два вида дискретности в цифровых схемах.

Итак, в цифровых устройствах напряжения и токи могут принимать 2 значения: одному значению приписывается логический нуль, другому - логическая единица.

Второй вид дискретности в цифровых устройствах дискретность во времени. Считается, что все величины постоянны в течении такта и могут скачкообразно меняться на следующем такте.

Считается, что все значения в схемах меняются в начале тактового импульса.

Хотя в реальности изменение напряжения происходит с некоторой задержкой относительно переднего фронта тактового импульса. Кроме того некоторые устройства меняют свое состояние после окончания тактового импульса. Поэтому под значением потенциала (U0 или U1) на данном такте считается то значение, которое потенциал достигает в конце тактового периода.

2. Характеристики логических элементов:

- напряжение питания,

-потенциал логического 0 и логической 1 – U0, U1

-коэффициент объединения по входу ( количество входов – обычно 8)

-коэффициент разветвления по выходу (нагрузочная способность)

-передаточная хар-ка и помехоустойчивость.

На графике зона неопределенности: V0<Uвх<V1, V0-напряжение срабатывания, V1-напряжение отпускания, U+=|V0+U0|,

U-=|U1-V1| устойчивость к помехам положительной и отрицательной олярности. Помехоустойчивость = max(U+,U-);

-переходная характеристика и время задержки: время задержки переключения: tзад = (t01 + t10)/2

Время задержки переключения: tзад=(t01+t10)/2 Узлы и ветви схем логических элементов.

-информационные – передающие информацию (как раз те элементы, которые мы рассмотрели ранее.)

-параметрические – обеспечивают режим работы информационной цепи (например, доводят высокое и низкое напряжение до точных значений U1 и U0),

-управляющие – разрешают/ не разрешают какие либо действия.

Передача информации асинхронная (с небольшой задержкой от элемента к элементу) и синхронизируемая (устройство срабатывает только после прихода синхроимпульса)

Кроме того передача информации может быть однофазной и парафазной (сигнал + инверсный сигнал).